毕业设计—任鹏.doc

毕业设计 论文 说明书 题目 平煤二矿主井绞车提升机电控系统改 造 姓名 任鹏 班级 09 级应用电子技术一班 平顶山工业职业技术学院 2011 年 10 月 11 日 目录目录 第一章 前言 第二章 设计思路 2 1 设计的意义 2 2 提升系统原始资料 2 3 工作流程图 2 4 工作过程 第三章 系统设计 3 1 松下 PLC 编程软件的基本使用流程图 3 2 FP1 的产品及性能简介 第四章 操作说明 第五章 结束语 0 第 1 章 前言 计算机控制技术和网络技术在煤炭行业也得到了 迅猛的发展 如选煤厂微机自动化系统 矿山电网综合 自动化系统 主井绞车自动控制系统 井下主煤流胶带 控制系统以及工作面综合监测系统等 这些控制系统都 在不同的应用领域改变着传统煤炭行业技术和产业结构 它们极大地提高了煤炭的产量 提高了煤炭生产的安全 性 提高了企业的自动化和管理水平 随着计算机可靠性的提高 价格的大幅度下降 出现了数字调节器 可编程控制器 PLC 以 及由多个计 算机递阶构成的集中 分散相结合的集散控制系统 测量变送仪表一般为模拟仪表 因而它是一种模拟 数 字混合系统 这种系统在功能 性能上较模拟仪表 集 中式数字控制系统有了很大进步 可在此基础上实现装 置级 车间级的优化控制 由于 PLC 可编程控制器可靠 性高 应用极为方便 已成为当今应用场合最为广泛的工 业控制装置 成为机电控制不可缺少的核心控制部件 随着工业生产自动化程度要求的不断提高 更加可靠的 可编程控制器 PLC 已应用到煤炭行业的各个系统中 根据 PLC 的外围设备少 站地面积小 维护量小 安全 程度高 易于实现自动化的特点 结合该矿实际 决定 1 选用 PLC 为核心的控制体统对该井提升信号系统进行改 造 2 Abstract 第第1 1章章 绪论绪论 时光如梭 岁月如歌 转眼间 平煤二矿走过了50年的 光辉历程 50年来 经过几代矿工的艰苦奋斗 二矿由建矿之 初设计生产能力21万吨 服务年限20年的小矿 老矿 一跃变成产量超过120万吨的大矿 如果站在发展速度的视点上 我们会发现 自2001 年以来 二矿人以超越自我 追求卓越的勇气 时时创 优 处处争优 使一个濒临倒闭的企业起死回生 原煤 产量一年一个新台阶 是4年前的2 4倍 是建矿初期的6 倍 销售收入是4年前的5倍 职工收入每年以30 的速 度增长 各项经济技术指标均创出了历史最高水平 二 矿 其超常规 跨越式的发展速度让人惊叹 在广袤的中原大地上 伏牛山像一条腾飞的巨龙 在巨龙的口中 含着一颗耀眼的 龙珠 这颗 龙珠 就 是因煤而兴 因煤而立的平顶山 第二章第二章 设计思路设计思路 2 12 1 设计的意义设计的意义 随着科技的发展 人们的日用需求量越来越大 21 3 世纪能源结构将发生巨大变化 煤炭在能源结构中的比 例将会下降 我国也不例外 但是 由于我国石油 天 然气的储量有限 煤炭的主导地位在短时间内不会有根 本的改变 据有关部门预测 到 2010 年我国需要煤 13 4 亿 t 20 世纪 90 年代 我国已成为世界第一大产煤国 我国煤炭资源丰富 劳动力廉价 本应在国际市场竞争 中占有优势 但由于技术 管理 体制等原因 大多数 煤矿的劳动力效率低下 1998 年我国原有统配煤矿的平 均全员效率仅为美国的 1 6 澳大利亚的 1 78 工人年工资仅为美国的 2 澳大利亚的 1 15 工 资差别如此之大 但吨煤劳动成本还是超过了美国 目 前 