提升运输毕业设计

1 概述1.1 矿井提升机的概述矿井提升机是矿山大型固定设备之一，是井下与地面的主要运输工具。矿井提升机主要担负一个矿井所有的矿物（煤，矿石）提升，升降人员，运输设备，下放材料等, 根据提升机的工作种类或工作原理的不同，提升机有不同的分类：提升机按工作种类可分为：1）主井提升机：担负矿井生产矿物提升的主提升机。2）副井提升机：担负矿井人员、材料、设备等升降任务的提升机。按驱动方式可分为：1）直流提升机；2）交流提升机；直流提升机又分为：1）发电机组控制提升机；2）晶闸管调速提升机；交流提升机分为：1）TDK系列串电阻柜调速提升机；2）串极调速提升机；3）变极调速提升机；4)变频调速提升机；各类提升机的工作原理和构造虽然差别很大，但它们都有一些共同的不可缺少的部分组成，如图1.1所示：图1.1 提升机组成框图动力装置： 主电机；传动系统： 减速机、联轴器、滚筒、导向轮等；制动系统装置：制动器和液压传动装置润滑冷却系统： 润滑泵站及管路、悬挂装置：提升容器（箕斗或罐笼）、钢丝绳，联轴器等；电源系统： 主变压器、高压装置、低压装置等；控制系统： 操作台、行程监控器、继电器柜、传动柜；保护系统：提供矿井提升机完善后备保护的系统1.2 提升机电控系统现状及趋势 1.2.1 国内矿井提升机电控系统现状国内现有提升机多为交流异步电动机驱动的TKD系统，这种控制系统是采用继电器有触点的逻辑控制，以切换串入交流电机转子的电阻来达到调速的目的，减速段采用定子回路切换成低频动力电源（或直流动力制动电源）进行动力制动减速；减至爬行速度后，再用低频电源或高压二次给电拖动至井口。随着PLC功能的不断完善，近年来，以有一些厂家将PLC应用在交流提升机的改造上，主要表现在：采用PLC逻辑替代了原来的继电器逻辑，采用电子线路替代了磁放大器，对可调闸和动力制动进行调节控制，主令控制器用简单的接点耦合替代，数字信号采用电子线路处理。引入这些技术后，在一定程度上改善了提升机的性能，但也存在一定的缺陷，主要问题有：外围硬件过多，没有充分发挥PLC软件的功能，装置容易出现故障和产生不稳定；简单耦合的主令控制器可靠性差，容易造成开车控制上的重大错误；对速度检测增加中间有源环节，容易造成速度检测的不真实性，甚至出现错误的速度检测值；减速点等关键点设置太少，留有重大隐患；没有良好的调节控制程序，调速性能不理想。1.2.2矿井提升机的继续研究和发展趋势随着数控技术进入中国，中国也进行了数控化的开发研制，并逐渐应用到了提升机里面。国内如大中专院校、企业院所正在做数字化提升机电控系统的集成开发尝试。考虑当今数控技术的发展，紧密结合提升机控制工艺的要求，我们认为当今先进的数字化提升机应具有以下特点：在驱动控制上，矿井提升机与直流拖动与交流拖动相比，调速性能好，不需要附加其他拖动装置，随着驱动控制产品的成熟，完全能够实现全数字化控制，大大提高了系统的可靠性与控制精度。在整个系统的配置上，应采用现在比较成熟的网络化设计，增加系统的可靠性，减少了现场的工作量，减低的系统的整体成本。2 电控系统总体方案选型设计实现工业自动化控制可以用多种方式来实现，总体方案设计中选择何种控制系统是关键的一环。它直接关系到投资成本、耗能、可靠性、安全性和应用效果。本系统的总体方案选型主要包括监控系统的选型和拖动系统的选型，其中监控系统选型又包括操作站系统的选型和主控制系统的选型。2.1 监控系统选型比较提升机的监控系统主要由上位机和主控系统组成，来完成现场的信号、数据的采集及实时显示、监控和保护任务。2.1.1上位机的选型比较上位机是控制系统人机界面和监视控制装置，它主要完成监督控制、最佳控制及集中监视、操作和处理。对所监视的系统范围内可能出现的紧急情况做出相应，实现对被监控系统的最佳运行。它具有系统协调、报表制作、画面显示、画面拷贝、历史数据存储和检索及自诊断等一系列功能。上位机既可以由工业控制计算机实现也可以由触摸式显示屏实现，但二者在性能上存在差异：1.触摸式显示屏 它是目前国际上较先进的一种集控制与显示与一体的专用计算机产品，被成为可编程序控制器的脸面，并可以用于设置参数显示数据，以动画的形式描绘自动化控制过程等。在矿井提升系统中可以用棒图显示提升容器在井筒中的高度，动态显示全程的提升速度的曲线度，故障实现自登录，自诊断以及声光报警等。2.工业控制计算机 工业控制计算也是工业现场常采用的一种监控设备，与触摸式显示屏比较它在操作的方便性略差，在数据或画面调出时触摸式显示屏可以直接用手点击相应画面即可，而工控机需采用相应的指令。2.1.2主控系统的选型比较 矿井提升机主控系统是矿井提升机电控系统的核心，它综合信号系统、深度指示系统、传动系统、上位机系统及其它设备的各种信号、数据，对提升机及相关设备的工作状况进行实时监控，控制罐笼的启动、减速、停车，保障罐笼在运行过程中的安全。对本系统来讲，主控系统既可以改造为用微型计算机进行控制，也可以改造为用PLC进行控制。