矿井提升机变频调速控制系统设计

1、.PAGE ：.； Xinjiang Institute of Engineering机械工程系|毕业设计阐明书论文标题 矿井提升机变频调速控制系统设计 学科专业 矿山机电10-7-4 作者姓名 姚胜辉 指点教师 薛风 日期 2021年4月18日新疆工程学院机械工程系毕业设计义务书学 生 姓 名姚胜辉专 业 班 级矿山机电10-74班设 计 题 目矿井提升机变频调速控制系统设计接受义务日期2021.3.4完成义务日期2021.4.18指 导 教 师薛风指点教师单位机械工程系设计目的优化矿井提升机任务方式，运用PLC变频调速自动化设计，大大的节省任务时间，减少维护费用，提高了任务效率。设计要求标

2、题选题符合机电一体化专业的性质；内容章节小结意义相对独立而衔接符合逻辑；字、符、公式、图表符合规范要求；不得有抄袭行为；附有设计图纸。设计指点记录2021年3月4日到2021年3月9号 思索并与教师讨论标题2021年3月10日到2021年3月15日 确定标题2021年3月16日到2021年3月25日 查阅书籍并确定标题2021年3月26日到2021年4月2日 构成初稿，完成设计图纸2021年4月3日到2021年4月18日 与教师讨论并且定稿参考资料1 HYPERLINK baike.baidu/view/321163.htm t _blank 赵燕.传感器原理及运用.北京: HYPERLINK

3、 baike.baidu/view/49618.htm t _blank 北京大学. 20212 HYPERLINK baike.baidu/view/1019597.htm t _blank 吴建平.传感器系统实际及运用.北京: HYPERLINK baike.baidu/view/156089.htm t _blank 机械工业.20213 李方园. PLC控制技术.北京: HYPERLINK baike.baidu/view/95327.htm t _blank 电子工业.20214 金沙.耿惊涛.PLC运用技术.北京: HYPERLINK baike.baidu/view/162427

4、.htm t _blank 中国电力.2021新疆工程学院机械工程系毕业设计成果表学 生 姓 名姚胜辉专 业 班 级矿山机电10-74班设 计 题 目矿井提升机变频调速控制系统设计指点教师签名指点教师单位机械工程系指点教师评语评阅成果： 评阅教师签字： 年月日答辩记录成果： 提问教师签字： 年月日答辩小组意见争辩成果： 争辩小组组长签字： 年月日新疆工程学院|机械工程系 摘要摘 要矿井提升机是采矿等行业的重要设备，矿物的运输和人员的运输等都离不开提升机。我国传统的矿井提升机主要采用继电器-接触器进展控制，并经过在电动机转子回路中串接附加电阻来实现启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、缺点率高、

5、操作复杂、电能浪费大、效率低等缺陷。针对传统提升机的问题，本设计采用可编程控制器控制系统，并且与变频器结合实现提升机速度控制。经过对提升机系统的深化研讨，完成提升机控制系统的设计，选择硬件设备型号，并且完成硬件系统设计。根据硬件系统要去画出外部接线图，并且编写控制系统程序。经过可编程控制器控制变频器，实现提升机启动、加速、等速、减速、爬行和停车操作，并且对过载、超速、过卷等缺点进展监控。变频器速度调理是利用改动被控对象的电源频率，胜利实现了交流电动机大范围的无级平滑调速。运用变频器对矿井提升机的控制系统进展改造，将成为历史开展的必然趋势。关键词：矿井提升机；PLC；变频器；控制系统新疆工程学院

6、|机械工程系 目录新疆工程学院|机械工程系 摘要AbstractMine hoist is important equipment in the mining industry,etc. Minerals and personnel transportation is inseparable from the hoist .Our traditional mine hoist mainly adopts relay-contanctor control,and through motor rotor circuit series additional resistance to realize

7、 the start and speed. This control system is poor reliability , high failure rate, complex operation , power waste,the low efficiency,etc.Aim at the problems of traditional hoist,this design adopts the PLC control system,and with frequency converter realize the hoist speed control.Through to hoist s

