矿井提升机变频调速控制系统设计 毕业设计

1、毕业设计设计题目：矿井提升机变频调速控制系统设计学生姓名：专 业：班 级：系 部：指导教师： 二一五年六月一日摘要摘 要矿井提升机是矿山生产中最重要的矿山设备之一，是煤炭生产运输的主要工具。传统矿井提升机的调速性能较差，在启动、停止、制动、逻辑控制等方面存在许多安全问题。针对传统调速存在的不足，本设计以为控制核心器件，电气拖动部分采用先进的变频调速方案。在控制单元给出变频器的控制命令（正转、反转、多段速等）可使提升机按照设定的形速度曲线进行，满足提升阶段稳定运行的要求。根据矿用提升机的运行特性要求，完成对提升机、变频器、的选型设计。根据硬件系统要求画出外部接线图，并编写系统控制程序。通过西门子

2、仿真软件对编写的梯形图程序进行仿真。关键词 矿井提升机；电控系统；变频调速；仿真i目录 abstractmine hoist is one of the most important mine equipment in mine production, and is the main tool for coal production and transportation. the speed control performance of the traditional mine hoist is poor, and there are many security problems in the

3、 aspects of starting, stopping, braking, logic control and so on.for the shortcomings of the traditional speed control, the design takes plc as the core device, and the electric drive part adopts advanced variable frequency speed control scheme. in the control unit, the control commands of the inver

4、ter (forward, reverse, and multiple speeds) can be used to make the hoist follow the set of the s speed curve, and meet the requirements of the stable operation of the lifting stage. according to the operation characteristic of mine hoist, the selection and design of the hoist, inverter and plc are

5、completed. according to the hardware system, draw the external wiring diagram and write the system control program.simulation of the ladder diagram program written by microwin sp9 step7 by siemens plc translate s7-200 simulation software.keywords hoist; electronic control system; frequency conversio

6、n speed control; plc; simulationii目录目 录摘 要iabstractii1 绪论1 1.1 设计背景1 1.2 矿井提升机系统组成11.4 设计内容2 1.5 设计意义2 2 矿井提升机提升系统硬件选型设计3 2.1 矿井提升机组成32.2 提升容器的选型3 2.3 主井箕斗规格的选择4 2.4 提升机运动学分析62.4.1 提升速度图参数计算 6 2.4.2 运动参数计算7 2.5 矿井提升机静、动态性能分析102.6 提升电动机的选型设计132.7 本章小结 143 矿井提升机变频器系统硬件选型设计153.1 变频调速特点153.2 变频调速的基本原理 1

7、5 3.3 变频器的选型设计16 3.3.1 控制方式的选择 16 3.3.2 容量的选型计算17 3.4 变频器声光报警回路设计 183.5 变频器制动回路设计19 3.5.1 再生制动19 3.5.2 直流制动单元203.6 变频器外部接线图设计21 3.7 变频器基本参数设置21 3.8 变频器外围设备的选型设计223.8.1 熔断器的选型设计22 3.8.2 断路器的选型设计 23 3.8.3 交流接触器的选型设计23 3.8.4 热继电器选型设计 24 3.8.5 制动电阻选型设计25 3.9 变频器的抗干扰及防止措施 26 3.10 本章小结26 4 矿井提升机plc控制系统硬件选

8、型设计 27 4.1 矿井提升机plc特点 27 4.2 plc的i/o 点统计 27 4.3 plc的i/o端口统计 27 4.4 plc的选型28 4.5 plc的外部电路接线图 294.6 旋转编码器的选型设计29 4.7 plc的抗干扰措施 304.8 本章小结 305 提升机变频调速控制系统软件设计及仿真 31 5.1 启动，停车程序设计31 5.2 上提，下放程序设计 31 5.3 工频与变频转换程序设计 325.4 提升机控制系统工作原理 33 5.5 提升机的控制程序流程图及子程序33 5.5.1 提升机的控制程序流程图33 5.5.2 子程序分析35 5.6 提升机plc的程