下面将对二者的性能进行比较：1. 应用范围：微型计算机系统一般用于科学计算、数据处理及计算机通信等方面。而PLC主要用于工业控制。2. 使用环境：微型计算机对环境要求比较高，一般要求在干扰小并具有一定温度和湿度要求的机房内使用。而PLC适应工程现场的环境。3. 程序设计：微型计算机系统具有丰富的程序设计语言，要求使用者具有一定水平的计算机程序编制能力和接口技术。PLC可以把非常简单的编程语言提供给用户使用，编程语句数量少、逻辑简单，有的PLC还提供算术运算指令，步进指令等，易于学习和掌握。4. 系统功能：微型计算机系统一般配有较强的操作系统进行设备管理、文件管理、存储管理。PLC只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序输入和修改用户程序的执行等功能。由以上分析可见，PLC是工业控制的专用机具有可靠性高、编程简单、控制系统设计调试周期短，但输入/输出响应速度慢的特点，而微型计算机是通用计算机，可靠性相比PLC而言稍差，编程复杂且控制系统涉及调试周期长，但响应速度快。2.2拖动控制系统选型比较 2.2.1交流传动系统 交流传动系统泛指以各种交流电动机为控制对象的传动系统，一般地说，交流传动比较简单，设备和安装费用低，建筑占地面积小，但电气调速性能差，减速和爬行阶段需要附加拖动装置。1. 串级调速 在绕线转子异步电动机转子回路中引入外加电动势，以改变电动机运行转差率而获得不同转速。根据产生附加电势的方法不同，异步串级拖动可分为直流电机串级、离子串级以及可控硅直流串级。目前广泛采用的是后者，该拖动方式具有效率较高，调速平滑，爬行段不需附加其它设备和控制性能好等特点。它的缺点是功率因数低、颠覆力矩降低约17%，线路较复杂，投资较高等。2. 变频调速 大型提升机采用变频调速取代传统的直流传动是近年来的发展趋势，它克服了大功率直流电动机换向器的换向能力受限，设计制造及维护困难和电动机体积庞大等问题。变频调速是利用异步电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变异步电动机的频率进行调速的方法，它有以下显著的优点：1) 输出功率可以连续调节，可以实现电动机无级调速。2) 功率因数高，利用效率高，节能效果显著。 有发无功功率的能力，不消耗电网上的无功。 稳压性能好。如设备在额定功率下运行，能保证电动机在额定电压下运行，从而避免了因电压高（低）对电机所造成的危害。 在电动机的负荷低于额定功率时，它可以根据给定值来调整电动机的输出功率。3) 对电网电压波动有很大的适应能力，并能大大减少系统对电网的污染。4) 可调范围（频率可在0Hz400Hz之间进行调节）宽，可以实现大范围调速，并能保证很硬的输出特性，并且动态响应特性好，调速精度高。适用于各种压力、温度、速度、流量的控制。5) 启动、停止平稳，极大地缓和了对电动机的冲击，使电动机能够平稳地加速或减速，从而避免了骤然启动或骤然停止所造成的损害，大大延长了电动机及整套机组的使用寿命。除此之外，更兼其体积小、重量轻、通用性强的特点，因此，变频调速技术越来越广泛的应用于工业生产领域。这将极大地提高工业生产领域的自动化水平，从而可以实现增产节能的目的。2.2.2直流传动系统1.直流发电机-电动机传动方式 控制直流发电机的励磁实现电动机变电枢电压调速，均匀地调节励磁电流和极性，可方便地实现转速无级调速和四象限运行。其缺点是设备和安装费用高、建筑占地面积大、发电机组维护工作量大。2.晶闸管变流装置供电方式 利用晶闸管变流装置组成的可逆系统是一种可实现四象限运行、性能好的调速系统且效率高、可节能、维护工作量小。早该系统下一般均采用以电枢电流反馈为内环和测速反馈为外环的双环调节系统。可逆系统基本上采用有环流控制和无准备切换逻辑无环流控制两种控制方式。2.3 提升机电控系统选型在保证系统的可靠、安全和经济性的前提下，综合考虑上述各种方案的优缺点，本系统各模块的选型方案如下：上位机系统：采用触摸式显示屏，以模拟画面形式显示出绞车运行的各种状态、各种参数及各种控制元件工作状况。主控制系统：采用完全独立的两套PLC系统进行过程实时监控实现安全回路的双线制。拖动控制系统：采用三相交流异步电动变频调速系统，以实现节能、稳定运行。在本系统中触摸屏、PLC、变频器三者之间通过RS485通信电缆进行连接通信。PLC根据内部指令控制变频器的运行，PLC及变频器的参数通过触摸屏进行设置，且二者的运行状况返回触摸屏进行实时显示。3 矿井提升机变频调速数控系统原理框图 3.1矿井提升机变频控制系统框图为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（050Hz）范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图3.1所示：图3.1 矿井提升机变频调速方案基于PLC控制的大功率长距离矿井提升机变频调速控制系统由主轴装置、动力站、变频柜、控制台和在线检测监控计算机组成，系统框图如图所示。