矿井提升机电控系统原理设计(技术方向)毕业论文.doc

毕 业 设 计 论文 说 明 书 题 目 矿井提升机电控系统原理设计 姓 名 杜知响 编 号 矿井提升机电控系统原理设计矿井提升机电控系统原理设计 摘摘 要要 我国矿井提升机大多是采用交流异步电机拖动 其电气控制系统采用转子 串 切电阻调速 由继电器 接触器构成逻辑控制装置 本文以安全 可靠 高 效 经济为出发点 以可靠性原则为依据 对矿井交流提升机电控系统进行研 究设计 由可编程控制器 PLC 代替继电器 接触器构成的逻辑控制装置 其中 简单介绍了国内外矿井提升机发展概况 提升机机械结构 工作原理 分析了 其技术经济性 对于 PLC 的控制原理及应用做了一般性的介绍 详述了提升机 电控系统和调速原理 如 测速部分和保护部分 本文以 TKD NT 单绳缠绕式 矿井提升机为例 提出了研究设计方案 并且在实践中成功实施 PLC 电控系 统实现了对提升过程的程序控制 精度高 实现了速度 电流以及矢量的数字 交换等 对提升机进行闭环调节 实现行程 速度等重要参数及提升状态的监 视 实现无触点控制 寿命长 可靠性大大提高 具有良好的控制监视系统 实现了显示 记录等有关数据的全部自动化 关键词关键词 矿井交流提升机 PLC 调速 电控技术研究 THETHE DESIGNDESIGN OFOF ELECTRICELECTRIC CONTROLCONTROL SYSTEMSYSTEM BASEDBASED ONON MINEMINE ELEVATORELEVATOR ABSTRACT In China mine elevator whose electric control system uses speed regulation by means of stringing and slicing the rotor resistance and it constitutes the logic control device by the relay and contactor adopting the means of the drive of AC asynchronous motor in most cases This paper which studies and designs the electric control system of AC mine elevator adopting PLC which takes the place of the logic control device constituted by the relay and contactor takes the security reliability high efficiency economy as a starting point and takes the reliability principle as the basis There into this paper gives a brief introduction on the development of mine elevator in home and abroad its framework and theory while doing some economic study Then it introduces the theory and application of PLC simply On the side it goes into particulars about electric control system for example speed measurement and safeguard This paper sets TKD NT elevator for an example proposes the research and design plan which puts in practice successfully The electric control system based on PLC has carried out the procedure control of hoist process and high accuracy closed cycle control of mine elevator through speed electric current as well as digital switching of vector and so on the monitor of important parameters such as the distance of travel speed the state of hoist In addition the system also has carried out contact less control long life span reliability greatly improved good control supervisory system and completely automation of relevant data s demonstration recording and so on KEY WORDS AC mine elevator PLC speed regulation