基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计.doc

题题 目目: : 基于基于 PLCPLC 的矿井提升机变频调速系统设计的矿井提升机变频调速系统设计 院系名称：院系名称： 电气工程电气工程 专业班级：专业班级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： I 摘摘 要要 矿井提升机是矿山最重要的设备，肩负着矿石、物料、人员等的运输责任。 传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，这类提升机通常 在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这种控制系统存在可靠性 差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。针对这种情况采用PLC 与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，提高整个电控系统安全 可靠性、控制精度及调速性能。因此，对矿井提升机控制系统进行研究具有现 实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。 本文针对提升机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器 应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。事实表明 ， 采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能， 节能效果明显。 关键词关键词：矿用提升机；变频调速；矢量控制；可编程控制器 II Title The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC Control Abstract The shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the materials，staff and equipment.The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor，and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy wasting and low efficiency. According to this kind of condition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system. So,carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings，and it is a subject for research by relevant experts and scholars，both at home and abroad. To these questions existing in the shaft hoist contro1 system，the paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system,and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates，adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function. Keywords：Shaft hoist；Frequency conversion；Vector control；PLC III 目目 次次 1 1 绪论绪论.1 1 1.1 课题概述 .1 1.2 国内外矿井提升机的发展状况 .1 1.3 本文内容及研究的意义 .5 2 2 矿井提升机调速控制系统的设计矿井提升机调速控制系统的设计.8 8 2.1 矿井提升机对电气控制系统的要求 .8 2.2 提升机调速控制系统方案设计 .10 3 3 PLCPLC 在提升机变频控制系统中的应用在提升机变频控制系统中的应用 .1717 3.1 PLC 概述.17 3.2 本系统中 PLC 的选型及特点 .17 3.3 PLC 控制系统设计.18 4 4 变频调速系统变频调速系统.2323 4.1 变频调速的发展及在提升机系统中的应用 .23 4.2 变频调速基本原理 .24 4.3 变频器的选择 .26 5 5 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计 .3030 5.1 PLC 软件概述及提升机 PLC 控制要求.30 5.2 程序设计 .30 5.3 系统抗干扰措施 .34 结结 论论.3535 致致 谢谢.3636 参参 考考 文文 献献.3737 附录附录 PLCPLC 接线图接线图 .3939 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 课题概述课题概述 矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、 黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤 炭生产中提升机担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的任务， 是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井咽喉之称。