主轴装置由主轴、筒壳、支轮、制动轮、轴承座等部件组成，完成人、物、料的运输任务。动力站是由主电机、制动器、减速器和底座等组成，主电机通过减速器向提升机提供牵引所需的动力；失效安全型制动器为提升机提供工件制动力，以保证系统安全可靠地工作。变频柜是动力站的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。控制台是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定系统的工件方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，可以接收变频柜和动力站的各种回馈信号，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。监控计算机是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。3.2 提升机工作原理简介在本系统中通过上位机系统对PLC和变频器进行参数设置完成以后，PLC根据外部信号做出相应控制反应进而控制变频器的运行，变频器根据内部所设定参数进而选择相应频率运行，并将运行状况反馈到触摸屏进行实时显示。在运行过程中利用旋转编码器对提升机的运行速度和提升高度进行控制并在触摸屏中实时显示，在提升机刹车时采用电磁阀和液压泵同时工作以加强安全。4 各控制单元元件选型 4.1 变频器选型 4.1.1 变频器的基本原理变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。通用变频器的基本结构原理如图4.1所示。由图4.1可见通用变频器由功率主电路和控制电路及操作显示三部分组成，主电路包括整流器、直流中间电路、逆变器及检测部分的传感器（图中未画出）。直流中间电路包括限流电路、滤波电路和制动电路以及电源再生电路等。控制电路主要由主控电路信号检测电路、保护电路控制电源和操作显示接口电路等组成。高性能矢量型通用变频器由于采用了矢量控制方式，在进行矢量控制时需要进行大量的运算，其运算电路中往往还有一个以数字信号处理器DSP为主的转矩计算用CPU及相应的磁通检测和调节电路。直流中间电路；限流电路、滤波电路、制动电路整流电路压敏电阻网络逆变电路：控制电路、保护电路、光电隔离检测电路：包括光电隔离电路、电流、电压、温度检测电路主控制电路：系统控制器、输入信号处理、频率信号处理、电动机控制信号运算模型、控制方式、数据通信、SPWM调制、速度调节、参数控制、运行命令、PID调节、串行通信接口保护电路：变频保护、电动机保护、系统保护、控制电源操作、显示电路：运行操作、参数设置、运行状态显示、故障显示外部控制信号、运行操作、运行指令、频率指令、程序指令则变频器的工作原理图如下图4.2所示：RGEGEGEGEGEGESTUVWGEDCPB1DCN充电电阻器电流接触+电解电容B2图4.2 变频器工作原理图4.1.2变频器的型号选择根据变频器选型的基本原则，选择变频器时应以电动机的额定电流和负载特性曲线为依据选择变频器的额定容量，即变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流或着变频器所适配的电动机功率大于该电动机的功率。依据上述原则再考虑到电动机性能上的差异即机械负载的波动,变频容量取电动机容量的12倍。本系统中的驱动电动机属于有载启动的输送类机械，所需电动机轴上功率为155KW，接1.5倍容量就选择232.5KW的变频器。因此在本系统中选择由西门子公司生产的MM440变频器，该变频器是一种应用范围广泛的矢量控制方式多功能、模块化通用变频器，具有低速高转矩输出，良好的动态性能和过载能力强等特点。内置参数自整定PID控制器；具有1.5个可编程固定频率，4个可编程跳转频率；集成RS485通讯接口，可送PROFIBUS-DP和DEVICENET通信模块可实现主/从控制方式。过载能力为200额定负载电流，持续时间60S；内置制动单元；具有过压保护、欠压保护、变频器和电动机过热保护。短路保护、防失速保护、采用PIN编号实现参数连锁。4.1.3变频器的硬件接线图 具体接线图见附图一由变频器的外部接线可见，变频器的输入信号有模拟电压输入，正转、反转信号输入，低频电压输出信号，低频爬行信号，脚踏信号输入，以及故障复位输入。该系统的控制方式分为闭环控制，开环控制，以下将逐一介绍变频器的实际控制方式。1、闭环控制 闭环控制应用在低频制动阶段，此时变频器的模拟输入信号为高压电机的模拟速度信号，正、反转信号之一闭合，低频电压输出信号闭合，其他信号断开。