8、ystem research ,complete hoist control system design,select hardware decice type and complete hardware system design.According to the hardware system requirements draw outside wiring diagram and write system programming .Through the PLC control inverter realize the hoist start,accelerate,constant sp

9、eed ,reduction,crawl and parking operation,and monitoring overload ,speeding,Hoist Top,etc.Frequency control is through changing power frequency of the controlled object realize the AC motor Non-polar smooth speed in the wide range.Application of frequency converter Improve mine hoist control system

10、,which will become the inevitable trend of history.Key words: mine hoist ；PLC ；frequency converter ；control system目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc354334725 第1章 绪论 PAGEREF _Toc354334725 h 1 HYPERLINK l _Toc354334726 1.1设计来源 PAGEREF _Toc354334726 h 1 HYPERLINK l _Toc354334727 1.2国内外矿井提升机开展现状 PAGER

11、EF _Toc354334727 h 2 HYPERLINK l _Toc354334728 1.2.1国内矿井提升机电气控制系统的现状 PAGEREF _Toc354334728 h 2 HYPERLINK l _Toc354334729 1.2.2国外提升机电气控制系统的现状 PAGEREF _Toc354334729 h 3 HYPERLINK l _Toc354334730 1.3 设计内容及意义 PAGEREF _Toc354334730 h 4 HYPERLINK l _Toc354334731 1.3.1设计内容 PAGEREF _Toc354334731 h 4 HYPERLI

12、NK l _Toc354334732 1.3.2设计意义 PAGEREF _Toc354334732 h 4 HYPERLINK l _Toc354334733 第2章 矿井提升机变频调速系统的组成和总体设计 PAGEREF _Toc354334733 h 6 HYPERLINK l _Toc354334734 2.1 矿井提升机变频调速系统的组成 PAGEREF _Toc354334734 h 6 HYPERLINK l _Toc354334735 2.1.1变频调速系统PLC部分简介 PAGEREF _Toc354334735 h 6 HYPERLINK l _Toc354334736 2

13、.1.2 变频调速系统变频器部分简介 PAGEREF _Toc354334736 h 7 HYPERLINK l _Toc354334737 2.1.3 变频调速系统矿井提升机部分简介 PAGEREF _Toc354334737 h 9 HYPERLINK l _Toc354334738 2.2矿井提升机变频调速系统的总体设计 PAGEREF _Toc354334738 h 10 HYPERLINK l _Toc354334739 2.2.1提升机电控系统五阶段速度图分析 PAGEREF _Toc354334739 h 10 HYPERLINK l _Toc354334740 2.2.2提升机

14、电控系统四象限运转分析 PAGEREF _Toc354334740 h 12 HYPERLINK l _Toc354334741 2.2.3提升机电控系统的要求 PAGEREF _Toc354334741 h 14 HYPERLINK l _Toc354334742 第3章矿井提升机变频调速控制系统硬件设计 PAGEREF _Toc354334742 h 16 HYPERLINK l _Toc354334743 3.1矿井提升机系统组成及控制任务原理 PAGEREF _Toc354334743 h 16 HYPERLINK l _Toc354334744 3.1.1矿井提升机系统组成 PAGE

15、REF _Toc354334744 h 16 HYPERLINK l _Toc354334745 3.1.2 矿井提升机控制系统任务原理 PAGEREF _Toc354334745 h 17 HYPERLINK l _Toc354334746 3.2箕斗和电机的选型设计 PAGEREF _Toc354334746 h 18 HYPERLINK l _Toc354334747 3.2.1 箕斗的选定 PAGEREF _Toc354334747 h 18 HYPERLINK l _Toc354334748 3.2.2提升电机选定 PAGEREF _Toc354334748 h 18 HYPERLI

16、NK l _Toc354334749 3.3变频器的选型设计 PAGEREF _Toc354334749 h 19 HYPERLINK l _Toc354334750 3.3.1变频器容量选择 PAGEREF _Toc354334750 h 19 HYPERLINK l _Toc354334751 3.3.2 高压提升机变频器主要特点 PAGEREF _Toc354334751 h 20新疆工程学院|机械工程系 目录 HYPERLINK l _Toc354334752 3.3.3变频器参数设置 PAGEREF _Toc354334752 h 21 HYPERLINK l _Toc3543347