提升机的电力传动特性复 杂，电动机频繁正反向，经常处于负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。 对应提升机来说运行的安全可靠是至关重要的，主井直接关系到矿山的生产效 率，作为运送人员的副井，一旦发生故障往往造成机毁人亡。提升机运行的安 全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力，影响整个矿山的经济效益，而且 还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又节省能源 的提升机是煤炭安全生产的一项重要课题。 1.21.2 国内外矿井提升机的发展状况国内外矿井提升机的发展状况 矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现代 化 要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动 控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。 特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然 的发展方向。 1.2.1 国外矿井提升机的现状 (1) 晶闸管-电动机(SCR-D)直流低速直联拖动系统 部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管-电动机(以下简称SCR-D)所 取代。如德国、瑞典等国家己有90%以上采用直流提升机，传动系统大都采用低 速直联式(省去减速机)，使系统大为简化。如AEG公司采用低速直联的SCR-D系 统，电机功率3000kw，额定转速55.8r/min，滚筒直径6.5m，提人速度17m/s， 提物速度20m/s，提升高度1200m，具有完善的保护系统;采用磁场反并联，有平 波电抗器及卧式深度发送装置;采用积分给定与行程给定相结合的双重给定信号;主 回路采用两组三相桥组成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。SIEMENS(西 2 门子)公司、ABB公司、CEOELEC公司以及ASEA公司等都有相同类型的产品，其性 能大同小异。此类系统的优点在于:体积小，重量轻，占地面积小，安装方便， 建筑费用低;无减速器，总效率高，电能消耗少;维护工作量小，备件少，处理 事故快;单机容量大，适用范围广;调速平滑，精度高;易于实现最佳控制和自动 化，安全可靠;节电显著，5-8年可回收设备投资，是矿井节电的有效途径。其 缺点在于:功率因数低，如三相桥平均功率因数只有0.45左右;无功冲击大，高 次谐波对电网影响大。这些缺点可采用顺序控制和多脉冲整流的方法以及在电 网上加谐波滤波器等措施使其抑制在一定的允许范围内。 (2) 交流变频调速同步机驱动提升系统 SCR-D直流拖动系统趋于成熟，且采用了顺控技术等措施来提高功率因数， 但其功率因数仍然较低，从而从电网吸收大量的无功功率，且对电网品质因数 产生严重的影响，提升容量越大，问题越突出。再则，直流电机制造成本高， 电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，加 大了维护工作量，故障率高。因此换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两 个问题，迫使人们又重新考虑交流拖动方式。自80年代初以来，交流变频供电 的同步机拖动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。 如SIEMENS公司1979年投运的24200kw、l2650kw，额定转速 55.8r/min;CEGELEC公司1983年投运的l548OkW，额定转速69.5r/min;AEG公司 1985年投l30O0kW，额定转速55.8r/min，ABB公司投运的l4200kW额定转速 45.86r/min;SIEMAG公司投运的2x46O0kW等变频调速同步机拖动的提升机，经过 多年的运行，均获得成功。这种拖动系统主要有如下优点:a 提升容量几乎不受 限制，最大可达l0000kw，提升速度可达20m/s以上，提升高度1200m以上，滚筒 直径达6.5m，这是直流系统难以达到的;b 没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保 证了电机的可靠运行和降低了运行消耗;c 功率因数高，可达住0.91，极大地 节省了电能;d 动态品质好(和直流系统相同)，系统可在四象限平滑过渡和无级 调速;e 由于机械特性好，故起动转矩大;f 同步机的价格和有色金属的消耗低 于直流机;g 调速范围宽。因此，多数专家认为，变频同步机拖动调速系统是大 型提升机拖动的必然发展方向。这种 拖动系统的缺点是:a 必须有专用的变频 电源;b 在恒转矩调速时，低速段电机的过载倍数有所降低;c 高次谐波对电网 3 有影响，需在电网上加滤波器等补偿措施加以缓解。 (3) 微机控制在提升机上的应用 从70年代开始，随着微机技术的发展，微机控制技术己逐步应用于矿井提 升机中。目前，国外己达到相当成熟的阶段，使整个拖动控制产生一次重大的 变 革。其应用主要体现在以下几方面: 1) 提升工艺过程微机控制 在交流变频装置中，提升工艺过程大都采用微机控制。由于微机功能强， 使用灵活，运算速度快，监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟 控制无法实现的。如AEG公司采用CP-80微机、ABB公司采用MASTER-200和 SIEMENS公司采用S5-150等微机实现的变频控制，都获得了相当成功。