变频器将根据低频电压输出信号闭合瞬间，模拟电压输入信号的值折算为高压电机高压断开时的瞬间速度，以及预先设置的减速曲线斜率和制动时间，生成高压电机低频制动时的速度曲线，在保持频率不变的情况下，根据实际的速度反馈和生产的速度曲线，控制变频器的输出电压，达到良好的制动效果。2、开环控制开环控制方式分为低频爬行，脚踏制动和脚踏验绳方式。低频爬行方式：低频爬行是在低频制动完成，达到爬行点速度后，低频爬行信号输入，低频制动完成，变频器根据预先设定的低频电压输出。 脚踏制动方式和脚踏验绳方式：在该两种方式下，变频器的输出电压都跟踏板带动的自整脚机输出的信号成比例，由司机确定变频器需要输出的低频电压。 实际运行时，当提升机高压投入，根据提升机的运行方向输入正、反转运行信号，此时变频器根据面板设置的频率，输出所需的低频频率，低频电压输出处于“等待”状态，输出电压值为1V左右，同时变频器根据模拟电压的输入值，实时记录和监视高压电机的速度，当高压断开瞬间，低频输出信号输入，变频器将根据此瞬间记录的高压电机速度，生成高压电机低频制动到爬行速度的速度曲线，变频器输出端交流接触器将再延时0.5秒左右后闭合，变频器输出的低频电压开始接入高压电机。由于刚开始时变频器生成的制动曲线和电机的实际速度相差较小，变频器输出的电压也较低，制动反馈的能量也较小。同时外部的速度检测器也将根据提升机的实际速度，逐级切除高压电机转子上的电阻，确保具有足够的制动力矩。制动阶段，变频器将实时检测和监视高压电机的速度，根据所生成的制动曲线和实际速度之间的偏差，模拟低频发电机制动系统的运行状态，调节变频器输出的低频电压。当高压电机的制动速度达到爬行速度时，爬行信号输入，变频器将根据预先设置的爬行电压，直接输出爬行所需低频电压。脚踏制动和脚踏验绳方式时，变频器的低频频率也始终保持变频，低频输出电压将根据模拟电压输入值的大小成比例输出，达到所需的制动和爬行力矩。4.1.4 变频器参数设置变频器具体参数的设置见表4.1表4.1数字量输入端子参数功能P0003-P0003=1允许访问最频繁使用的参数。P0010-P0010=1快速调试P0100- P0100=0频率缺省值为50 HzP0300- P0300=1选择电动机类型为异步电动机P0304-P0304=380电动机额定电压P0305-P0305=292A电动机额定电流P0307-P0307=155KW电动机额定功率P0308-P0308=0.95电动机额定功率因数P0310-P0310=50电动机额定频率P0601-P0601=1电动机温度传感器P07015P0701=1ON/OFF1正向运行P07026P0702=1ON/OFF1正向运行P07561、2P0756=0单极性电压输入（0 -+10 V）P07712、4P0771=25输出电压实际值P073215P0732=50频率下限报警P073318P0733=30频率上限报警P0970-P0970=1工厂复位P1000-P1000=2频率给定值（模拟量给定值）4.2 监控系统选型设计在本系统中提升机的监控系统主要由可编程控制器（PLC）、触摸屏、（上位PC机）组成，完成现场信号、现场数据的采集及实时显示、监控和保护。4.2.1 PLC硬件选型设计PLC是专为工业环境下应用而设计的一种以微机处理器为基础，带有指令存储器和输入输出接口。综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术的工业控制器。考虑到提升机系统对安全要求的特殊性，在本系统中采用双PLC进行控制。1、PLC硬件型号的选择本次设计在控制中采用SIMATIC S7-200，因为此系列PLC适用于各行各业，各种场合的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络节能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通信功能 丰富的扩展模块S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU和3种型好不同的模拟量扩展模块供选择使用。我们选择使用CPU226和模拟量扩展模块EM221。CPU226具有以下特点：本机集成24输入/16输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立30Hz高速计数器，2个独立的20Hz告诉脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易的整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。 EM221为8路数字量24 V直流输入。2、PLC外围硬件接线图（见附图二）4.2.2 PLC软件设计系统提升行程计算程序框图如图4.3所示：该程序框图中显示的可编程控制器为行程控制系统的上位PLC操作控制系统。