electric controltechnology research 目 录 摘摘 要要 1 1 绪论绪论 5 5 第第 1 1 章章 国内外矿井提升机发展概述国内外矿井提升机发展概述 6 6 1 1 国内矿井提升机现状 6 6 1 2 我国矿井提升机电气控制系统的现状 6 第第 2 2 章章 提升机机械结构及工作原理提升机机械结构及工作原理 8 8 2 1 机械结构 8 2 2 工作原理 9 第第 3 3 章章 串电阻调速系统串电阻调速系统 1111 3 1 串电阻调速系统原理 11 3 2 串电阻调速程序 12 第第 4 4 章章 提升机电控系统构成提升机电控系统构成 1919 4 1 引言 19 4 2 主回路 20 4 3 测速回路 21 4 4 安全回路 22 4 5 控制回路 23 4 5 1 信号回路 23 4 5 2 电机正反转回路 23 4 5 3 制动回路 24 4 5 4 转子电阻控制回路 24 4 6 监控系统 25 4 6 1 上位机 25 4 6 2 操作台 26 第第 5 章章 PLC 操作主控系统原理及应用操作主控系统原理及应用 27 5 1 PLC 系统组成 27 5 2 各单元基本特点 27 第第 6 章章 技术经济性分析技术经济性分析 29 结结 论论 31 致致 谢谢 33 参考文献参考文献 34 绪论绪论 矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉 是矿山最重要的关键设备 是地下矿井与外界的 唯一通道 肩负着矿石 物料 人员等的重要运输责任 对提升机来说 运行的安全性与可 靠性是至关重要的 采用新技术 新设备 新工艺来装备煤炭生产的各个环节 以达到减人 提效 确保安全生产的目的 是科技兴煤的必由之路 矿井提升设备 其中主要是提升机及 其控制和安全设备 也同样要面临着这一必经之路 多年来 矿井提升机及其拖运 安全保 护系统等设备的技术水平和安全水平一直是困扰煤炭安全生产和效益提高的重要因素 为改 变这一状况 煤炭行业的科研 高校 生产企业和待业主管部门以及机行业的科研和生产企 业的工程技术人员做了大量的工作 已开发了众多适用的产品和技术 积累了丰富的经验 取得了长足的进步 大家可以看到 眨眼间我国已经可提供多种技术先进 性能可靠 安全 性高的矿井提升设备 大多数已在煤矿基建 生产和技术改造等方面获得了成功的应用 由 于可编程控制器结构简单 容易掌握 价格便宜 在一定范围内能满足控制要求 因而使用 面甚广 在工业控制领域中一直占主导地位 继电接触器控制系统有明显的缺点 设备体积 大 可靠性差 动作速度慢 功能少 难于实现较复杂的控制 特别是由于它是靠硬连线逻 辑构成的系统 接线复杂 当生产工艺或对象需要改变时 原有的接线和控制盘 柜 就要更 换 所以通用性和灵活性较差 提升机的主电动机采用绕线型异步电动机 通过其转子轴上的滑环 向转子绕组回路接 入电阻 以便进行起动和调速 本文诣在对电控系统进行局部的修改 完善 根据我国国 情 按照可靠性系统工程的原理 对现的提升电控系统进行综合分析 评价 尽量采用国内 外的新技术成果 形成一套较为完整的改造方案及适的换代产品 根据现有的经济条件 对 绕线异步电机串电阻的调速部分的电路 采用无触点的 PLC 系统代替原有触点的继电器逻 辑控制系统 提高系统的安全性及可靠性 充分利用 PLC 的多种功能 进一步改善控制性 能 防止控制系统的内外部干扰 第第 1 1 章章 国内外矿井提升机发展概述国内外矿井提升机发展概述 下面对国内外矿井提升机的发展作简要的叙述 以在对比中取得更长足的发展 1 1 国外矿井提升机现状国外矿井提升机现状 伴随着科技的进步以及对安全性能要求的提高 国外矿井提升机在拖动 调速 电控等 方面成绩斐然 在直流拖动方面 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 SCR D 系统所取代 例如 德国 瑞典等国家已有 90 以上采用直流提升机 传动系统采用低 速直联式 省去了减速机 在调速方面 直流变频调速被多数专家认为是大型提升机拖动的 必然发展方向 其优点众多 如 提升机容量几乎不受限制 没有整流子电刷这一薄弱环节 等 另外 在国外 微机控制在提升机上的应用已达到成熟阶段 在对提升行程的控制 对 提升过程的监视 安全回路 对制动系统的控制与监视 全数字化调速控制系统等方面均应 用广泛 例如 德国 AEO 公司的 Logidynt 32 位机 西门子公司的 SIEM ynd 16 位机 系统都已应用于提升机上 此外 在国外 AEG 公司生产的内装式提升机以结构简单 占 地少 成本低等优势也逐步面向市场 1 2 我国矿井提升机电气控制系统的现状我国矿井提升机电气控制系统的现状 历经几十年发展 我国的矿井提升机电控技术取得了不少的进步 但与美国 德国等世 界发达国家相比 依然存在着很大的差距 目前 发达国家的矿井提升机电控技术已全面实 现了全数字控制 而国内绝大多矿井提升机电控系统还是交流串阻调速继电器 接触器控制 效率低下 安全隐患多 严重制约着我国矿山产业的健康发展 急需大规模的技术改造和更 新 目前 我国矿井提升机 90 以上是采用单机容量在 1000Kw 以下传统的交流异步电机拖 动 采用转子串 切电阻调速 由继电器 接触器构成逻辑控制装置 其中 约 70 采用串 电阻调速的交流拖动方式 