煤炭企业已难以盈利 甚至亏损 如不尽快改变这 种状态 入世后国外优质廉价煤炭可能涌入我国 我国 煤炭企业的前景将不容乐观 我国未来煤炭企业的出路在哪里 从先进采煤国和 我国神华 兖州等矿区 九五 的发展经验 以及其它传 统产业发展的经验得到的结论是 用高新技术改造传统 的煤炭工业 例如 美国和澳大利亚 80 年代以来引进长壁开采 技术 在工作面采用大功率电牵引采煤机 电液控制的 4 液压支架和具有软启动功能的刮板输送机 主煤皮带式 运输采用变频调速 CS T 机械及电气调速装置 计算机 和各种保护传感器组成的集中控制系统 提升机采用全 数字化直流或交 交变频提升机等等 上述这些采用电力 电子 自动化 计算机 信息技术 网络技术的机电 一体化设备 使综采效益达到前所未有的水平 成为世 界上煤炭工业效益最好的国家 煤矿安全也名列世界的 前茅 上述例子都说明采用高新技术改造传统煤炭工业 不仅在市场竞争中将处于优势地位 煤矿安全也得到很 大提高 达到世界先进采煤国的水平 应用高新技术改 造传统煤炭企业还可以提高企业现代管理水平 改变煤 炭工业的形象 2 22 2 提升系统原始资料提升系统原始资料 平煤集团二矿主井绞车系 JKMD 4 4 E 落 地式多绳摩擦轮提升机 直接传动 最大提升速度 9 6m s 提升高度 721 6m 由直流电动机拖动 直流电 动机采用 ZKTD285 75 型 2500KW 900V 3122A 45 84r min 他励 励磁电压 110 55V 励磁电流 248 8 497 6A 励磁功率 27 4KW 电气控制采用全数字控制磁场换向 SCR D 系统 可实 现无级调速 具有较好的运行特性 能实现高效运行 5 控制系统分全自动 半自动 手动 验绳操作 调节系 统采用德国进口原装 6RA23 全数字调节器 操作系统采 用美国进口原装 GE90 30 可编程序控制器 因种种原 因需要 GE90 30 退出运行时 经操作转换开关可使提 升机在 GE90 30 退出的事故状态下转入继电器方式简 易开车 此外 当整流柜或变压器一组发生事故时 通 过方式转换柜 可将其脱离系统 提升机可在降低功率 下满载半速运行 矿副井信号系统从建井处接管过来时 井上下联系 信号都是靠灯泡和电铃来实现的 在信号系统与主控系 统没有相应的闭锁及联锁的情况下 经常出现打错点和 拉错方向的事故 由 PLC 控制的信号系统 成功地完成 了信号系统与主电控系统的闭锁及联锁 实现了以下功 能 1 井上下信号必须一致方可开车 2 井下信号只能通过井上信号才能传至绞车房 不能直接传至绞车房 3 事故停车点 由井上 下直接传至绞车房 停 止绞车运行 4 打正向点只能开正向车 而不能开反向车 反 之亦然 即实现了方向闭锁功能 6 5 打慢点只能开慢车 而不能开快车 速度可控 制在 1m s 以下 即实现了快慢连锁功能 2 32 3 工作流程图工作流程图 下井口下井口上井口上井口绞车房绞车房 打点信号打点信号打点信号打点信号 打点信号打点信号 控制绞车动作控制绞车动作 具体打点次数示表4 1 1 12 23 34 45 5 停车停车快上快上快下快下慢上慢上慢下慢下 表 4 1 SR 左移移位指令 Shift register SR 是左移移位指令 其书写格式见 PLC 图 4 1 IN CP R SR WR n PLCPLC图图 4 14 1 具体说明如下 7 1 该指令的移位对象只限于内部寄存器 WR 它可 以指定 WR 