它们把控 制、监视、基准值预测以及模拟控制等组合在公共的微机控制总线上组成静止 变流器的传动控制，计算机实现速度及多个变量的调节。 2) 提升行程控制 提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升罐笼在预定地点准 确停车，要求准确度高，目前可达2cm。采用微机控制，可通过采集各种传感 信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒位置、滚筒及钢丝绳磨损等信号进 行处理，计算出罐笼准确的位置而施以控制和保护。在罐笼提升时可实现无爬 行提升，大大提高了提升能力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微机来构 成行程给定器，并还提供性能不尽相同的机械行程控制器口。一般过程控制用 微机不同时用于监视，行程控制也采用单独微机完成，从而大大提高了系统的 可靠性。 3) 提升过程监视 由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性，所以提升过程监视 与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主要完成 如下参数的监视:a 提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视;b 各主要设备 运行状态监视;c 各传感器(如位置开关、停车开关)信号的监视。其目的在于使 各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存 贮、保留或打印输出，甚至与上位机联网，合并于矿井监测系统中。 4 4) 安全回路 安全回路旨在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态。为确 保 人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法，大致分为以下 四种情况:a 报警显示，如冷却器温度过高等;b 二次不能开车，如电机绕组过 热、制动油过热等;c 立即进行电气制动，如停车终点设备出现故障时本次提升 应尽快停下来;d 立即进行安全制动，如过卷、超速等。安全回路极为重要，它 是保护的最后环节之一，英、德等公司都采用两台PC微机构成安全回路，使安 全回路具完善的故障监视功能。无论是提升机还是安全回路本身出现故障时都 能准确地实施安全制动。 5) 制动系统的控制与监视 制动(可调闸)控制系统除要可靠地完成工作制动和安全制动外，还要完成 对液压站的控制以及各环节参数(如油压、闸瓦磨损等)的监视，其技术要求与 安全回路相似。如西门子公司采用两套可编程序控制器(PLC)的双重控制与保护 系统。 6) 全数字化调速控制系统 德国AEG公司的Logidyn D(32位机)、西门子公司的Siemadyn D(16位机)以 及ABB公司的Tyrak(16位机)系统都己应用于提升机上。全数字化系统具有硬件 结构单一，参数稳定且调整方便，可方便地与上位机联网等优点。当然此类系 统要求维护人员有更高的技术水平和计算机知识。 (4) 内装式提升机 AEG公司生产的内装式提升机，将提升主电机与滚筒合为一体，即转子固定， 转动的定子充当滚筒，使机构大为简化，占地面积小，制造成本低。 1.2.2 国内提升机的现状与发展趋向 (1) 交流拖动方式 目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。有单绳和多绳两种 系列，大都采用改变转差率s的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大 量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串 级 5 调速方法，其调速范围窄，且投资大。 (2) 直流拖动方式 我国提升机采用直流拖动有两种系统:直流发电机一直流电动机机和晶闸管 一直流电动机系统。其生产和使用情况如下: 1) 国内研制大型直流提升机主要有三大厂家:a 上海电机厂主要生产配 套电机，已生产低速直流电机80多台，最大容量5775kw，额定转速5Or/min，其 中长广煤矿及五村煤矿的提升机为100OkW、48r/min，淮南潘三矿采用一台 26O0kW低速直联电机;b 上海冶金矿山机械厂主要生产主机及信号系统，已生产 80 多台提升机，1979 年生产过一台低速直联落地式提升机;c 北京整流器厂主 要生产配套电控，已从瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引进了晶闸管电控整机系统 及元件生产线，直流电控容量可达7000kW;还引进了交流变频调速(交一直一交) 电控生产线，可生产单机4200kW变频调速电控设备;1986年向甘肃金川矿提供了 一套带微机控制的800kW直流电控设备。 2) 从国外引进的晶闸管供电的直流提升机20多套，其中AEG公司21O0kW 低速直联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典ASEA公司9套。另外，还正在引进 计算机控制的低速直联电控系统。 (3) 研制与发展 1) 国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。 2) 大功率变频调速电控提升机其效率可达89%，国内正在组织研究这种 系统，不少院校和研究单位都在着手研制。如天津电气传动研究所己研制了一 台300kw的变频调速装置。 3) 可编程序控制器在提升机电控系统的应用 可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易，基本 免于维护等独特优点，特别适用于对我国占大部分的交流提升机继电-接触器电 控系统进行技术改造;因此有不少单位都在着手研制，如焦作矿务局，韩城矿务 局均用可编程序控制器对TKD电控系统进行改造，已投入正常运行和使用，已经 显示出了很强的生命力。