S7200PLC运行时所需要的一些参数和运行方向、运行模式、平层位置以及其他控制信号均由其给出。1、程序流程图（见附图三）2、PLC控制程序（见附图四）图4.3 行程计算框图3、PLC I/O分配表具体I/O分配如表4.2所示表4.2输入点I输入点I输出点O主令控制器前推LK1I0.0调绳开关1HKI2.2电机正 转KM1Q0.0中置LK2I0.12HKI2.3电机反 转KM2Q0.1后拉LK3I0.2安全控制开关10AKI2.4制动泵电机KM3Q0.2工作闸制动手柄DZKI0.3调绳安全联锁行程开关Q1I2.5润滑泵电机KM4Q0.3高压开关GYDI0.4Q2I2.6工作闸继电器GZJQ0.4测速断线JSJI0.5五通阀开关6AKI2.7电磁铁G1G1Q0.5制动油过压YLJ1I0.6四通阀开关7AKI3.0电磁铁G2G2Q0.6润滑油过、欠压YLJ2I0.7控制回路开关8AKI3.1调绳信号显示HL1Q0.7制动油过热YLJ3I1.0脚踏制动JTK8I3.2润滑泵显示HL2Q1.0制动泵电机启动2QAI1.1编码器I3.3制动泵显示HL3Q1.1润滑泵电机启动3QAI1.2自动转换开关ZKI3.4制动、润滑泵故障显示HL4Q1.2提升信号I1.3井架终端开关JXK6I2.0安全回路显示HL5Q1.3闸瓦磨损开关JXK3I1.4JXK7I2.1电源开关XLCQ1.4JXK4I1.5过卷开关JXK1I1.6JXK2I 触摸显示屏硬件选型设计触摸屏是目前国际上较先进的一种集控制与显示于一体的专用计算机产品，被称为可编程序控制器的脸面。并可以用于设置参数、显示数据、以动画的形式描绘自动化控制过程等，在矿井提升系统中可以用棒图显示提升容器在井筒中的高度；动态显示全程的提升速度曲线图；故障实现自登陆、自诊断以及声光报警等。本系统采用西门子公司生产的TP270触摸屏作为上位监控机，其功能和特点如下：1.具有较高的可靠性和抗干扰能力。2.用它自带的支持软件可在屏幕上设置各种触摸按键来取代传统的控制面板和键盘。3.此触摸屏带有一个SIO口，可以设置成RS485接口，将PLC的RS-485接口与TP270进行联机通讯，采用直接的连接方式，通讯软件可与PLC进行内部地址一对一的数据交换。4.触摸屏带有一个标准的打印输出口，可以进行实时数据与图表的打印。 4.2.4上位机监控软件选型触摸屏画面由专用软件进行设计，然后先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。本系统采用西门子生产支持的VISAL C+的WINCC监控软件包，该组态软件与西门子PLC间有良好的通讯功能，是西门子推出的功能强大的软件，在目前流行的组态软件中具有较先进的技术具体画面如下图4.4所示：主 画 面控制画面参数设置画面实时趋势画面信息记录画面节能画面帮助画面图4.4各画面切换流程如下图4.5所示：图4.5根据系统要求，结合触摸屏的功能和特点在主画面显示提升高度、当班提升次数、提升次数清零开关、故障指示灯等。通过触摸屏按钮进入运行画面、故障一览、故障处理、参数修改等子画面。运行画面用棒图显示提升容器在井筒中的高度及动态显示全程的提升速度曲线图、故障一览、故障处理子画面实现故障自登陆、自诊断及声光报警等对一些重要参数的、参数修改子画面可设定操作密码，以确保系统和生产的安全。各界面图具体功能如下：（1）主画面一般的用被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面，各分画面均能一步返回主画面。且应在画面中显示被控系统的一些主要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。（2）控制画面该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的最多，其具体画面数量由实际被控设备决定。（3）参数设置画面该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。（4）实时趋势画面该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。（5）信息记录画面该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。 （6） 节能画面该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。（7） 帮助画面为帮助运行人员在系统启/停和紧急情况下顺利进行操作，系统提了在线画面帮助软件包。运行人员只需按一个键就可调出帮助画面，协助操作人员完成操作。