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调速方 法 其调速范围窄 且投资大 直流电动机拖动的提升机不足 10 其中多一半为电动机 发电机组供电 采用晶闸管整流传动的只占一少部分 近年来 仅引进了几台交一交变频同 步电机拖动系统 计算机技术已在提升机电控系统中得到普遍应用 这种由可编程序的控制 调节装置构成的提升机电控系统的主要特点是 可完成提升行程的测量和设定 实现了对提 升过程的程序控制 精度高 对提升机进行闭环调节 具有良好的控制监视系统 实现了显 示 记录等有关数据的全部自动化 第第 2 2 章章 提升机机械结构及工作原理提升机机械结构及工作原理 2 1 机械结构机械结构 矿井提升机是采矿工业中联系井下与地面的主要运输工具 由主轴 卷筒 制动器 减 速器 牌坊式深度指示器 电控柜 操作台 液压站等部分组成 一 主轴装置 主轴装置由两个卷筒 主轴 四个轮毂 调绳装置等成 右边卷筒叫固定卷筒 左边卷 筒叫做游动卷筒 在调绳时可与主轴作相对滑动 主轴装置一般采用剖分式或整体焊接式 弹性结构卷筒 卷筒受力均匀 强度大 主轴与轮毂通常采用无键连接 提高了主轴强度 二 减速器 本提升机采用双级圆弧齿轮减速器 其结构有两级人字齿轮对和机体 机盖等组成 润 滑油是从单独的润滑油站进行稀油强制润滑 各轴承均采用滚动轴承 三 盘形制动器 盘形制动器是矿井提升机制动系统的重要部件 作为工作制动和安全制动时用 因此 该部件不仅要求结构紧凑 重量轻 而且要求安全可靠 动作灵敏 1 四 液压站 液压站主要用于控制制动器 主要有以下特点 产生压力可以调节的制动油从而控制制 动器以获得不同的制动力矩 能使制动器迅速回油 并可产生二级安全制动及一级安全制动 产生压力油 控制双筒提升机调绳装置 即离合器的开合 五 润滑系统 减速器轴承 齿轮及主轴承的润滑油均由润滑油站集中供给 其结构主要由齿轮油泵 薄片过滤器 旋塞 电接点压力表 供油指示器 管路等组成 润滑油站的齿轮泵装置有两 套 其中一套为备用 过滤器应定期清洗 六 深度指示器 深度指示器是矿井提升机的一个重要部件 其用途有如下几点 指示提升容器在井筒中 实际位置 发送减速和过卷讯号 进行限速保护 本例提升机所配为牌坊式深度指示器 主 要由深度指示器和传动装置组成 七 测速发电机 测速发电机装置 主要由直流电机 三角皮带轮 三角皮带 护罩等组成 其主要作用 如下 随提升机减速轴的实际转数发出相应的直流电压给斜面操纵台上的直流电压表 反映 容器的实际速度 为限速保护和起速保护继电器等提供直流电源 八 联轴器 本例提升机采用两种联轴器 主电机与减速器高速轴采用蛇形弹簧联轴器 此种联轴器 能减少机器运转时冲击 卷筒主轴与减速器低速轴之间采用齿轮联轴器 此种联轴器传递扭 矩大 并能补偿两轴安装时的微量偏斜和不同心 上述两种联轴器内必须加润滑脂以减少磨 损 九 调绳联锁装置 该装置用于调绳时发出信号 告诉司机离合器 合上 或 离开 位置 以及和液压站 安全阀联锁 2 2 工作原理工作原理 如图所示 在主机也就是井筒的两端 一端是电机 一端是机械深度指示器 本设计采 用牌坊式深度指示器 牌坊式深度指示器的结构 由四条支柱 两条丝杠 两个圆盘及数对 齿轮 蜗轮 蜗杆等组成 其中电机为主轴提供动力 矿井提升机主轴的旋转运动 由牌坊 式深度指示器传动装置经过齿轮对传给丝杠 使两根直丝杠相反方向旋转 带动两左旋转梯 形螺母一上一下作相反的直线运动 分别代表主井和副井的位置 运行同时可发送位置信号 M 主主主 主主主主主 主主主主主 主主主主主 主主主主主 主主主主主主主主主主 主主主主主主 主主 主主主主主 主主主主主主 提升机机械原理示意 与电机相连的有转子控制柜和高压换向柜 它们分别接收来自主令控制柜和制动电源柜 的控制信号 转子控制柜通过串 切电阻来实现调速 高压换向柜实现对电机正反转的控制 操作台通过人为或程序控制主令柜 在辅助控制系统中 来自主令控制柜的信号控制液压站和润滑站的工作 保证提升机有 效可靠的运行 第第 3 3 章章 串电阻调速系统串电阻调速系统 3 1 串电阻调速系统原理串电阻调速系统原理 提升机的主电动机采用绕线型异步电动机 通过其转子轴上的滑环 向转子绕组回路接 入电阻 以便进行起动和调速 对电控系统进行局部的修改 完善 根据我国国情 按照可 靠性系统工程的原理 对现有的提升电控系统进行综合分析 评价 尽量采用国内外的新技 术成果 形成一套较为完整的改造方案及适用的换代产品 根据现有的经济条件 对绕线异 步电机串电阻的调速部分的电路 采用无触点的 PLC 系统代替原有触点的继电器逻辑控制 系统 提高系统的安全性及可靠性 充分利用 PLC 的多种功能 进一步改善控制性能 防 止控制系统的内外部干扰 使提升控制系统的速度图达到如图 3 1 所示的理想状态 图 3 1 理想速度 2 三相异步电动机转速公式为 3 1 式 n 60f p 1 s 3 1 从上式可见 改变供电频率 f 电动机的极对数 p 及转差率 s 均可达到改变转速的目的 从调速的本质来看 不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种 矿井提升机是转子串电阻调速 为确保有足够的拉力 串电阻调速属于恒转矩调速 恒 转矩调速是指电机高速 低速时输出转矩一样大 即高速时输出功率大 低速时输出功率小 恒转矩的特点是 不管电机的转速快还是慢 