这是今后一段时期乃至凡十年对我国占绝大多数采用 继电控制的交流提升系统进行技术改造的必由之路。 1.31.3 本文内容及研究的意义本文内容及研究的意义 6 1.3.1 研究内容 当前国内提升机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段控制的交流绕线式 电机继电器接触器系统，设备陈旧、技术落后。而且这种控制方式存在着很多 的问题: (1) 转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。 (2) 电阻分级切换，为有级调速，设备运行不平稳，容易引起电气及机械 冲击。 (3) 继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器使用寿命，维 修成本较高。 (4) 交流绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题，容易引起设备事故。 (5) 电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。 (6)提升容器通过给定的减速点时，由于负载的不同，而将得到不同的减速 度，不能达到稳定的低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。 上述问题使提升机运行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需 要研制更加安全可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性和安全性得到提高。 在提升机控制系统中应用计算机控制技术和变频调速技术，对原有提升机控制 系统进行升级换代。就计算机技术在工业现场应用情况而言，可编程控制器 (PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好 并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。采用 PLC 控制，硬件简 洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，PLC 技术己经广泛应用于各种提升 机控制，配合一些提升机专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压 带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和安全保护系统选用可 编程控制器。主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、 低速爬行等各种运动方式的控制要求。 7 图 1.3 矿用提升机变频调速控制系统 而在 PLC 电控系统的基础上配合变频调速装置，运用现在先进的矢量控制技术， 不但适合提升机运行工艺的要求，还将解决整套提升机系统的电力拖动方面的 一系列问题。如图 1.3 所示，变频装置取代复杂的串联电阻切换装置，对提升 机运行速度曲线、转矩大小的要求都由变频器来完成，简化了控制操作流程， 提高了控制精度。 1.3.2 研究意义 在调研中发现，目前山西省各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采 用继电器接触器控制的转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能 适应现代矿业发展的需要.因此有必要对其调速方案进行改造。在广泛考察现行 的变频调速方案后，本文提升机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制 器来控制，具有编程简单和控制可靠性高的优点:电力拖动系统中，选用先进的 变频传动装置，运用先进的矢量控制技术，优化了调速系统的性能，这一控制 方法目前仍为现代交流调速的重要研究方向之一。 采用先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照结构标准化、 产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控 设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的理想选择。使用上位机监控系统， 采用组态模式，实现良好的人-机对话;实时监控提升机的运行状态，上位机动 态模拟显示及故障闭锁:可进行故障报警、数据查询、报表打印;记录提升钩数 以及每班、每日、每月、每年的提升量累计;故障声光指示、记忆及部分传感器 上位机的紧急处理。 为保证提升设备无事故，在提升设备有可能出现故障的各个重要环节上， 8 设置双回路系统，并在系统的各个环节上设有各种检测、控制、自诊断以及记 录和保护装置(如负载、速度、加减速、产量、运行时间等记录)。 本文从解决实际矿井提升系统存在的问题出发，对传统的调速方案进行了 控制方式的革新和数字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加强了系统稳 定性。表明本文所提出的设计方案具有实用价值。适用、经济、高效、可靠是 本文提升机系统设计的追求目标。 2 2 矿井提升机调速控制系统的设计矿井提升机调速控制系统的设计 2.12.1 矿井提升机对电气控制系统的要求矿井提升机对电气控制系统的要求 提升机控制系统方案的选用应满足生产工艺的要求速度图。所以需要先来 分析提升机电控系统的静、动态特性。 