基于PLC的矿井提升机控制系统

1摘要矿井被称作地下矿井系统的咽喉，是井下与地面最重要的通道。矿井提升机承担着矿井与井下人员、矿料、设备等物资运输的重任，是整个矿井系统中的核心部分，矿井提升机的安全可靠运行至关重要。所以设计一套安全可靠的矿井提升机控制系统具有极大的意义。PLC出现后以其显著优点迅速成为工业生产控制系统的主流发展方向，其可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制程序可变，具有很好的柔性功能完善；扩充方便，组合灵活，极大减少控制系统设计及施工工作量；体积小，重量轻；非常适用“机电一体化”设备。基于PLC设计矿井提升机控制系统，极大满足对大型机械控制安全与可靠性的要求，且节能环保，便于操作与维护。关键词：矿井提升机；PLC；控制系统。AbstractThemineiscalledthethroatoftheundergroundmine,whichisthemostimportantchanneloftheundergroundmine.Theminehoistbearstheheavyresponsibilityofthemineandtheundergroundpersonnel,theorematerial,equipmentandsoon.Itisthecorepartoftheentireminesystem,andthesafeandreliableoperationoftheminehoistisveryimportant.Therefore,itisofgreatsignificancetodesignasafeandreliablecontrolsystemofminehoist.PLCappearswithitsremarkableadvantagesquicklybecomeindustrialproductioncontrolsystemofthemainstreamofthedevelopmentdirectionof,thehighreliability,stronganti-interferenceability;programmingissimple,easytouse;variablecontrolprocedures,withperfectgoodflexiblefunction;tofacilitatetheexpansion,flexiblecombination,greatlyreducingthecontrolsystemdesignandconstructionwork;hastheadvantagesofsmallvolume,lightweight;veryapplicableelectromechanicalintegrationequipment.DesignofminehoistcontrolsystembasedonPLC,whichgreatlymeetstherequirementsofsafetyandreliabilityoflargemechanicalcontrol,andenergysavingandenvironmentalprotection,easytooperateandmaintain.2Keywords:minehoist;PLC;controlsystem.3目录中文摘要..........................................................Ⅲ英文摘要..........................................................Ⅲ目录...............................................................Ⅴ1绪论..............................................................11.1课题研究的背景.................................................21.2提升机国内外发展现状...........................................21.3课题主要研究内容...............................................32矿井提升机概述2.1矿井提升机的简介...............................................32.1.1矿井提升机的分类............................................42.1.2矿井提升机的主要组成部分及工作原理..........................62.2矿井提升机的运行...............................................72.3提升机故障及保护...............................................83矿井提升机控制系统的设计3.1矿井提升机控制要求.............................................93.2硬件的选择及其电气连接........................................103.3控制系统的参数推导及设置......................................143.3.1提升过程参数推导............................................143.3.2变频器参数设置..............................................173.4控制系统的软件设计............................................184矿井提升机的保护设计4.1安全报警与监控板的设计........................