其转矩不变 从调速时的能耗观点来看 有高效调速方法与低效调速方法两种 高效调速时转差率不 变 因此无转差损耗 如多速电动机 变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法 如串级 调速等 有转差损耗的调速方法属低效调速 如转子串电阻调速方法 能量就损耗在转子 回路中 一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加 如果调速范围不大 能量损耗是很小的 绕线式异步电动机转子串入附加电阻 使电动机的转差率加大 电动机在较低的转速下 运行 串入的电阻越大 电动机的转速越低 此方法设备简单 控制方便 但转差功率以发 热的形式消耗在电阻上 属有级调速 机械特性较软 3 2 串电阻调速程序串电阻调速程序 因为继电器工作于高压状态 触点闭合时会有高压电弧产生 因此需要做消弧处理 串 电阻调速消弧处理程序如图 3 2 所示 图 3 2 串电阻调速消弧程序 图 3 3 为串电阻调速程序 图 3 3 串电阻调速程序 第第 4 4 章章 提升机电控系统构成提升机电控系统构成 4 1 引言引言 提升机电控系统可简单地划分为 控制系统 主控系统 辅控系统 调速控制系统 调速系统 供电系统 监控系统 上位机 操作台 提升机电控系统构成如图 4 1 所 示 深度限位 测速机等供电系统 司机操作台主控系统调速系统主电机 辅控系统 液压站 润滑站等 上位机 监控系统 主机设备 图 4 1 提升机电控系统构成 主控系统主要是指完成提升机从加速 等速 减速 爬行到停车整个运行过程的开关逻 辑控制及其必要的保护并与其他子系统交换信号共同完成对提升机整机有效控制的系统 辅控系统是指各路供电电源 控制回路的接口以及辅机系统的控制部分 对传统的继电 器 接触器控制系统而言 还包括可调闸速度闭环环节 动力 低频 制动速度闭环环节 对交流提升机电控而言 包络线速度保护环节和测速环节等 调速系统是指根据控制系统的指令 作为执行机构最终对提升机的主拖动电机进行起停 加速 减速 稳速运行控制的系统 监控系统是指对电控系统关键部件 包括提升机信号系统工作情况 提升机运行过程中 关键参数 参量的曲线 以及司机操作的正确性进行监控和显示 并进行必要的记录以备需 要查阅之需的系统 操作台是电控系统的人机界面 担负着对提升机进行集中控制 监视 参量信号显示的 重任 因该控制线路大体可分为主回路 测速回路 安全回路 调绳闭锁回路 控制回路 可 调闸控制回路 减速阶段过速保护控制回路 动力制动控制回路 自整角机深度指示器回路 和辅助回路等 10 个部分 现分述主回路 测速回路 安全回路和控制回路 4 2 主回路主回路 主回路用于供给提升电动机电源 实现失压 过流保护 控制电机的转向和调节转速 主回路由高压开关柜 高压换向器的常开触头 动力制动接触器的常开主触头 动力制动电 源装置 提升电动机 电机转子电阻 加速接触器的常开主触头和装在司机操作台上的指示 电流表和电压表等组成 地面变电所送来的二路 6KV 电源 一路工作 一路备用 经高压 开关柜的隔离开关 GLK 油开关 高压换向器线路接触器的主触头 正向 或反向 接触器 后到主电机的定子 在高压开关柜内还设有电压互感器 YH 失压脱扣线圈 SYQ 电流互感 器 LH 和过流脱扣线圈 GL 用于失压或过流保护 在 SYQ 线圈回路中还串联接有紧急停车 开关和换向器室栏栅门闭锁开关 用以人为的产生安全制动 当人员进入高压换向器室时栏 栅门闭锁开关起安全闭锁作用 在 LH 回路中串入三相电流继电器 它有三个电流线圈 用 来反映启动过程中电动机定子电流的变化 与时间继电器 1sJ 10sJ 配合 共同调节启动过 程中的速度 实现以电流为主时间为辅的自动启动过程 高压换向器由 XLC ZC FC 等三组接触器组成 用以改变主电机的旋转方向 正转时 XLC ZC 工作 反转时 XLC FC 工作 电动机转子回路接有外加金属电阻和加速晶闸管 用来获得电动不同的人工特性 4 3 测速回路测速回路 测速回路就是把提升机的实际速度测量出来并转化为电量 以供给速度回路和一些以速 度为函数的电器控制元件 在传统的提升机控制中 速度信号的获得都来源于测速发电机 为模拟信号量 在 PLC 控制系统中为了增强系统的保护功能 我们通过计数模块计算提升机运行速度 我们知道计 数模块对位置脉冲的计数值代表了容器在井筒中的位置 不同时刻测得的脉冲差值即为位置 变量 S 而 S 与时刻的变量 T 之比即为速度 基于这一原理 利用 PLC 具有软件可设 置中断功能 通过中断程序来测速 在测速回路中 有光电编码器 它与提升机主轴相连 卷筒旋转一周 光电编码器也旋 转一周 产生固定数量的脉冲列 A A B B 其中一组 A B 脉冲信号作为提升 机深度控制的输入信号 对光电编码器输出的脉冲计数可产生三个功能 1 通过旋转脉冲的 累加值可确定提升容器在井筒中的行程 2 脉冲 A B 之间相差 90 电角度 通过判断其 相位差的正负 可以确定提升机滚筒的旋转方向 3 通过测量旋转计数脉冲的频率 可确 定实际提升速度 3 回路中还有低速继电器 它主要用于低速爬行 当提升机速度减小至继电器释放值时 它可以使高压换向器二次给电 提升机再次加速 当速度升高至其的吸合值时 它又使高压 换向器 接触器 断电 切断电源而减速 由此实现脉动爬行 另外 3 个速度继电器 