提升机电气传动系统的给定速度u=f(t)如图2.1所示，根据动力学方程式 Td=Te-Ti= Tn *e/375 (2.1) 式中 Te-电动机电动力矩;Ti-传动系统的静阻转矩;Tn-传动系统的飞轮力 矩，Tn=4gJ，其中J为转动惯量()，g为重力加速度 Td-传动系统的动态转矩,e-加速度。 可以得出按给定速度图所需转矩Te=f(t)的特性，从而可以得到拖动系统 所需的力F=f(t)，提升机传动系统给定速度图、力图如图2.1所示。 9 图2.1 提升机传动系统给定速度图、力图 提升机的负载静力FL决定于提升机滚筒承受的静张力差，在双罐笼的平衡 提升系统中，静力凡也就是提升物体的净载重。由于提升系统的负载为位势负 载，所以静力FL的作用方向始终是提升重物的重力方向，而与系统的运动状态 和方向无关。因此在电动机不带电时，为了使重的罐笼处于静止状态(便于罐笼 的装卸载)，对滚筒必须施加机械闸。 图 2.1 表示出了平衡提升系统的四种不同的运行状态。 (l)重物上提，静载量较大()。其给定速度图与力图如图 2.5(a)所 L FF 3d 示 在加速段)0(0 dt dn * 375 Tn 1d L FF 其中为加速力矩与匀速力矩之差 1d F 加速力矩为：0 1d1 FFF L 在匀速段，匀速力矩为： 0 2 L FF 在减速段，但|,所以减速段力矩为：0 3d F 3d F L F0 3d3 FFF L 其中为减速力矩与匀速力矩之差 3d F 10 在爬行段，爬行力矩为：0 4 L FF 根据此力图可知，电动机在各段均工作在正向电动状态。 (2)重物上提，静载量较小()。其给定速度图和力图如图 2.5（b） L FF 3d 所示 在加速段，加速力矩：0 11 dL FFF 在匀速段，匀速力矩：0 12 FF 在减速段，减速力矩：但，所以|=|0, 0 3 d F Ld FF | 33d F 3dL FF 在爬行段，爬行力矩：0 4 L FF 根据力图可知，电动机在加速段和等速段，工作在正向电动状态;在减速段， 工作在正向制动状态;在爬行段，又工作在正向电动状态。也就是说，在整个提 升过程中，电动机的运行状态应切换两次。 （3）重物下放，静载量较小（） 。其给定速度图与力图如图 2.5（c） Ld FF 1 所示 在加速段：|, 0, 0 11LdLd FFFF 0 11 dL FFF 在匀速段：0 12 FF 在减速段：|=|0，= VW0, 23000 / 将现在的电压值和设定值比较当电压值大于设定是 动作 = M0.6 = M3.7 = M2.4 /输出各个控制量 5.4.35.4.3 25-3525-35 秒平衡子程序秒平衡子程序 网络 15/第一次电压平衡工作副状态锁定 LD M2.4 O M3.1 AN M3.4 = M3.1 /第一次电压平衡工作副状态锁定 网络 16/电压平衡时间定时 LD M0.0 O M0.1 A M2.1 52 A M3.1 TON T38, 70 网络 17 定时时间到后输出各个控制状态 LD M0.0 O M0.1 A T38 = M0.7 = M3.4 网络 18 切除电压平衡副状态锁定第一次电压下降副装态 LD M3.4 O M3.2 AN M3.6 = M3.2 5.4.45.4.4 35-4035-40 秒下降子程序秒下降子程序 网络 19 第一次电压下降 LD M0.0 O M0.1 A M2.2 A M1.0 A M3.2 /程序工作条件 -I 20, VW0 AENO /电压下降幅度 MOVW VW0, AQW0 /电压及时的送给模拟输出端口 网络 20 电压比较 LD M0.0 O M0.1 53 AN M2.6 A M2.2 A M3.2 程序工作条件 AW VW0, 7750 /电压最低值比较 = M2.7 = M3.6 = M2.5 /状态输出 5.4.55.4.5 40-6040-60 秒平衡子程序秒平衡子程序 网络 21 切除电压下降副状态锁定第二次电压平衡副装态 LD M2.5 O M3.0 AN M3.5 = M3.0 网络 22 电压平衡定时 LD M0.0 O M0.1 A M2.1 A M3.0 TON T39, 70 网络 23 定时时间到后输出各个控制状态 LD M0.0 O M0.1 A M2.1 A T39 = M2.6 = M3.5./用于启动负状态锁定 54 5.4.65.4.6 60-6560-65 秒下降子程序秒下降子程序 网络 24 切除电压平衡副状态锁定第二次电压下降副装态 LD M3.5 O M3.3 AN M2.4 = M3.3 网络 25 ，电压下降幅度控制 LD M0.0 O M0.1 A M2.2 A M3.3 A M1.0 /程序工作条件 -I 10, VW0 AENO /电压下降幅度 MOVW VW0, AQW0 /电压及时送给模拟输出端口 网络 26 /电压比较 LD M0.0 O M0.1 A M2.2 A M3.3 AW VW0, 0 /电压与 0 比较输出状态 = M1.7 /用于切断电压单环工作的各个状态， 用于启动电压循环工作的下一次循环 5.4.75.4.7 有循环位时启动下一次循环子程序有循环位时启动下一次循环子程序 网络 27 LD M1.7 55 O M1.6 A M0.1 = M1.6 、/启动二次循环的条件 AN M0.5 5.4.85.4.8 外部电压给定子程序外部电压给定子程序 网络 28 LD M0.3 A SM0.6 /数据传送频率 MOVW AIW0, AQW0 5.55.5 系统抗干扰措施系统抗干扰措施 可编程控制器的主要应用场合是工业现场，工作环境中各种干扰对系统设 备的正常运行存在着严重的影响。所以在本系统中也不例外，有必要考虑系统 的抗干扰措施。 抗干扰的主要措施有： (1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备 用芯线也要一端接地这样可扩大屏蔽作用，并抑制芯线间干扰。必要时可采用 带有屏蔽层的输入和输出信号电缆。 (1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备 用信号回路汇线接地，输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设， 不能扎在一起 ，信号电缆接线端子均安装在柜体下侧。 (1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备 用所有机柜、操作台等均需保护接地，台柜内需有独立的PLC直流地、机壳安全 地、电缆屏蔽地接地端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔离。电源柜、 动力柜、变频柜进线方式均为:下进下出。 (1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备 用引至PLC柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。 56 (1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备 用同一电平等级的信号才能用一条多芯电缆传输。因此对数字信号和模拟信号， 在任何情况下 ，都必须分开电缆进行传输。低电平信号线应与其它信号线分开。 尽量缩短模拟量I/O信号线的长度，并采用双芯屏蔽线作为信号线。 (1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备 用保证PLC柜良好的通风环境，在设备现场，要充分考虑周围环境的影响，尽量 不要将PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮 湿的地方 。 57 结结 论论 本文主要是为矿井提升机设计一套PLC控制的变频调速控制系统，设备包括 系统操作台、变频柜、电源柜、动力柜及PLC柜，实现提升机速度的可调节，以 节约能源和适应生产的需要。控制系统的运行状况、运行数据都可以在司机室 掌握，用户在控制室可以通过操作台和监控系统来设置提升机的运行频率、启 动和停止电机，并且各环节故障信息可以在操作台或者监控系统上反映出来， 以用来提示用户。采用变频器实现提升机的调速运行，使用PLC的强大功能,实 现在司机控制室对提升机的控制运行和参数调节。 本文总结主要有以下几个方面： (1) 根据提升机的运行特点，矿井提升机控制系统采用工控机监控提升机 变频调速系统，该系统主要由监控系统、主控系统、变频调速系统等组成。 (2) PLC系统采用三菱公司产品，能控制提升机的运行方向和速度换档，提 升机的升降以及速度、深度监测；同时能检测各个电机故障现象并送往上位机 进行显示，减少硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性和可靠性。 (3) 本文矿井提升机控制系统设计中，采用变频器和可编程控制器相结合 的方法，采用了PLC后，克服了原继电器系统的不足，系统安全可靠，性价比高， 且控制程序可根据需要进行修改，变频调速系统在提升机中显示出其控制性能 优良、操作简便、运行效率高、维护工作量小等诸多优点。 (4) 在使用过程中实现了软起动，软停车，减少机械冲突，使运行更加平 稳可靠；该系统四象限运行，可实现绞车的调速、换向、能量回馈制动等功能。 58 致致 谢谢 参参 考考 文文 献献 1 谭波，李燕林，谭冠政变频调速在矿井提升机中的应用J电器工业 2005年04期，57-58 2 胡青荣变频调速节能装置抗干扰措施J. 电气时代, 2005,(04) 3 谭波，李燕林变频器谐波干扰及解决办法J. 电气时代, 2004，(01) 4 能昌信，刘琳，丛俊杰 矿井提升信号通讯系统的抗干扰设计J河北 建筑科技学院学报，2002，(01) 5 陈立香 变频和调压相结合的调速方法在煤矿提升机的应用J煤矿机 电，2005，(02) 6 闫广，王公华，李兆峰PLC 在副井提升机信号及综合保护系统中的应用 J工矿自动化，2002,(03) 7 陈为信，姜华，魏永平，刘竟雄矿井提升机行程-速度全数字监控器的研 制J工矿自动化，2002，(04) 8 史德嘉矿井提升机电控系统的改造 J矿业研究与开发; 2005 年 03 期，61-62 9 刘瑞国，孙玉霞，刘芒果矿井提升机 TKD-A 斜井电控系统的变频调速节 能技术改造J煤矿机械，2004，(12) 10 卢燕,顾善发,卢光华 矿井提升机的电控系统J黄金; 2001 年 02 期; 26-29 11 张晓坤 可编程控制器原理及应用M西北工业大学出版社， 1998 12 黄立培，张学编著变频器应用技术及电动机调速M人民邮电出版社， 1998 59 13 周定颐电机及电力拖动M机械工业出版社，1996 14 卢燕著矿井提升机电力拖动与控制M冶金工业出版社 2001 15 林育兹可编程序控制器原理及逻辑控制M北京：机械工业出版社， 2005 16 曹大鹏 矿井提升机交直交可逆调速系统的研究D安徽理工大学， 2006 年 17 张平 矿山副井提升机计算机控制系统的设计及应用D山东科技大学， 2006 年 18 王宏斌,刘亚军,李雷军 矿井提升机行程控制的研究和实现A第十四届全国煤矿 自动化学术年会暨中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集C2004 年 19 Wang Peng，LUO Cheng-muZHANG Gui-xin (Tsinghua University，Beijing 100084，China)Electronic Current Transformer Based on Low-power Current TransformerJAutomation of Electric Power Systems，2006,(04)：4 20 J Arrilagepowe