................194.2抗干扰措施....................................................2045总结............................................................216参考文献.........................................................227致谢.............................................................248附录.............................................................25控制流程图......................................................25MM440说明书（部分）.............................................26软件设计指令表..................................................26程序梯形图......................................................30仿真结果图......................................................3351绪论采矿业是国民经济的重要组成部分，采矿业的健康发展对社会主义建设具有重大的意义。我国幅员辽阔，矿产资源丰富，但是开采难度大，露天矿山屈指可数，众多的矿产资源都埋在深土里。我国的采矿大都是地下做业，对矿井提升机这种矿山的核心设备需求极大。美国通用汽车制造公司（GM）最先于1968年提出研制一种新的控制器，并且在用户角度给出了设计要求。第二年美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台可编程控制器（ProgrammableLogicController）PDP-14，用于通用汽车生产线。随后日本西欧等国也引进PLC制造技术，反展自己的PLC技术。随着计算机技术与PLC技术的融合，PLC的功能得到了巨大的飞跃，其超高的运算速度，可靠的抗干扰设计能力，数字模拟量处理功能，强大的PID功能，极小的体积，极高的性价比，让它在众多工业化国家中得到大量使用。通过对PLC的大量实践应用国外的PLC厂家积累了大量的开发设计经验，凭借技术优势，发达国家生产PLC的公司在PLC的全球份额占到了80%，几家大型PLC制造公司主导了全球的PLC行业，这几家公司是德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本的三菱、欧姆龙、松下、富士，韩国的三星（SAMSUNG）、LG。PLC技术是现代控制技术的主流技术，代表了高度发达的自动化，智能化水平，PLC技术在工业生产中的蓬勃发展，得益于其优良的可靠性，抗干扰能力；简单的编程要求，方便的使用方法；可变的控制程序，良好的柔性且功能完善；扩充方便，组合灵活，极大减少控制系统设计及施工工作量；体积小，重量轻。发展PLC理论，应用PLC控制，能极大的解放生产力，极大的缓解中国“老龄化”所带来的生产力不足和国家产业转型的政策要求。采矿业中的地下做业是及其危险的，矿井下环境复杂，塌方沁水等问题层出不穷，矿石采掘及其繁重。作为矿山生产中的核心设备—矿井提升机，它的安全可靠运行就几乎决定了整个矿井的安全。我国对于矿井提升机的研发较晚，一直以来，国有大型厂矿都使用国外设备，这即推高了企业的运行成本，也不方便维护，若发生意外事故，还拖延救援的黄金时间。所以，将PLC技术应用于矿井提升机的研发中来，具有极大的经济价值，科研价值和社会价值。61.1课题研究的背景矿井是矿山的咽喉，是井下与地面沟通最重要的通道；矿井提升机是矿井工作系统中的核心部分，承担着矿料、设备、人员的进出，矿井提升机的安全可靠至关重要。传统矿井提升机控制系统，需要数量众多的继电器设备，布线复杂，体积庞大，耗能多，启动，停车，制动，逻辑控制等方面难尽人意。工作过程中整车下行，体积大，重量高，维护困难，产生大量的热，有电火花，给安全生产带来巨大隐患。采矿业作为现代工业的重要组成部分，伴随着控制技术的进步，由人工控制，半自动控制，逐步向自动化，智能化发展。PLC代表了现代工业控制的先进水平，相对于传统控制，其可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制程序可变，具有很好的柔性功能完善；扩充方便，组合灵活，极大减少控制系统设计及施工工作量；体积小，重量轻，是“机电一体化”的理想设备。基于PLC设计的矿井提升机控制系统，能极大改善提升机的控制，提升整个矿井生产的安全性，可靠性与自动化水平，符合社会生产力反展与国家的产业技术升级政策。1.2提升机国内外发展现状工业革命刺激了对矿料的需求，第一次工业革命时国外就开始研制矿井提升机控制系统，20世纪60年代国外开始研制矿井提升机监控系统，长时间的技术积累使国外在提升机状态监控方面水平较高。特别是对闸控和速度监控等一些重要保护环节，设计更加合理，有些环节设置双重保护，如过速保护，过卷保护等。这些监控保护措施，对提升机的运行安全都是可靠的保证，如瑞典ABB公司的矿井提升机速度保护功能齐全，系统可靠，能实现全自动开车；德国西门子公司全数字式提升机实现了数字驱动，具有紧急制动时恒减速，提升钢丝绳张力动态监视，提升系统及设备动态显示和故障自诊断功能。国内有关提升机控制系统的研究起步较晚，相对于国外设备性价比不高。国内大型矿井一般引进国外提升机设备，但是国外企业实行严格的技术保密措施，其核心技术(如程序等)无法掌握，在使用、维修和零部件的供应上都受到限制，且价格昂贵，推高了矿井的生产成本，中小矿井更是难以承担，只好使用质量较差的设备，给安全生产带来隐患。改革开放后国内积极开展了提升机的研