其触头分别接于加速接触器回路 以便在动力制动时按速度原 则节转子电阻 为了使提升重物时动力制动减速和下放重物时动力制动加速 切换速度均能 在特性曲线的临界值附近 4 4 安全回路安全回路 安全回路用于防止和避免提升机发生意外事故 安全回路中串有很多保护触头 当提升 机工作不正常时 其中任一个触头打开 就产生安全制动 主要包括通过软件和硬件设置的有关提升机连锁保护的各种重故障点 发生重故障时 具有对故障种类记忆功能 排除故障后 用故障复位按钮复位 安全保护由以下几部分组成 1 主令控制器手柄零位联锁 当主令手柄处于中间零位时 零位继电器闭合允许安全 回路接通 当安全回路断电后 主令手柄必须回到零位 安全回路才允许重新接通 2 工作闸制动手柄联锁限位开关 当工作闸手柄在全抱闸位置时 其限位开关的常开 触点闭合 允许安全回路接通 3 测速断线保护 当主测速机损坏或断线时 PLC 判断后实现安全保护功能 4 高压掉电保护 当高压开关柜合闸时 FK 触点闭合 当由于短路 过负荷 欠压 失压 司机人为紧急停车等原因而掉电时 断开安全回路 5 制动油压高保护 液压制动油压超过要求时 电接点压力表上触点闭合 相应继电 器得电后断开安全回路 6 错向保护 当提升机运行方向与预选方向不同时 PLC 判断后安全回路断开 7 等速超速 当提升机运行速度超过最大速度的 15 时 PLC 判断后断开安全回路 8 PLC 输出安全制动继电器 当 PLC 判断系统发生重故障时 PLC 内安全回路断开 时 相应继电器失电 安全回路断开 9 减速过速保护 减速过程中 若提升机运行超速 安全回路断开 10 过卷开关 过卷开关分别装在深度指示器和井架上 当提升容器超出正常停车位 0 5 米时 相应的过卷开关动作 安全回路断开 11 过卷复位开关 当提升容器过卷后 若继续开车 应根据容器的过卷方向选择过卷 复位开关的位置 安全回路方能重新接通 提升机只能向过卷的反方向开车 待过卷故障解 除后 过卷复位开关重新扳回工作位置 另外还有断轴保护 弹簧疲劳 闸瓦磨损开关 松绳保护 制动电源保护 调绳联锁等 保护 4 5 控制回路控制回路 采用单相 220V 交流电源 由一接触器的常开触头控制通断 安全接触器和加速接触器 的线圈都设置相交流电源靠近零线一侧 这可保证某些接点或导线绝缘损坏对地短路时 安 全接触器立即断电 进行安全制动 时间继电器均采用直流 220V 控制回路包括信号回路 电机正反转回路 动力制动接触器回路 低频制动接触器回路 转子电阻控制回路 4 5 1 信号回路信号回路 提升机的信号主要来自光电编码器 井筒磁开关 深度指示 其中光电编码器和深度指示器分别在 4 3 节和 2 1 节介绍过 因此不再赘述 井筒磁开关用于对位置信号进行校正 两个提升容器上分别装上磁铁 在井筒接近减速 区域的位置上装上磁开关 当容器 1 和容器 2 向上通过各自井筒磁开关时 发出深度指示信 号 对脉冲计数值各进行一次校正 即用预置数取代计数模块中原有的计数脉冲累加值 是 减速阶段的计数值更加准确可靠 通过软件编程 PLC 将计数值同预置值进行比较 从而设置各种位置点 如 减速点 二级制动解除点 精针投入点 2m s 限速点 各水平停车点等 在提升机的运行过程中 PLC 发出不同的位置信号 并根据提升工艺完成相应的操作控制 4 5 2 电机正反转回路电机正反转回路 正反转换向回路由正反转换向接触器线圈和线路接触器线圈各保护元件的接点 方向继 电器接点以及两个选择方向的主令控制器触头组成 用以安全地实现接通或断开提升主电动 机的电源 并改变其旋转方向 实现自动爬行等 电机正反转回路有自动换向回路和手动换 向回路 自动换向回路用于自动化提升 在本控制线路中 自动换向回路不能进行自动换向 和自动启动 只能自动控制正反转接触器到停车位置时切断电源 并防止司机因操作方向错 误可能造成的过卷事故 自动换向回路中 有两个方向继电器 它受装于井架上的终点开关 控制 当提升机反向运转终了时 容器碰撞 其常闭触头打开 常开触头闭合 手动正反转 回路中 常开触头闭合 提升机只能正转 同时实现闭锁 反方向运行时 情况相同 无论 正反转时 即使司机误操作也保证不会发生事故 4 5 3 制动回路制动回路 制动回路主要包括可调闸控制以及二级制动控制 在通常工作状态下 可调闸控制用于保证司机根据需要时调整工作制动油压以调整制动 器的制动力 达到控制提升机速度的目的 当提升容器处于减速阶段时 可调闸限速控制自 动投入以保证提升机安全减速 可调闸控制主要有两部分组成 一是可调闸逻辑控制 确定 是否敞闸 二是可调闸油压控制 确定敞闸大小 二级制动是指当提升机发生事故进行紧急制动时 使制动油压很快降到预先调定的某一 数值 经过延时后 制动器的油压迅速回到零 使提升系统处于全制动状态 即停车状态 当提升容器接近井口 或井底 某一位置时 若发生安全事故 提升机只能实行一级制动 使制动器的油压迅速回到零 提升系统立即处于全制动状态 解除二级制动是根据提升容器 的位置而设定的 二级制动解除距离可通过调整井筒开关位置而定 4 5 4 转子电阻控制回路转子电阻控制回路 转子控制回路由三相电流继电器 时间继电器 中间继电器 主令控制器触头等组成 电流继电器有三个电流线圈 用来反映启动过程中定子电流的变化 它的常开接点与时间继 电器配合 共同调节启动过程中的速度 用以实现以电流为主附加时间校正为原则的自动或 手动控制 在预备级电阻上 电动机定子电流很小 