中任意一个作为移位寄存器使用 2 IN 端为数据输入端 该端接通 移位输入的是 1 该端断开 移位输入的是 0 3 CP 端是移位脉冲输入端 该端每接通一次 上 升沿有效 指定寄存器的内容左移 1bit 4 R 端是复位端 该端一旦接通 指定寄存器的 内容全部清零 且移位动作停止 R 端比 CP 端优先权 高 这套信号系统与主控系统的闭锁及联锁功能由 PLC 控制 通过继电器执行这种闭锁及连锁功能 其原理图 如下图 4 2 Z1 Z2 接点串入主电路反向给定回路 Z3 Z4 接点串入主电路正向给定回路 Z5 Z6 接点串入主电路快点开车给定回路 Z7 Z8 接点串入主电路反向给定回路 8 Z2 Y0 Y2 Y1 Y3 Z4 Z3 Y0 Y1 Z6Z5 Y0 Y1 Y2 Y3 Z7Z8 给定给定 GS 去 GJ Z5 Z6 65K Z1 工作原理图工作原理图 4 24 2 9 井下打点井下打点 井下打点井下打点 井下停点井下停点 井上打点井上打点 井上停点井上停点 B1 B2 B3 B4 X1 X2 X3 X4 红灯信号红灯信号 Z7 Z8 可 编 程 控 制 器 PLC X1 X2 X3 X4 井下井下 Y4 井上井上 Y5 车房车房 Y6 Y0 Y1 Y2 Y3 Y7 Y8 Y9 YA YB 10 梯形图如下 R21 R22 R12 R13 Y4 Y1 Y2 R23R14Y3 R25 R15 Y1 Y0 Y2 Y3 Y7 X2 X3 X4 X1 X4 11 Y6 X2 X3 X4 Y5 X4 X1 X3 R24 X1 X3 R25 Y8 Y9 YA YB END I O分配表 X1 井下打点 X2 井下停点 X3 井上打点 X4 井上停点 Y0 为正快 快上 12 Y1 为正慢 慢上 Y2 为反快 快下 Y3 为反慢 慢下 Y4 下井电铃 Y5 上井电铃 Y6 车房电铃 Y7 红灯指示 Y8 下井显示置位 Y9 上井显示置位 YA 下井显示复位 YB 上井显示复位 中间继电器 R24 下井移位复位 R25 上井移位复位 2 42 4 工作过程工作过程 1 当需要 快上 时 下井口先打点 即显示 2 此时 X1 动作 2 次 移位寄存器左移 2 位 R1 闭合 接通 内部继电器 R20 X1 由于接通触发 Y8 2 次 接通外部 电路在数码管上显示 同时上井口 下井口电铃打 铃 次 上井口接到打点信号后 开始打点 X3 为上 井口打点器 同时打点 左移指令 SR WR1 也向左 13 移 位 触点 R11 接通 此时 Y0 接通 电机做 正上 快速运动 同时由于 Y0 互锁 指示电路 Y7 接通 红 色指示灯亮 上井口打点时 Y4 Y5 Y6 继电器接通 下井口 上井口 绞车房电铃响 打几次点 响几次铃 此时 Y9 也接通 触发上井口显示电路显示 当达 到井面时 停车开关 X2 X4 打点寄存器复位 线圈失 电 绞车停车 显示器复位 2 当需要绞车 快下 时 下井口先打点 3 下 即显 示 3 移位寄存器由于复位从新开始 至 R2 此时 R0 R2 接通 R1 R20 失电不起作用 R21 带电 其相应的 触点动作闭合 上井下井电铃响 下井显示 3 上井听到指 示后开始打点 过程与上相同 绞车开动 3 当需要绞车 慢上 时 绞车开慢车 正方向 下井打点 4 为慢车 显示器显示为 4 此时 其甩掉 原有电路 使其电压通过限流电阻降低电压值 使绞车 速度慢下来 通过 R4 的互锁作用 使其余继电器不工 作 通过 ZJ3 