17、53 3.3.4变频器外部接线图设计 PAGEREF _Toc354334753 h 21 HYPERLINK l _Toc354334754 3.3.5变频调速控制系统主电路主要部件的功能 PAGEREF _Toc354334754 h 22 HYPERLINK l _Toc354334755 3.3.6变频器声光报警回路设计 PAGEREF _Toc354334755 h 23 HYPERLINK l _Toc354334756 3.3.7变频器制动控制回路设计 PAGEREF _Toc354334756 h 23 HYPERLINK l _Toc354334757 3.4 PLC的选型

18、PAGEREF _Toc354334757 h 27 HYPERLINK l _Toc354334758 3.4.1 PLC的I/O 点统计 PAGEREF _Toc354334758 h 27 HYPERLINK l _Toc354334759 3.4.2 PLC的I/O端口统计 PAGEREF _Toc354334759 h 27 HYPERLINK l _Toc354334760 3.4.3 PLC的选型 PAGEREF _Toc354334760 h 28 HYPERLINK l _Toc354334761 3.4.4 PLC的外部电路接线图 PAGEREF _Toc354334761

19、 h 28 HYPERLINK l _Toc354334762 3.4.5 PLC外围电气控制回路设计 PAGEREF _Toc354334762 h 29 HYPERLINK l _Toc354334763 3.5硬件调速控制系统维护措施 PAGEREF _Toc354334763 h 33 HYPERLINK l _Toc354334764 3.5.1空气断路器短路维护 PAGEREF _Toc354334764 h 33 HYPERLINK l _Toc354334765 3.5.2热继电器过载维护 PAGEREF _Toc354334765 h 34 HYPERLINK l _Toc3

20、54334766 第4章矿井提升机变频调速系统软件设计 PAGEREF _Toc354334766 h 35 HYPERLINK l _Toc354334767 4.1程序设计 PAGEREF _Toc354334767 h 35 HYPERLINK l _Toc354334768 4.2系统抗干扰措施 PAGEREF _Toc354334768 h 38 HYPERLINK l _Toc354334769 4.2.1变频器的抗干扰及防止 PAGEREF _Toc354334769 h 38 HYPERLINK l _Toc354334770 4.2.2 PLC的抗干扰及防止 PAGEREF

21、_Toc354334770 h 38 HYPERLINK l _Toc354334771 4.3提升机调速系统的程序梯形图 PAGEREF _Toc354334771 h 39 HYPERLINK l _Toc354334773 4.4提升机调速系统的程序调试 PAGEREF _Toc354334773 h 40 HYPERLINK l _Toc354334774 5总 结 PAGEREF _Toc354334774 h 42 HYPERLINK l _Toc354334775 6致 谢 PAGEREF _Toc354334775 h 44 HYPERLINK l _Toc354334776

22、7参 考 文 献 PAGEREF _Toc354334776 h 45第 PAGE 49 页新疆工程学院|机械工程系 第1章 绪论第 PAGE 1 页第1章 绪论1.1设计来源矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛运用于煤炭、金属、化工等矿山的竖井、斜井中，是消费运输的主要工具。在煤炭消费中提升机担负着提升煤炭、矸石、下方资料、升降人员和设备的义务，是联络井上和井下的独一设备，素有矿井“咽喉之称。矿井提升机的电力传动系统特性复杂，拖动电动机频繁正反转，经常处于过负荷运转和电动、制动不断地转换的形状中。对矿井提升机来说，运转的平安性、可靠性是至关重要的，主井直接关系到矿山的消费效率，作为运