继电器不动作 因此 预备级电阻的切 除是按时间原则切除的 16 个中间继电器 用以控制转子电阻的切除和接入 在加速阶段 它受 lSJ 10SJ 时间继电器的触头以及主令控制器触头的控制 可以实现以电流为主附加延 时以及人工控制的加速过程 线圈回路中还有常开触头 这些触头起闭锁作用 实现顺序切 除电阻 当电动机减速时 再将电阻依次加入到电动机转子 使电动机产生的转矩下降 得 到一定的减速度 1SJ 10SJ 为时间继电器 用以控制加速接触器 lZJ 10ZJ 的延时 时间 继电器受电流继电器常开触头控制 在启动过程中 只有当启动电流降到电流继电器整定和 释放值时其触头才能打开 延时继电器才能断开 经整定时限后控制中间继电器 若启动电 流没有降到规定的释放值 电流继电器触头仍然闭合 相应的加速接触器就无法切除电阻 防止了因切换电阻过早而造成启动电流过大的情况 由于延时继电器是直流继电器 故将交 流电源经铁磁稳压器后再经桥式整流器整流 并经电容滤波后再接至各延时电器回路 4 6 监控系统监控系统 4 6 1 上位机上位机 1 简介 随着计算机技术发展以及 PLC 功能的增强和网络的发展 越来越多的需要得到提升机 系统运行的具实际参数 工作状态 运行故障显示等具体 直观的表现形式 因此出现了不 同种类的人机交互界面管理计算机站 集中管理系统运营数据 在工程上称为工程管理计算 机站 简称为上位机监控系统 一般地 上位机与过程控制机 一台或多台 PLC 构成一个分布式计算机系统 如下图 所示 2 监控系统配置与组成 提升机上位机监控系统 选用工控机与 PLC 进行网络通讯 利用自行开发设计的监控 软件 实现实时多画面监控 已达到监控目的 1 在电控系统内配置通讯单元 用通讯电缆将其连接到工控机的通讯端口上 2 在司机操作室内配置工控机 工控机内装入监控软件 上位监控计算机 过程站1 过程站2 过程站n 通通讯讯协协议议 物物理理协协议议与与软软件件协协议议 数数据据总总线线 图 4 2 上位机的一般构成 3 主要监控画面 监控系统形成后 可根据需要 随时切换当前工作画面 主要监控画面有 系统概貌 提升机实时运行状态 实时运行速度 安全回路 提升信号 液压站电磁阀工作状态等等 4 6 2 操作台操作台 操作台上有两个手把 在司机左边的叫制动手把 在司机右边的叫操纵手把 其作用 是操纵主电流启动 停止 正反向转等用 斜面操纵台的斜面上装有两个油压表 12 个讯 号灯及五个电表 平面右侧装 6 个主令开关 在操纵台底部右侧装有一个脚踏开关 当机器 在运转中发生紧急故障时 踩下此开关 切断高压电网 使主电机脱离高压电网 同时实现 安全制动 第第 5 5 章章 PLCPLC 操作主控系统原理及应用操作主控系统原理及应用 可编程控制器 PLC 是一种数字运算 操作的电子系统 专为工业环境下的应用设计 它采用可编程序控制的存储器 存储并进行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算数逻辑运 算等操作指令 通过数字式和模拟式的输入和输出来控制各机械和生产过程 具有程序设计 简单 通用性强 抗干扰能力强 可靠性高的技术特点 可编程控制器 PLC 主要由电源 CPU 通讯单元 高速计数单元 模拟量 I O 单元 数 字量 I O 单元等硬件组成 下面对可编程逻辑控制器的各主要单元进行简介 5 1 PLC 系统组成系统组成 主控 PLC 系统由电源 CPU 通讯单元 高速计数单元 模拟量 I O 单元 数字量 I O 单元等硬件组成 装在主控柜内 带有辅控 PLC 的电控系统 辅控 PLC 系统由电源 CPU 通讯单元 高速计数单元 基 本 I O 单元等硬件组成 装在操作台内 5 2 各单元基本特点各单元基本特点 1 电源单元 电源输入电压 100 240V AC 为 PLC 提供总线电源及基本电源 2 CPU 单元 CPU 单元为 PLC 的核心 包括有存储器接口 编程接口等 是程序设 计的载体 其上插入的存储器模块用锂电池保持 RAM 的内容 PLC 可在其上设置为程序执 行 STOP 或 RUN 方式 其中 STOP 方式 不扫描程序 禁止输出 信号状态为 0 可对 PLC 编程或修改程序 RUN 方式 循环处理程序 读进输入状态 允许输出 信号状态为 1 3 数字量输入单元 由现场过程来的数字量信号用 24VDC 电压等级输入 每个输入均 采用光电隔离 输入信号状态变化时 PLC 上有对应的灯光信号显示 数字量 I O 单元将这 些开关量信号转化为 PLC 能够处理的数字量 作为控制条件参与程序的运行 4 数字量输入单元 来自过程的信号送入 PLC 后 PLC 进行运算和控制并将运算结果 通过输出接点送给执行器 输出信号状态变化时 PLC 上有对应的灯光指示 输出形式有三 种 继电器输出 可控硅输出 晶体管输出 5 模拟量输入单元 模拟量输入单元将现场过程来的模拟信号 电压或电流信号 采 集进来 转化为 PLC 能够处理的数字量 作为控制条件参与程序的运行 6 模拟量输出单元 PLC 进运算结果 数字量 通过模拟输出单元转化为现场过程能 够执行的模拟信号 电压或电流信号 7 高速计数单元 选用高速计数单元对来自过程的脉冲信号进行计数和监控 指示提升容器的实际位置 发送位置信号 对提升机进行行程监视和位置闭环控制 高速计数单元具有计数速度快 计数频率可达 50KHZ 以上 和计数范围大 