9、序设计 35 5.6.1 程序代码语句表36 5.6.2 提升机plc控制程序梯形图 38 5.7 提升机plc控制程序仿真 42 5.8 本章小结 43结 论44 参 考 文 献 45致 谢46 v1 绪论1 绪论i1 绪论1.1 设计背景矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是煤矿“四大运转设备”之一，其电力传动特性复杂4，电动机频繁正、反向运行，经常处于过负荷运转和电动、制动不断转换的状态中7，它的安全性、可靠性也是至关重要，其运行性能和安全可靠性直接影响着煤炭生产，只要一发生事故使矿山正常生产中断，并造成重大的经济损失8。因此，提高提升机的性能和自动化水平，使其安全性、可靠性达

10、到一个新的高度。1.2 矿井提升机系统组成矿井提升机变频调速控制系统由：动力装置、液压站、变频器、旋转编码器、操作台、控制监视系统组成8，系统框图如图所示。 图1.1 矿井提升机系统框图 （1）动力装置：包括主电机、减速器、卷筒，完成物料的运输任务。（2）液压站：为提升机提供制动力，以保证系统安全可靠地工作。（3）变频调速器：是动力装置的能量供给单元，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。（4）操作台：操作台设置两个手柄，分别用于速度辅助给定及制动力给定。 （5）控制监视系统：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

11、输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。1.4 设计内容 假设某煤矿设计年产量：，采用立井开采已知数据如下： （1）提升机每年工作日：天； （2）每日工作小时数：； （3）单水平提升，井筒深度：； （4）箕斗卸载高度：，箕斗装载高度：； （5）散煤容重密度：； （6） 一套箕斗提升设备，采用多绳摩擦式提升机。根据此煤矿的实际情况，并广泛调查国内外矿井提升机调速控制系统的发展状况设计出适合该煤矿的安全可靠、效率高、经济的提升机调速控制系统。本设计的主要工作有：（1）矿井提升机提升系统硬件选型设计；（2）矿井提升机变频器控制系统硬件的选型设计；（3）矿井提升机控制系统硬件选型设计；（4

12、）矿井提升机变频调速控制系统软件设计及仿真；（5）对设计的系统进行分析；1.5 设计意义目前国内提升机的调速控制系统许多还是在电机转子回路串入电阻分段控制的交流绕线式电机继电器接触器系统。这种控制方式存在着可靠性不高、消耗大量电能、容易引起电气及机械冲击等很多的问题。本设计从解决实际矿井提升机调速控制系统的问题出发，控制单元采用目前工控的plc来控制；变频传动装置；优化了矿井提升机调速控制系统的性能。安全、可靠、经济、高效的矿井提升机调速控制系统是本设计的追求目标。1.6 本章小结 本章主要分析了矿井提升机在煤矿安全生产中的作用和地位及发展现状，总结了提升机的组成和控制系统的特征，指出了当前提

13、升系统的一些问题，最后对本设计主要内容及设计意义进行了介绍。 - 1 -2 矿井提升机提升系统硬件选型设计 2 矿井提升机提升系统硬件选型设计2.1 矿井提升机组成 矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架、天轮、导向轮及装卸载设备等8。立井箕斗提升系统如图2.1所示。图2.1 立井箕斗提升系统图2.2 提升容器的选型提升容器主要是底卸式箕斗和普通罐笼。箕斗的优点是：质量轻，所需井筒断面积小，装卸可自动化，且时间短，提升能力大。箕斗的缺点是：井底及井口需要设置煤仓和装卸载设备，只能提升煤炭，不能升降人员、设备和材料，井架较高，需要另设一套辅助提升设备。我国煤矿竖井提升，

14、主井普遍采用箕斗，选择罐笼还是选择箕斗，需要根据多方面的技术、经济指标来确定。一般可以根据矿井年产量来确定；年产量在45万以上可以选用箕斗作为提升设备，罐笼作为辅助提升设备；年产量小于45万时，则选用罐笼作为主提升设备，而且同时完成辅助提升任务8。根据年产量本设计选择箕斗作为主提升设备。- 3 -1 绪论i2 矿井提升机提升系统硬件选型设计2.3 主井箕斗规格的选择当提升容器的类型确定后，还要选择容器的规格。其原则是：一次合理提升量应该使得初期投资费和运杂费的加权平均总和最小8。为了确定一次合理提升i2 矿井提升机提升系统硬件选型设计量，从而选择标准的提升容器，按以下步骤计算： （1）提升高度