23、送人员的副井，一旦发生缺点，往往呵斥机毁人亡。矿井提升机运转的平安可靠不仅涉及到井下任务人员的生命平安，而且还直接影响整个矿井的消费才干和经济效益。因此，研讨并制造即平安又经济高效的矿井提升机是煤矿平安消费的一项重要课题。在设计矿井提升机调速控制系统时，总是把平安性、可靠性放在首要位置。从上个世纪80年代开场，随着计算机技术和电力电子技术的开展，PLC和变频器在提升机调速控制系统中逐渐得到采用。PLC具有可靠性高、抗干扰才干强、容易实现继电器逻辑控制，根本免于维护等独特优点；变频器调速具有优良的调速性能、平稳的起制动性能、比较高的任务效率、功率因数、明显的节能效果；从而使得矿井提升机调速控制系

24、统的平安性、可靠性得到了很大的提高。假设某煤矿设计年产量:, 采用立井开采知数据：提升机任务制度为每年任务日；每日任务小时数；(3) 单程度提升，井筒深度；(4) 箕斗卸载高度,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。根据此煤矿的实践情况，并广泛调查国内外矿井提升机调速控制系统的开展情况设计出适宜该煤矿的平安可靠、效率高、经济的提升机调速控制系统。1.2国内外矿井提升机开展现状矿井提升机对平安性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统的技术程度在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术程度，因此世界各大公司纷纷将新的、成熟的技术运用于提升机电控

25、系统。下面就国内外矿井提升机电控系统情况作一引见。1.2.1国内矿井提升机电气控制系统的现状在煤矿消费中，矿井提升机起着非常重要的作用，它是矿山消费的关键设备。提升机电控安装的技术性能，既直接影响矿山消费的效率及平安，又代表着矿井提升机开展的整体程度。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安装。其中多半为电动机发电机组(F-D机组)供电，采用晶闸管整流传动(SCR-D)的只占一部分。传统交流拖动系统的显著缺陷是：调速性能差，调速时能量要大量耗费在电阻上，给定方式落后，控制精度低，平安维护和监测环节

26、不完善，平安可靠性差，维护任务量大，而且运转不经济。由于异步电动机在低速运转时特性曲线软，在次同步形状下无法产生有效的制动力矩，因此难于准确地控制提升机的停车位置。目前多采取动力制动或低频拖动加制动的方式来完成减速、爬行和停车。目前在用的动力制动及低频电源大多数为采用模拟技术控制的晶闸管安装，仍存在调试困难、维护量大的问题。传统交流电控系统可靠性差的另一缘由是平安维护、闭锁及监测系统不完善，均为单线系统，且与控制系统相混联，多数共用一套线路，相互影响。1986年以来，针对制约提升平安的主要环节，陆续增设了深度指示器、自动减速、限速等平安监测及后备维护功能，初步实现了对提升容器的定点位置监测及几

27、项重要平安维护的双线制，使提升平安情况有所改善。在实施提升机电气控制系统技术改造时，即要有超前一步的认识紧盯国际先进程度，也要思索我国国情，依托本人的力量，加强与先进国家的协作，采取引进、消化吸收、协作消费、结合改造等多种方式，实现符合中国国情的煤矿提升机电控系统现代化。1.2.2国外提升机电气控制系统的现状国外从70年代开场，随着微机技术的开展，微机控制技术己逐渐运用于矿井提升机中。目前，国外己到达相当成熟的阶段，使整个拖动控制产生一次变革。其运用主要表达在以下几方面:(1) 提升工艺过程微机控制在交流变频安装中，提升工艺过程大都采用微机控制。由于微机功能强，运用灵敏，运算速度快，监视显示易

28、于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。(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，要保证提升容器在预定地点准确停车，要求准确度高，目前的控制误差小于2cm。采用微机控制，可经过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、滚筒及钢丝绳磨损等。将信号进展处置，可计算出容器准确的位置而施以控制和维护。在箕斗提升时可实现无爬行提升，大大提高了提升才干。如SIEMENS,ABB,AEG等公司己采用32位微机来构成行程给定器。除此之外还提供性能不尽一样的机械行程控制器。普经过程控制用微机作监视，行程控制也采用单独微机完成，从而提高了系统的可靠性。(3) 提升过程监视由于近代提