32 位计数 器 等优点 它可完成高速计数器和 PLC 基本单元之间的双向信息传递 CPU 可以接收来自 计数单元的计数值 也可以控制计数器的计数方式 在提升机主轴上安装和卷筒同步转动的光电编码器 将位置信号转换成两路相互交错 90 电角度的脉冲信号送入高速计数模块 这两路信号可以防止运行过程中的误计数现象 提高了计数的精度和可靠性 PLC 根据计数单元的计数值可以确定一些位置点 如减速点 精针投入点 二级自动解 除点 停车点 过卷保护点等 这样 包括主机设备中的监控器发出的位置信号 井筒及井 架开关发出的位置信号 电控系统具有了对位置信号的三重保护功能 8 通讯单元 PLC 通讯单元用于 PLC 多个 CPU 间的联网 多个 CPU 通过通讯单元构成 各式各样的网络化系统 不仅可以使系统变得简洁 增强抗干扰性能 也可大幅度降低施工 成本 并且便于系统的管理 第第 6 6 章章 技术经济性分析技术经济性分析 TKD NT 单绳缠绕式矿井提升机采用串电阻调速 利用继电器 接触器构成逻辑控制装置 对于继电接触器控制系统有明显的缺点 设备体积大 可靠性差 动作速度慢 功能少 难 于实现较复杂的控制 继电接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力 但使用了大量的机械触 点 使设备连线复杂 且触点在开闭时易受电弧的损害 寿命短 系统可靠性差 特别是由 于它是靠硬连线逻辑构成的系统 接线复杂 当生产工艺或对象需要改变时 原有的接线和 控制盘 柜 就要更换 所以通用性和灵活性较差 通过继电器 接触器去切除电动机转子电 阻 使电动机不能匀速运行 对启动阶段电能损耗较大 当要求频繁启动或不同运行速度的 多水平时就更为不经济 电动机起动时 往往产生 4 7 倍额定电流的起动电流 由接触器 或断路器来控制 电器的触头则能承受起动电流的接通和分断考核 即使是可频繁操作的接 触器也会引起触头磨损加剧 以致损坏电器 也会产生电流冲击使电网电压的波动加大并导 致畸变 而 PLC 采用微电子技术 大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成 大部分 继电器和繁杂的连线被软件程序所取代 故寿命长 可靠性大大提高 因此 采用 PLC 控制 减少系统的故障率和维修率 提高系统的经济效率 优点分析 一 可靠性高和抗干扰能力强 PLC 为了满足 专业在工业环境下应用 的要求 采 取了如下硬件和软件措施 第一 内部采用电磁屏蔽 防止辐射干扰 第二 采用优良的开 关电源 防止电源线引入的干扰 第三 具有良好的自诊断功能 可以对 CPU 等内部电路进 行检测 一旦出错 立即报警 第四 对程序及有关数据用电池供电进行后备 一旦断电或 运行停止 有关状态及信息不会丢失 第五 对采用的器件都进行了严格的筛选 排除因器 件问题而造成的故障 第六 采用冗余技术进一步增强了可靠性 二 通用性强且使用方便 PLC 产品现已系列化和模块化 其配备的各种各样齐全的 I O 模块和配套部件 可供用户选择使用 可以很方便地组合成能满足不同控制要求的控 制系统 用户不需要自己设计和制作硬件装置 三 程序设计简单且易学易懂 PLC 主要的使用对象是广大的电气技术人员 PLC 生产 厂家考虑到这种实际情况 一般不采用微机所用的编程语言 而采用了与继电器控制原理图 非常相似的梯形图语言 工程技术人员学习和使用这种编程语言十分方便 四 对生产工艺改变的适用性强 PLC 实质是一种工业控制计算机 其控制操作的功 能是通过软件编程来确定的 当生产工艺发生变化时 不必改变 PLC 的硬件设备 只需改变 PLC 的程序 PLC 可编程控制系统 是目前国内先进的控制系统 本系统采用提升信号和操车控制系 统一体化 增强了系统在各种作业条件下控制的可靠性 监测的准确性 现场使用的灵活性 提高了提升机的工作效率 本次设计对矿井提升机电控系统的技术改造 实现了提升机及提 升系统自动化运行 取得了明显的经济效益和社会效益 提升系统的安全性有了更可靠的保 证 在自动化程度 能源节约 噪声治理 人财物节约等方面取得了显著效果 PLC 是以微处理器为核心 综合了计算机技术 自动控制技术和通信技术而发展起来 的一种新型 通用的自动控制装置 具有结构简单 性能优越 可靠性高 灵活通用 易于 编程 使用方便等优点 近年来在工业自动控制 机电一体化 改造传统产业等方面得到了 广泛应用 由于控制对象的复杂性 使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性 使 得 PLC 在设计 结构上具有许多其他控制器无法相比的特点 目前 在中国市场上最具竞争力的西门子公司 三菱公司 欧姆龙公司 AB 公司所推出的 PLC 均为从小到大全系列的产品 可以满足各种各样的要求 三菱中型 PLC 领域的技术优势 有极丰富的指令集 具有强大的多种集成功能和实时特性 其性能价格比非常高 所以它在 各行各业中的应用得到迅速推广 在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备 结结 论论 目前 我国正在服务的大多数矿井提升机电控系统 主要是转子回路串电阻的交流调速 系统与 C M 直流调速系统 V M 可逆调速系统目前已经广泛使用 在加速阶段和低速运 行时 大部分能量 转差能量 以热能的形式消耗掉了 