15、: （2.1） （2）确定合理的经济速度:。合理的经济速度可以用下式计算： （2.2） 式中：h为提升高度628m, 为装载高度20m, ;为矿井深度590m, 为卸载高度18m, 。 （3）初估算加速度 ：一般取 （4）估算一次提升循环算时间 : （2.3） 式中：为箕斗低速爬行时间，一般取；为箕斗装卸载休止时间，一般取。 （5）计算每小时提升量: （2.4） 式中：为提升不均衡系数，箕斗提升=1.15，罐笼提升=1.2,混合提升=1.2；为矿井设计年产量320万t/a;为提升富裕系数，主井提升设备对第一水平留有1.2的富裕系数；为提升设备每天工作小时数，一般为；;为提升设备每年工作日数，一

16、般为。 （6）每小时提升次数 : （2.5） （7）计算一次合理提升量 : （2.6） 根据上式求出的一次合理提升量，选取与相等或相近的标准箕斗，其名义装载量可以大于或小于。在不加大提升机滚筒直径的条件下，应尽可能选用大容量的箕斗，以较低的速度运行，降低能耗，减少运转费用。考虑为以后矿井生产能力的加大留有余地，根据立井多绳规格表选择，名义载煤量，有效容积，最大提升高度。考虑到实际的提升速度低于，取过卷高度。 （8）天轮的选型天轮分为三种：井上固定天轮；凿井及井下固定天轮；游动天轮。其结构形式也分为三种类型：直径时，采用模压焊接结构；直径小于3000时，采用整体铸钢结构；直径为4000时，采用压

17、膜铆接结构。本设计选择井上固定天轮，根据矿井运输提升选型规则选取，天轮直径 , （9）确定井架高度 （2.7） 式中： 为卸载高度18，对于箕斗提升可取；为容器全高从容器规格表中查得为10；为过卷高度4，当采用多绳摩擦提升机时，；是一段附加距离，因为从容器连接装置上绳头与天轮轮缘的接触点到天轮中心约为。 （10）计算一次实际提升量选取标准箕斗后，根据所选择箕斗的有效容积和煤的松散容重密度计算一次实际提升量 （2.8） 式中： 为煤的松散容重。2.4 提升机运动学分析2.4.1 提升速度图参数计算交流拖动箕斗提升系统六阶段速度图，表达了提升容器在一个提升循环内的运动规律8。箕斗提升系统六阶段速度

18、图如图2.2所示。2.2箕斗提升系统六阶段速度图 （1）初加速度阶段。提升循环开始，处于井底装载处的箕斗被提起，而处于井口卸载位置的箕斗则沿卸载曲轨下行，为了减少容器通过卸载曲线时对井架的冲击，对初加速度及容器在卸载曲轨内的运行速度要加以限制，一般取。 （2）主加速度阶段。当箕斗离开曲轨时，则应以较大的加速度运行，直达到最大提升速度，以减少加速度的运行时间，提高提升效率。 （3）等速度阶段。箕斗在此阶段以最大提升速度运行，直至重箕斗将接近井口开始减速时为止。 （4）等速度阶段。重箕斗将要接近井口时，开始减速度运行，实现减速。 （5）等速度阶段。重箕斗将要进入卸载曲轨时，为了减轻重箕斗对井架的冲

19、击以及有利于准确停车，重箕斗应以低速爬行。一般取，爬行距离。 （6）等速度阶段。当重箕斗运行至终点时，提升机施闸停车。处于井底的箕斗进行装载，处于井口的箕斗卸载。箕斗休止时间参考如下。表2-1 箕斗提升休止时间表箕斗名义装载质量/t6812162030休止时间/s810121620 302.4.2 运动参数计算 速度图是验算设备的提升能力、选择提升机控制设备及动力学计算的基础8。在计算速度图参数之前，必须已知提升高度,最大实际提升速度、及速度图各主要参数、及等。根据煤炭安全规程的规定，均应小于，各运动参数计算步骤如下： （1）初加速度阶段卸载曲轨中初加速时间 （2.9） （2.10） 式中：