29、升机控制系统的设计特别强调平安可靠性，所以提升过程监视与平安回路一样，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、各主要设备运转形状监视；c、各传感器(如井筒同步校正开关、停车开关)信号的监视。使各种缺点在出现之前就得以处置，防止事故的发生，并对各被监视参数进展存储、保管或打印输出。甚至与上位机联网，运用于矿井监测系统中。(4) 平安回路平安回路是指提升机在出现机械、电气缺点时控制提升机进入平安维护形状，此环节极为重要。为确保人员和设备的平安，对不同缺点普通采用不同的处置方法。平安回路是维护的最后环节之一，如今大多公司都

30、采用两台PLC构成平安回路，使平安回路具有完善的缺点监视功能，无论是提升机还是平安回路本身出现缺点时都能准确地实施平安制动。(5) 全数字化系统调速控制德国AEG公司的Logidyn D(32位机)、西门子公司的Siemadyn D(32位机)以及ABB公司的DCR(16位机)系统都己运用于提升机上。全数字化系统具有硬件构造单一、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程度和计算机知识。1.3 设计内容及意义1.3.1设计内容本设计以某煤矿主立井提升机调速控制系统为工业背景，在曾经非常成熟但调速方法比较落后的交流拖动技术根底上，经过变频控制技术在矿井

31、提升机行程、速度，制动控制中的运用，论述了新型矿井提升机调速控制系统的设计与运用情况。本设计的主要任务有：(1) 矿井提升机调速控制系统的设计；(2) 调速控制系统硬件的选型；(3) 调速控制系统软件部分的设计；(4) 对所设计的系统进展分析；1.3.2设计意义目前国内提升机的调速控制系统绝大多数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。这种控制方式设备陈旧、技术落后，存在着很多的问题：(1) 在转子回路串接电阻，耗费大量电能，呵斥能源浪费。(2) 电子分级切换，为有级调速，运转不平稳，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，运用寿命低，

32、维修本钱较高。(4) 系统的平安性、可靠性不高，容易发惹事故。(5) 电动机依托转子电阻获得的低速，其运转特性较软。(6) 提升容器经过给定的减速点时，由于负载的不同，而将得到不同的减速度，不能到达稳定的低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。因此，需求研制更加平安可靠的控制系统，使提升机运转的可靠性、平安性、经济性和高效性得到提高。在提升机控制系统中运用计算机控制技术和变频器调速技术，对原有提升机控制系统进展晋级换代。本设计从处理实践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适用的PLC来控制；电力拖动系统中，选用先进的变频传动安装；优化了矿井提升机调速控制系统的性能。改

33、良了原来电控调速用的交流接触器及电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的任务环境，使噪音及室温降低了很多；调速延续方便，分段预置频率；能根据负荷情况延续平滑调理转速，无机械冲击景象；实现了低频低压的软启动和软停顿，使停车运转更加平稳；启动及加速过程冲击电流小，可以实现矿井提升机在重载下从低速平稳无级平滑地升至最高速。目前，这一控制方法为现代交流调速中比较先进的调速控制方式之一。平安、可靠、经济、高效的矿井提升机调速控制系统设计是本设计的追求目的。新疆工程学院|机械工程系 第2章 矿井提升机变频调速系统组成和总体设计 第2章 矿井提升机变频调速系统的组成和总体设计2.1 矿井提升机变频调速系统

34、的组成2.1.1变频调速系统PLC部分简介自1969年第一台PLC问世以来，历经40多年的开展，PLC曾经成为一种最重要、最普及、运用场所最多的工业控制器，可以说只需PLC才是真正的工业控制计算机。初期PLC只是用于逻辑控制的场所，用于替代继电器控制盘，但是如今PLC 曾经进入包括过程控制、位置控制等场所的一切控制领域。如今PLC继续保管了原来逻辑控制器的一切优点，同时它吸收了其它控制设备的优点，在许多控制场所只需求PLC既可以够成包括逻辑控制、工程控制、数据采集及控制、图形任务站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。PLC是一种数字运算操作的电子系统，PLC及有关外部设备都按易于