(操作台及部分运行画面见附图五)4.3其它环节的选型设计4.3.1 位置控制系统选型设计 在本系统中采用两套旋转编码器分别装在电动机主轴和滚筒上以对提升机的速度和行程进行时时控制，其工作原理框图如图所示：其具体工作流程如下图所示：旋转编码器的具体型号在本系统中选用由西门子公司生产的XP8001-1旋转编码器分别置于电动机主轴和主滚筒上两路信号进入PLC后经过比较计算后做出相应控制。1XP8001-1旋转编码器的技术参数如下：无负载时输入 200mA;150mA最大负载电流 100mA;20mA分辨率 1024;1024两相输出相位差 90度20% 90度20%输出振幅U:U高U-3.5V,U低2.5V,U低0.5V频率范围 0.8uS/160KHz;0.45uS/300KHz最高转速 9000/MIN;12000/MIN保存温度 -20C到80C; -20C到100C防护等级 IP66; IP66最大径向受力 60N; 60N最大轴向受力 40N; 40N系统输出 12-PIN;12-PIN认证 CSA,UL ;CSA,UL重量 0,3Kg ;0,3Kg4.3.2保护系统选型设计由于系统设计为全自动操作方式，因此系统的保护和相互闭锁关系更为重要，为确保提升系统运行安全，自动系统设PLC内部矛盾及外部双套串联保护系统。后备保护独立起作用。本系统中所涉及的主要保护如下所述：1）速度保护：PLC根据从旋转编码器测量的行程和速度，与本机设定的保护基准进行比较，实现提升机运行过程中的速度保护。在等速段超过额定速度15%时，系统安全保护动作。减速段超过给定速度（按速度图）10%保护动作。原电控该保护靠磁入大器实现，不但整定十分困难，且动作极度不稳定，也很不准确。2）过卷保护：在原设计内外过卷保留的情况下，又增加了根据内部计数行程设置的数控过卷保护。3）测速故障保护：对于提升机电控系统，提升速度与行程的测量装置的正常工作尤为重要，PLC在提升运行中，不断比较两个旋转编码器测量运算出的速度，当两个速度值之差超限值时，说明速度测量回路发生问题，保护回路动作并显示，该保护对揽系统闭环安全起到了重要保障作用。4）行程校验与调零：主控PLC对旋转编码器和计数行程是系统控制的一个重要测量参数，是提升机控制与保护的依据。本系统在每个提升循环停车时，都以停车磁开关信号作为基准对行程数字进行清零，以消除累计误差，从而保证了控制的精确度。而且在井筒每钩有两次运行中的校验，第一次是出曲轨时，若校验出编码器计数不正常，则绞车立即安全制动。并指示出计数故障，安全回路闭锁。5）提升机驱动失败保护（倒转）：提升机在控制方向，动作程序正常的情况下，在运行中发生与提升方向反向的倒转情况，由PLC准确判断，并作用于安全回路进行安全制动。该保护能够有效地避免超载提升或低频拖动系统故障产生的事故。6）按速度图，箕斗接近井口6米时，其速度应为0.4米/秒，基因各种原因造成箕斗接近井口时速度超过2米/秒，则本保护立即动作。以上保护动作则绞车安全制动。且井筒中为二级制动接近井口为一级制动。保护动作后，触摸屏报警界面显示故障原因并作记录。只有人为按下复位按钮或PLC全部停电后，故障指示才能消除。高压换向回路安全联锁：外部接线联锁：安全回路、低频换向、检修开关、反向接触器共四联锁。程序内部联锁：显控仪提升方向、内部提升信号方向、制动及润滑泵、箕斗到位、低接触器、反向接触器、内部减速点、内部输出方向及低频闭锁、检修联锁、消弧联锁、脚踏低频开关、安全回路、紧闸角度信号等共18个软件联锁点。5提升机变频调速数控系统工作原理 5.1 工作原理图提升机变频调速数控系统原理框图如下图所示: 具体硬件接线图见下图提升机数控系统硬件接线图 5.2 工作原理 5.2.1 启动前的准备工作 系统送电前认真检查绞车机械及电气部分是否正常，高压电源是否正常，主领控制器置于中间位置同时工作闸于制动位置，合上高压开关接通高压电源，将系统置于自动提升位置。 5.2.1系统的起动、运行及停车 起动制动油泵、润滑油泵，检测制动油是否过热、过、欠压，润滑油是否过、欠压，将检测到的信息送入PLC，若所有检测信号均正常工作则PLC将根据内部指令起动安全回路。然后于装载信号工联系，根据箕斗位置发送正确提升信号。提升信号发出后，操作台触摸屏“允许敞闸”信息显示，此时司机将工作闸缓慢推离紧闸位置同时PLC将根据外部输入信号经过内部运算输出相应控制指令控制相应变频器的起动，变频器将根据内部所置参数自动完成提升机的加、减速及到位停车全过程。自动系统运行过程中，司机监视各窗口是否正常及后备保护指示是否正常。并且变频器、PLC的运行状况返回触摸屏以进行实时监控，箕斗到位停车后，闸把拉回紧闸位置，当空钩提升或司机发现有超速现象时，在未开始减速前司机可人为将闸把从最大位置渐渐拉回，人为提前减速。6效果分析通过本次改造系统显示出以下几个方面的效果：1)自动化提升行程及速度控制精度高,可靠性和安全保障提高.行程判断精度达到7毫米,速度判断精度达到0.0018米/秒程序扫描周期小于0.004秒,这样的性能指标对交流提升机控制来说,富裕系数是很大的.