20、为卸载距离，与箕斗形式有关，若规格表中无此项数据可以取；为箕斗在卸载曲轨内运行的最大速度，取；为初加速度阶段运行时间；为初加速阶段的加速度。 （2） 主加速阶段 加速时间 （2.11） 加速阶段的行程 （2.12）式中： 为主加速阶段运行时间；为主加速阶段运行距离。（3）减速阶段 减速阶段时间 （2.13） 减速阶段行程 （2.14）式中： 为减速度阶段运行时间；为减速度阶段运行距离；为爬行速度，一般取 （4）爬行阶段爬行时间 （2.15）式中： 为爬行阶段运行时间；为爬行阶段运行距离；取，自动控制取小值，手动控制取大值，参照如下。表2-2 箕斗罐笼爬行阶段控制表容器爬行距离自动控制 手动控制

21、 箕斗距离2.53.3 5.0速度0.5（定量装载），0.4（旧式转载设备）罐笼距离2.02.55.0速度0.4 本设计选择自动控制。 （5）等速阶段 等速阶段的行程 （2.16）等速阶段的时间 （2.17） （6）抱闸停车阶段抱闸停车时间，一般取；行程很小，可考虑包括在爬行距离内，不另行计算；减速度，一般取为。 （2.18） （2.19） 可以忽略不计。一次提升时间的计算 （2.20）一次提升循环时间 （2.21） 式中： 为箕斗装卸载及休止时间，查表可得。 （7）提升能力验算 一次提升循环时间已算出，可计算箕斗提升设备每小时提升次数。 （2.22） 小时提升能力按下式计算 （2.23）式中

22、： 为一次提升量。每年实际提升能力为 （2.24）式中： 为年工作日，天；为提升设备日工作时数，；为提升不均衡系数，箕斗提升取。箕斗提升设备的实际富裕系数 （2.25）式中： 为设计年产量，。如果实际的富裕系数小于1，说明设计是不合理的，应重新选择较大的，然后再计算各参数。一般为宜。本设计富裕系数大于1，完全符合标准说明设计合理。2.5 矿井提升机静、动态性能分析从箕斗提升图可知，电动机提升力可能为正，也可能为负8。初加速和主加速合称加速段，提升机的负载静力是提升物体的静载重。电动要在电动和制动状态切换运行，不同的负载和运行阶段，电动机的运行状态也各不相同， （1）提升机上提重物，负载静力较大

23、，如图2.3所示。2.3提升机上提重物，负载静力较大 加速段（）, 加速段提升力,负载静力，提升合力 。等速段（）、爬行段（）和停车段（），提升合力为： 减速段（），由于,提升合力为： 电动机在各个阶段均工作在第一象限。（2） 提升机上提重物，负载静力较小，如图2.4所示。2.4提升机上提重物，负载静力较小加速段（）,提升合力为： 等速段（）、爬行段（）和停车段（），提升合力为： 减速段（），由于,提升合力为： 电动机在加速段和等速段工作在第一象限，在减速段工作在第二象限，爬行段时又工作在第一象限。（3） 提升机下放重物，负载静力较小，如图2.5所示。2.5提升机下放重物，负载静力较小加速段（

24、），,提升合力为： 等速段（）、爬行段（）和停车段（），提升合力为： 减速段（），提升合力为： 电动机在加速段工作在第三象限，在等速段、减速段和爬行段工作在第四象限。（4） 提升机下放重物，负载静力较大，如图2.6所示2.6提升机下放重物，负载静力较大加速段（），,提升合力为： （2.26）等速段（）、爬行段（）和停车段（），提升合力为： （2.27）减速段（），提升合力为： （2.28） 电动机在各个阶段均工作在第四象限。根据矿井提升机的运行特点以及矿山生产固有的特点，提升机对其电控系统的要求如下： （1）升降物料时，加速度。 （2）具有良好的调速性能。 （3）有较好的起动性能。 （4）具备