所接外部触点来转换电路工作的 4 慢下工作方式与此相同 只不过方向相反 第三章第三章 系统设计系统设计 设计分可编程控制器 PLC 控制信号系统和电子 数码显示部分 可编程控制器 PLC 主要控制矿井提 14 升的信号系统 电子数码显示部分主要显示信号点数 提醒打点人员打点 车房开车人员开 停车 如下图示 井上打点井上打点 井下打点井下打点 绞车 房 M 显示显示 显示显示 信号信号 信号信号 信号相同信号相同 3 13 1 松下松下 PLCPLC 编程软件的基本使用流程图编程软件的基本使用流程图 本系统采用日本松下 FP1 编程器编写 PLC 程序采 用了 SR 左移移位指令 微分指令 内部继电器组成 松下 PLC 编程软件的基本使用流程图 15 在可编程控制器中有多种程序设计语言 它们是梯形 图语言 布尔助记符语言 功能表图语言 功能模块图 语言及结构化语句描述语言等 3 23 2 FP1FP1 的产品及性能简介的产品及性能简介 FP1属于小型机 产品型号以C字母开头代表主控单 元 或称主机 以字母E开头代表扩展单元 或称扩展 机 后面跟的数子代表I O点数 该产品包括C14 C72 六款主控单元和E8 E40四款扩展单元 形成系列化产 品 其中FP1 C24型可编程控制器的主控单元外形图和 相关部件说明如图3 1所示 表3 1列出了FP1的主要 16 产品规格类型 主控单元和扩展单元的I O点说2加起来 最多可达152个点 在主控单元内含有高速计数器 可 输入的脉冲频率高达5KHz 并能同时输入两路脉冲 晶 体管输出型PLC可输出频率可调的脉冲信号 主控单元 还有8个中断源的中断优先权管理等功能 同时通过PC 机可以对PLC进行梯形图程序的编辑 状态监控等 除 主控单元和扩展单元以外 还有A D D A单元和C NET链接单元等高级模块 可进行模拟量处理 并可方 便地构成工业现场PLC控制网络 FP1扩展单元和高级 单元的配置如图3 2所示 对应的I O地址分配请参见附 录一 第四章第四章 操作说明操作说明 程序中由于互锁及连锁大功能使其运行安全大大提 高 由于停车点与复位点用同一继电器 避免打错点乱 停车 而且此还避免打错乱点使其在次数一定时 重新 复位开始打点 显示器也复位 以打点次数显示 打点 过程完毕后 井上才能打点 切须上 下井口打点一致 方可开车 此程序还相推原先传统控制中容易控制错乱造成安 17 全隐患的问题 对所有过程进行和锁定 使其在需一种 状态时其余电路断开 以保证机车运行速度达到需求状 态下运行 第五章第五章 结束语结束语 当前国内的提升信号系统多采用传统的继电器控制 方式 这种控制装置元件多 体积大 耗电多 故障率 高 可靠性低 改造和安装周期长 应用领域越来越广 PLC 用于信号系统之中就是成功的一例 它用计算机代 替继电器控制盘 用程序代替硬件连接 输入输出可与 外部装置直接相连 结构易于扩展 其突出特点为 可靠 性 低埙耗 环境要求低 接线配置方便 现场安装调试 周期短 以其为核心的信号系统的功能完善 控制过程 简洁 维护方便 特别是选用日本的 FP1 型可编程控制 器 功能有很大提高 且其良好的工作性和稳定性 在极 其恶劣的环境下仍能可靠的运行 代表了当今提升系统 智能化改造的主流 18 附录附录 1 1 表表 3 3 1 1 FP1FP1 主要产品规格类型主要产品规格类型 品名类型I O点 数 内部 寄存 器 工作 电压 输出 形式 C14 标准型 8 6EEPRO