采用PLC取代原继电器控制使电控设备运行可靠性提高,故障率降低,大大减少了故障时间与电气元件的损耗.本系统用PLC程序设计了具有多处创新的完善的保护,填补了原国产TKD电控保护的不足,提高了安全保障.2)全自动化提升的实现缩短了提升周期,提高了矿井提升能力.据测试,每个运行周期提升时间较原系统可减少15秒,提升量可由原设计的65万吨/年提高到100万吨/年,而且减少了操作人员.3)交变频装置的采用,使低频动力系统运行效率提高,较原发电机组运行效率提高5%,再加上发电机空载运行耗电量,年节电量为25万千瓦时.而且,车房澡声比原来低15分贝.4)这项国产交流提升机电控生自动化改造技术,经科技成果查新,证明本技术在国内尚没有先例.与同类技术相比较,本项目在提升系统改造的深度和广度上,以及技术先进性方面,已达到国内先进水平.因此,该项国产交流提升机TKD电控综合改造技术对国内同类矿井提升机的技术改造,提高自动化装备水平,保证提升安全顺畅,有很大的推广价值.而且,本技术在我国今后矿井提升机新型电控的设计制造中也很有重要的参考价值!结束语 通过对矿井提升机PLC数控技术变频改造的分析和研究，使我充分地掌握了这种技术的特点和设计方法。真正体会到这种技术推广应用的价值。体会到了它的可靠性、自动化程度高、分散控制集中管理的特点。尤其是通过对西门子公司的PLC组成的级工业控制网络的研究，选择并重点研究了变频器在拖动系统中的应用，并且把这种技术实际应用于矿井提升机的电控系统中去。该系统实现了对矿井提升机的速度监控，提升容器的(罐笼)的位置监控，提升机液压系统和电机温度的监控，并且与上位计算机进行了链接通信，PLC与PLC之间的链接，实现了分散控制、集中用上位机进行管理的特点。该系统设计合理，触摸屏画面设计形象直观，使用方便。在提升机的减速点、限速点和过卷点的处理上以及对速度的动态跟踪显示方面，有较强的创造性。该系统极大地方便了现场工作人员对提升机性能及状态变化趋势进行全面的系统的了解，更有助于在报警提示下的故障查找与排除，对提升机的状态维护具有促进作用，缩短了检修时间，经济效益显著。 该系统可在煤矿、铁矿等矿井提升机控制系统中大面积推广，从硬件、软件、人为诸方面杜绝提升事故的发生，特别是在中、小型矿井中，彻底降低事故发生率。 由于受本人水平和条件的限制，在本项研究过程中，仍存在一些问题，有待于今后进一步探讨和解决: (1)一个完整的可编程控制器网络应该是包括器件层、控制层和信息层的三层网络结构。本论文对器件层和控制层网络进行的分析和研究较多，并已把它应用到实践当中去，而对信息层没有作深入的研究，这有待于在以后的实践中进一步完善。 (2)可编程控制器网络技术是计算机通信技术在工业控制中的具体应用，可编程控制器网络系统是现场总线技术和可编程控制器技术的有机结合。现场总线技术的开放性和互联性的要求，客观上需要不同的现场总线技术的同一化，其中对以太网在工业现场控制中的进一步应用的研究，被认为是解决现场总线繁杂性的有效办法。在今后的研究过程中，还需对以太网在工业现场的应用进行深入研究。 (3)提升机双线智能控制器对提升机行程采用间接测量的办法，这无形中增加了一级故障点。参考文献 1 亚历山大.卡尔盖 现代提升设备 北京： 煤炭工业出版社出版 1983年 2 马健民 赵增玉 现代提升机数字控制系统 徐州：中国矿业大学出版社 2002年版 3 郭镇明 丛望 电力拖动基础 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版社 1996年4 施仁 刘文江 自动化仪表与过程控制 北京：电子工业出版社 1990年 5 高钟毓 机电一体化系统设计 北京：机械工业出版社 1996年 6 顾永辉 范廷瓒总编 煤矿电工手册（第三分册）北京：煤炭工业出版社 1987年 7 徐志毅主编 机电一体化实用技术 上海：上海科学技术文献出版社 1994年 8电机工程手册编委会 电机工程手册（第二版）北京：机械工业出版社 1995年 9 李永东异步电机电压定向矢量控制电气传动，1991，4（1）：525610 Tugomir Surina, Clyde Herrick. Semiconductor Electronics. Copyright 1964 by Holt, Rinehart and Winston, Inc 致谢本论文是在刘瑞国老师的悉心指导下完成的。近几个月来，在学习方面，无论是理论学习、实验指导，还是现场实践，刘老师都给予最大限度的指导和帮助，学生受益匪浅;更为重要的是，刘老师的严谨的治学态度、兢兢业业、废寝忘食、一丝不苟的工作精神以及对学生认真负责、言传身教的作风，学生将终生铭记、终生受益。在此谨向陈老师表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意。课题进展中，也得到了其他老师和同学的大力支持与帮助，在此一并表示衷心的感谢。