25、必要的连锁和安全保护环节，确保系统安全运行。2.6 提升电动机的选型设计为了对提升设备进行动力学计算，必须预选电动机，以便计算电动机转子的变位质量。预选电动机必须满足功率、转速和电压三方面的要求8。 （1）最大提升速度 经济速度并不是提升机的最大提升速度，但值尽可能接近值。 （2.29）（2）电机转速的确定 （2.30）考虑到箕斗容积选用较大，所以预选定同步转速 （3）电机功率确定 电动机功率计算结果如下 （2.31）式中： p为预选电动机的功率;为动力系数，箕斗提升取，罐笼提升取；为减速器传动效率，一般取，取矿井阻力系数 。 （4）确定预选电动机的电压 根据矿山实际情况，一般矿用动力电源都在

26、6以上。根据上述三个方面，结合煤矿生产特殊环境选择大型三相交流绕线型异步电动机，其主要技术参数如下：额定功率, 额定电流 ,同步转速,电动机功率因数。 （5）电动机额定拖动力 （2.32）预选的电动机完全满足要求，并且留有一定的富裕系数。2.7 本章小结本章对矿井提升机提升机部分进行设计。首先介绍和分析了提升机变频调速控制系统的组成，接着对提升容器箕斗进行选型设计，并对提升运动学、提升机静、动态性能进行分析，最后对提升电机进行选型设计。- 15 -3 矿井提升机变频器系统硬件选型设计3 矿井提升机变频器系统硬件选型设计3.1 变频调速特点变频器是一种电能变化设备，其功能是将工频电源转换成频率和

27、电压可调的电源，驱动电机运转并实现调速控制。变频调速以其节能和可平滑调速，调速范围宽等特点被广泛采用2。提升机控制系统采用变频器调节其硬件由模拟转向数字技术与传统调速相比其优点如下：（1）调速平滑，调速范围大。（2）调速精度高。（3）易实现电机的换向。（4）节能效果显著。3.2 变频调速的基本原理交流调速系统的控制量最基本上是转矩、速度、位置，根据不同的用途适当组合可以构成各种闭环系统3。异步电动机定子对称的三相绕组中通入对称的三相交流电，在电动机气隙内就会产生一个旋转磁场，其旋转速度为同步转速: （3.1）式中:定子绕组电源频率;电机磁极对数。异步电动机转差率 : （3.2）异步电机转速 ：

28、 （3.3）由上式可知，异步电机调速方法有如下几种: （1）变同步转速：变极、变频； （2）变转差率：定子调压、转子串电阻、电磁转差离合器、串级调速。 （3.4）式中: 电磁功率; 转子铜损。由上式可知，变频调速与变极调速为转差功率不变型，不论其转速高低，转差功率消耗基本不变，因此调速效率为最高。变频器由交流器、平滑电路、逆变器、控制器四大部分组成3。其组成方框图如图3.1所示。图3.1变频器组成方框图3.3 变频器的选型设计在选用变频器时，一般根据负载的性质及负荷大小来确定变频器的容量和控制方式4。3.3.1 控制方式的选择 （1）对于恒功率负载恒功率负载是指转矩大小与转速成反比，而功率基本

29、不变的负载。 （2）对于恒转矩负载恒转矩负载是指转矩大小只取决于负载的轻重，而与负载转速大小无关的负载。例如提升机和带式输送机等都属于恒转矩类型负载。若是调速范围不大，可以选用控制方式。若负载转矩波动较大，应考虑采用高性能的矢量控制变频器。分析提升机的负载属于重力，其负载特性属于恒转矩负载特性。结合实际选择高性能矢量控制恒转矩变频器,本设计初选择西门子系列的变频器。其参数如下：电源电压, 输出功率,额定电流。3.3.2 容量的选型计算在选用变频器时，通常先根据异步电动机的额定电流来选择变频器，再确定变频器容量和输出电流是否满足电动机运行条件。变频器的过载容量为或，若超出该数值，必须选用更大容量