因此电控系统的运行效率较低 同 时 这种调速方案为了在低同步状态下产生制动转矩 需采用直流能耗制动方案 即动力 或采用低频制动 但元论采用何种方式 总需要设置辅助电源和定子绕组的二次切换操作 虽然这种方案存在着调速性能差 运行效率低 运行状态的切换死区大及调速不平滑等缺点 这种基于 PLC 技术的电控系统在我国 20 世纪 90 年代已有不少的产品通过工业运行 都取 得了较好的运行效果 这些采用 PLC 技术的新型电控系统 都已较成功地应用于矿井提升 实践 并取得了较好的运行经验 克服了传统电控系统的缺陷 代表着交流矿井提升机电控 技术发展的趋势 一 矿井提升机使用 PLC 电控后出现的问题 提升机的某些重要保护不能直接试验 提升机使用 PLC 电控后 电控中软件实现的某 些保护 不能直接试验 不容易像在模拟控制系统中那样方便地调节和改变参数 因此 对 过速 限速等保护直接无法试验 现场技术人员不能掌握 PLC 工控程序 使用单位的技术 管理人员对矿井提升机 PLC 电控的了解还处于 外围 仅对输入 输出比较熟悉 而对 PLC 电控的核心工控程序还处于起步阶段 其技术水平不足以对所用电控的可靠性及安全性 做出判断 提升机的运转安全依赖电控厂家 现阶段 如何从制度和程序上避免人为失误 应是电控生产厂需要认真对待的问题 对提升机 PLC 电控的安全可靠性具有判断能力 则 是煤矿企业必须慎重思考的课题 二 升机对电控装置的要求 矿井提升机属往复运动的生产机械 对于单水平提升系统 在每次提升循环中 容器的 上升或下降的运动距离是相同的 对于多水平提升系统 每次提升循环中 容器的运动距离 不一定相同 但无论哪种情况 提升机在工作过程中都有固定的循环运动方式 亦即按照一 定的速度图运转 根据提升机的运行方式和矿山企业的固有特点 对提升机电控系统的要求 如下 一 能够四象限运行 只有这样 提升机才能根据负载变化及工作需要 按给定速度 图自动地工作在正向或反向 电动或制动等工作状态 二 要设置完善的故障监视 安全 联锁 信号报警及闸控电路 确保系统安全运行 三 具有良好的调速性能 亦即静差率 小 速度平稳 调速范围大 调速方便等 四 工作方式转换容易 要能够方便地进行自 动 手动 验绳 调绳等工作方式的转换 五 要设置准确可靠的速度给定装置 以实现 加 减速时的平稳运行 本次设计的目的就是运用先进的控制装置 PLC 控制提升机电控系统调速的运行 提升机 的电控系统是采用 继电器逻辑 控制 虽然其控制逻辑已经比较精练 严密 但由于其逻 辑控制部分是由继电器触点实现的 故障率较高 而且控制柜布线复杂 给确定故障范围 查找故障带来较大困难 用 PLC 来代替继电器 接触器构成的逻辑控制装置 既提高整个系 统的可靠性指标 又可以满足工作现场对低故障率的要求 并且在满足使用的情况下 选经 济实用的型号 三菱有很强的模拟量和高速计数的处理能力 是使用得最多的产品 控制可 靠 价格较低 性能优良 既提高工作质量 又取得了良好的经济效益 具有程序容量较大 运行速度快 编程灵活等优点 总体而言 随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长 对矿山生产技术提 出了越来越高的要求 矿井提升机作为矿山进行生产活动的关键设备之一 其电控技术的发 展对促进矿井生产效率的提高和安全作业 无疑具有极其重大的影响 我们应当借鉴国内外的先进思想 结合当前国内测试技术的整体发展水平 基于我们的 研究 积极创新 做出更大的贡献 相信我国的矿井提升事业在实践探索与向技术先进国家学习的过程中一定会取得长足发 展 致致 谢谢 三年前 我怀着对平顶山工业职业技术学院的渴望 向往与期待踏入校园 三年后 文以治国 工以立国 商以富国 的信念 让我必须满怀使命 挺起胸膛的说 我们 以及我们正在把握和即将把握的事业 理应成为中国经济崛起的脊梁 民族需要掌握先进 理念 具有国际视野 熟悉具体环境的实战先锋 也告诉我 只有不断经历考验 挫折 甚 至失败 才能逼近我们最终的理想 生于斯时 长于斯境 唯有以双倍的努力 十倍的耐心 百倍的豪情和千倍的执着来完成原赋的使命 经过了为期几个月的毕业设计 在张会娜老师的辛勤指导下业已完成 从设计的题目到 具体的设计内容 都包含着张老师的精心指导和无私的关怀 也让我在这次设计中学到了很 多理论实际知识 使我受益匪浅 在此向导师表示深深的感谢和崇高的敬意 本次设计的完 成也凝聚了系里各位专业老师细心的教诲和指点 以及身边同学对我的信心和帮助 也是他 们的支持和帮助 才使我的毕业设计论文工作顺利完成 在此向各位老师及同学表示由衷的 谢意 感谢我的爸爸妈妈 焉得谖草 言树之背 养育之恩 无以回报 你们永远健康快乐是 我最大的心愿 在论文即将完成之际 我的心情无法平静 从开始进入课题到论文的顺利完 成 有多少可敬的师长 同学 朋友给了我无言的帮助 在这里请接受我诚挚谢意 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境 最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学 以及在设计中被我 引用或参考的论著的作者 参考文献参考文献 1 杨兴瑶 电动机调速的原理及系统 M 水利电力出版社 2004 2 卢燕 矿井提升机电力拖动与控制 M 北京 冶金工业出版社 2001 3 陈立定 电气控制与可编程序控制