最后，对本文所有被引用文献的作者表示感谢，也感谢各位专家和教授对本文的评阅和赐教。附录一 附录二附录三附录五附录六 英文文献 Distributed control system(DCS) is a newly controlling technology using computertechnology to detect ,operate，manage，and decentralized control the produce process.DCS is made up of many technologies, such as the computer, the signal processing, themeasurement and controlling, the communicating network, CRT, the graphical display and the human-machine interface. Not being the same as decentralized instrument control and centralized computer control system, DCS not only overcomes their limitations, but also centralizes their advantage. DCS has centralized many functions,including continue control, batch control, logic sequential control and data acquisition,and etc. DCS adopts the design principle that decentralized control, centralized operate,integrated management and decentralized autonomy. DCS has not only the performance of safety and reliability, common-use, optimum control, but also the ability of integrated management. DCS founds the newly method for the computer control in industry field. Programmable logic controller(PLC) is a kind of general industry controlling equipment melted with the micro-electronics, the computer, the automatic and communicating technology. PLC, reliably, programming easily, extended conveniently, fixed flexibly and low cost with good quality, has been used in every field of industry control, and has been one of the major three supports of modern industry automation.With the never stopping development of computer network technology and communicating technology, network has become the trend of the development of PLC.Networking of PLC not only makes PLC itself getting much more benefit, but also drive the DCS growing greatly. In the case of practice application, PLC-network often, as a subsystem, is linked to CIMS, large-scale DCS, or the - other PLC-networks, to constitute the integrated automation system. At present, in one side, PLC is developing towards easiness, super miniaturization, to adapt the technology of single computer control electromechanical