30、的变频器。当过载量为200%时，可按来计算额定电流，再乘1.33倍来选取变频器容量。连续运转条件下的变频器容量计算由于变频器供给电动机的是脉动电流，其脉动值比工频供电时的电流要大，在选用变频器时，容量应留有适当的余量。此时选用变频器应同时满足以下3个条件： （3.5） （3.6） （3.7）式中： 电动机输出功率； 效率（取）； 功率因数（取）； 电动机的电压（）； 电动机的电流（）； 电流波形的修正系数（方式取）； 变频器的额定容量（）; 变频器的额定电流（）。式中的如果按电机实际运行中的最大电流来选择时，变频器的容量可以适当减小。对于频繁加减速的电机，按照s型曲线特性运行，那么根据加速、恒

31、速、减速、停车等各种运行状态下的电流值，可按下式确定变频器额定值： （3.8）式中： 变频器额定输出电流（a）; 各运行状态平均电流(a)； 各运行状态下的时间（s）； 安全系数(运行频繁时取1.2，其他条件下去1.1)。 将所选电机参数代入得： （1） 代入初选变频器参数 即 （3.9）（2） 代入初选变频器参数 （3.10） （3） 代入初选变频器参数 （3.11）（4） （3.12） 代入初选变频器参数 通过对本设计的电机功率，及电流验算均合格综合其它各种因素，本设计最终选用西门子变频器。其特点为： （1）高压主回路与控制器之间为多路光纤连接，安全可靠； （2）可以满足电动机的四象限工作

32、要求； （3）自带风冷和水冷设施，完善的变频器参数设定，优异的性能和性价比； （4）标准等通信规约，可以实现远程监视。 （5）完整的故障监测电路、精确的故障定位和报警保护；3.4 变频器声光报警回路设计 （1）变频器报警输出的动断（常闭）触点“”串联在的线圈电路内，当变频器因故障不能正常工作时，发出报警；同时报警输出的常闭触点动作，使线圈失电，将变频器与电源断开，进行安全保护。为了保护报警输出的触点，在接触器的线圈两端，并联阻容吸收电路（即震荡电路）。 （2） 声光报警电路由报警输出的动合（常开）触点“”控制，当变频器跳闸时，触点“”闭合，将报警指示灯和电笛接通，进行声光报警。与此同时，断电器

33、得电，其触点将声光报警电路自锁，使变频器断电后，声光报警能持续下去，直到工作人员按下为止，报警才能解除。另外继电器线圈和电笛线圈的两端，也需要并联阻容吸收电路，以保护变频器内部报警继电器触点。3.5 变频器制动回路设计提升机负载由于惯性较大，当变频器的输出频率下降至 时，常常停不住，而有“蠕动”(也称爬行)现象，在提升机这种大负载机械中，蠕动现象有可能造成十分危险的后果。所以，变频器调速时应设置再生制动和直流制动功能。3.5.1 再生制动在减速时，变频器输出频率下降，由于惯性原因电机转子转速会高于输出频率在定子绕组上产生的旋转磁场转速，此时电机处于再生发电状态，定子绕组会产生电动势反送给变频器

34、，若在变频器内部给该电动势提供回路，那么电流流回定子绕组会产生对转子制动的磁场，从而使定子迅速停转，电流越大，转子制动速度越快。这种自动方式称为再生制动。制动单元的功能是，当直流回路的电压超过规定的值时，接通耗能电路，使直流回路通过释放能量。再生制动单元电路如图3.2所示。图3.2再生制动单元电路图功率管用于接通与关断能耗电路，是制动单元的主体电压取样与比较电路由于的驱动电路是低压电路，故只能按比例取出的一部分作为采样电压，和基准电压进行比较，得到控制导通或截止的指令信号。驱动电路用于接收“取样与比较电路”给出的指令信号，驱动导通或截止。的常用器件是或，集电极最大电流是正常电压下流经的电流的两

35、倍。3.5.2 直流制动单元普通的负载一般采用再生制动，对于提升机这样大惯性的负载，仅用再生制动往往无法使电动机停止，还需要进行直流制动。直流制动是指当变频器输出频率接近，电动机转速降到一定值时，变频器改向电动机定子绕组提供直流电压，让直流电流通过定子绕组产生制动磁场对转子进行制动。此外，直流磁场本身具有吸住转子的作用，可以有效地消除转子的蠕动。直流制动参数主要有直流制动动作频率、直流制动电压和直流制动时间。 （1）直流制动的动作频率（1010） 在使用直流制动时，一般先降低输出频率，依靠再生制动方式对电机进行制动，当输出频率下降到某一频率时，变频器马上输出直流制动电压对电动机进行制动，这个切

36、换直流制动电压对应的频率称为直流制动动作频率，用表示。越高，制动所需的时间越短。由参数1010设置如图3.3所示。 （2）直流制动电压(1200)直流制动电压是指直流制动时加到定子绕组两端的直流电压，用表示。用与电源电压的百分比表示，一般在以内，越高，制动强度越大，制动时间越短。由参数1200设置，如图3.3所示。 （3）直流制动时间( 1101)直流制动时间是指直流制动时施加直流电压的时间，用表示。对于惯性大的负载，要求长些，以保持直流制动电压撤掉后电动机完全停转。由参数1101设置，如图3.3所示。图3.3 直流制动参数功能3.6 变频器外部接线图设计变频器可以输出频率可调的交流电源，另外

37、在变频器的外围加设有声光报警输出及制动单元能够实现变频器故障报警器和安全制动，更有效的对控制系统进行安全保护，变频器外部接线图如图3.4所示。 图3.4变频器外部接线图3.7 变频器基本参数设置提升机的速度要求确定变频器的参数设置如下。表3-1 变频器参数设置 参数名称 参数号 设置参数 选择频率 p1000 2 恢复出厂 p0010 30 工作地区 p0100 0 上限频率 p1082 50hz 下限频率 p1080 0hz 加速时间 p1120 60s 减速时间 p1121 50s 自动检测方式 p1910 2 直流制动频率 p1010 20hz 直流制动电压 p1200 250v 直流制

38、动时间 p1101 50s根据变频器调速原理，在变频器输入回路中接入频率设定电路，由输出的模拟量，即电压或电流信号来控制变频器的输出频率，实现电机速度控制。本设计的调速系统采用（开关量连接/模拟量连接）模块配合变频器进行，通过plc输出电压信号（）来控制变频器的频率()。此时变频器输出频率与设定电压输入成正比,实现对提升电机速度的控制。3.8 变频器外围设备的选型设计变频器主回路的外围设备有熔断器、断路器、交流接触器（主触点）、制动电阻和热继电器（发热元件）。3.8.1 熔断器的选型设计 熔断器用来对变频器进行过电流保护。熔断器的额定电流可以根据下式选择： （3.13）式中： 熔断器的额定电流

39、（）; 电动机的额定电流（）。 代入数据：即根据熔断器选型手册最终选用龙熔系列熔断器，其参数如下：额定电流为:，应用类别:,分段能力：.3.8.2 断路器的选型设计断路器又称自动空气开关，断路器的功能主要有：接通和切断变频器电源，对变频器进行多电流、欠电流保护。 由于断路器具有过电流自动掉闸保护功能，为了防止产生误动作，正确选择断路器的额定电流非常重要。断路器的额定电流 选择分下面两种情况。（1）一般情况下，可根据下式选择： （3.14）式中： 变频器的额定电流（）。（2）在工频和变频切换电路中，可以根据下式选择： （3.15）式中： 电机的额定电流（）。本设计选择第二种情况代入数据得： （3

40、.16）根据计算最终选择高压真空断路器，该型号参数如下：额定电流,额定电压,其适用于矿山及企业等额定电流下频繁操作，多次开断短路电流的场合。3.8.3 交流接触器的选型设计 （1）输入侧交流接触器输入侧交流接触器安装在变频器的输入端，它既可以远距离接通和分断三流电源，在变频器出现故障时还可以及时切断输入电源。输入侧交流接触器的主触点接在变频器输入侧，主触点额定电流可根据下式选择： （3.17）式中： 变频器的额定电流（）。 （2）输出侧交流接触器当变频器用于工频变频切换时，变频器输出端需接输出侧交流接触器。由于变频器输出电流中含有较多的谐波成分，其电流有效值略大于工频运行的有效值，故输出侧交流

41、接触器的主触点额定电流应选大些。输出侧交流接触器额主触点额定电流可根据下式选择： （3.18）式中： 电机的额定电流（）。 本设计选择输出侧交流接触器，代入数据得： （3.19） 根据计算结果结合实际情况选择型交流真空接触器，其额定电压,额定电流。3.8.4 热继电器选型设计热继电器在电机长时间过载运行时起保护作用3。热继电器的发热元件额定电流可按下式选择： 式中： 电动机的额定电流（）。 根据公式代入数据得： （3.20）根据电机实际负载与工艺流程的要求，也可上下波动5%，本系统选用热过载继电器，额定工作电流,工作环境,电压调整范围。3.8.5 制动电阻选型设计 （1）制动电阻制动电阻是在电

42、机减速或制动时候消耗惯性运转产生的电能，转换成热能而消耗掉，使电机能够迅速减速或制动3。 （2）阻值计算精确计算制动电阻的阻值要涉及很多参数，且计算复杂，一般情况下可以按下式错略估算： 式中： 制动电阻的阻值（）； 直流回路允许的上限电压值（v）,我国规定; 电动机的额定电流（a）。代入数据得： （3.21） (3) 功率计算制动电阻的功率可以按下式计算： 式中： 制动电阻的功率（w）; 直流回路允许的上限电压值（v）,我国规定; 制动电阻的阻值（）; 修正系数; 可按下面的规律取值。在不反复制动时，若制动时间小于,取;若制动时间超过，取；若制动时间在之间时，可按比例选取的值。在反复制动时，若

43、（为每次制动所需的时间，为每次制动周期所需的时间），取；若，取 ；若,可按比例选取的值。代入数据： （3.22）根据计算结果结合设备实际情况最终选择灵欧rxq型线绕电阻器，其参数为：，额定功率下阻值变化，环境温度。3.9 变频器的抗干扰及防止措施 在变频器的输入和输出电路中，除了较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波电流，这些高次谐波电流除了增加输入侧的无功功率、降低功率因数外，频率较高的谐波电流将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其它设备的干扰信号，严重的甚至使某些设备无法正常工作。干扰信号的传播方式主要有：电路传导方式、感应耦合方式和空中辐射方式。根据干扰信号的产生原因和传播方式，可以有

44、针对性的采用不同的抗干扰措施5。主要措施有：合理布线、削弱干扰源、对线路进行屏蔽、隔离干扰信号和准确接地。3.10 本章小结 本章首先介绍了变频调速的特点，接着对变频调速的基本原理进行了系统的分析，再次对变频器、制动部分、外围设备进行了选型设计，并根据所选变频及外围设备绘制出外部接线图对参数进行设置。为防止变频器干扰，最后采取了一系列防干扰措施。 - 27 -4 矿井提升机plc控制系统硬件选型设计4 矿井提升机plc控制系统硬件选型设计4.1 矿井提升机plc特点英文全称（）,中文全称为可编程序逻辑控制器5。主要有中央处理器（）、寄存器（、）、口、电源、扩展接口和编程器接口等几部分组成，组成方框图如图4.1所示。图4.1 plc组成方框图 有着其它工业控制设备很难具备的特性： （1）高可靠性，抗干扰能力强； （2）编程方便，易于使用； （3）与其它装置配置联接方便、维护简单。4.2 plc的i/o 点统计在设计时候需要统计的总量，包括开关量和模拟量，以确定选用的模块数量以及型号。另外在矿井提升机电控系统中，由于系统本身的特点，决定了系统对精度的要求并不是特别高，对于响应时间的要求也并不高，达到毫秒级就可以了。在满足要求的前提下，选型主要从经济性、适应性、可扩展性及网络通讯性能等方面综合考虑，本设计开关输入量共需13个输入点，输出点共需要