35、与工业控制系统联成一个整体、易于扩展其功能的原那么设计，并经过数字式或输入输出控制各类型的机械或消费过程。它的根本功能有：逻辑控制功能、定时控制功能、计数控制功能、不仅控制功能、数据处置功能、过程控制功能、通讯联网功能、监控功能、断电记忆功能、缺点诊断功能。PLC主要有中央处置器CPU、存放器RAM、EPROM、I/O口、电源、扩展接口和编程器接口等几部分组成，其构成如图2-1所示。图2-1 PLC内部构造及外部衔接图PLC作为“蓝领计算机是面向用户的公用控制计算机，有着其它工业控制设备很难具备的特性： (1) 高可靠性，抗干扰才干强PLC是专为工业控制而设计的，选用的电子器件普通是工业级的，

36、顺应于恶劣的工业环境。在硬件和软件方面还采用了屏蔽、滤波、光电隔离、缺点诊断和自动恢复等措施。到目前为止没有任何一种工业控制设备可以到达PLC的可靠性。平均无缺点时间已到达2万小时以上，随着器件程度的提高，PLC的可靠性还在继续提高。(2) 编程方便，易于运用PLC采用与实践电路接线图非常接近的梯形图，这种图形编程方式笼统直观、易懂易编。具有一定电工知识的人员都可以在短时间内学会，运用起来得心应手。(3) 与其它安装配置联接方便、维护简单PLC是经过程序实现控制的。当控制要求发生改动时，只需修正程序即可。PLC的接口原那么是使外部接线、电平转换尽量少。1) 对于开关量，输入可以是无源出点开关量

37、或集电极开路晶体管输出：输出有继电器、晶闸管、晶体管等各种不同的方式，可以直接接各种不同类型的接触器、电磁阀等。2) 对于模拟量，只需模拟信号电平在一定的范围内就可以按要求自在设置转换特性，而不需另加电平转换。另外还有运用热电偶直接输入的A/D转换器等，此时就连放大器、冷端补偿也不需求。3) 对于各种显示、音响输出更是以最方便的方式提供接口，大量的问题都在PLC内部处理了。4) 对于数据通讯，只需求同轴电缆和普通RS232或RS485接口即可，不用由用户来思索滤波特性及通讯规程等详细问题。2.1.2 变频调速系统变频器部分简介变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控

38、制安装。我们如今运用的变频器主要采用交-交和交-直-交方式,交-直-交先把工频交流电源经过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供应电动机。变频器的电路普通由整流、中间直流环节、逆变和控制四部分组成。整流部分分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。构造图如图2-2所示：图2-2 变频器构造图在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: 式中-定子绕组电源频率， -电动机磁极对数。异步电动机转差率 : ；异步电

39、机转速 ：；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。转差功率： 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，转差功率耗费根本不变。在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速以其优良的调速性能、平稳的起制动性能、比较高的任务频率、功率因数、明显的节能效果和广泛的适用范围被国内外公以为最有开展出路的调速方法。随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速开展，交流变频调速技术的开展也非常迅速。电动机交流变频调速技术是当今节能、改善工艺流程和改善任务环境的一种重要

40、手段。2.1.3 变频调速系统矿井提升机部分简介矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机包括拖动系统、井架、天轮、导向轮及装卸载设备等。由于井筒条件及选用的提升容器和提升机类型的不同，可组成各有特点的矿井提升系统。常见的提升系统有：竖井单绳缠绕式箕斗提升系统、竖井单绳缠绕式罐笼提升系统、竖井多绳摩擦式箕斗提升系统、竖井多绳摩擦式罐笼提升系统、斜井箕斗提升系统、斜井串车提升系统。矿井提升机是一个完好的机械-电气系统，其主要由以下几部分组成。(1) 任务机构主要是指主轴安装和主轴承等，主轴安装由主轴、卷筒、滚动轴承、支轮、制动轮、调绳离合器等组成。(2) 制动系统 液压制动系统安

41、装包括制动器和液压传动安装，是提升机不可短少的重要组成部分之一，也是最后一道平安保证安装。制动安装的可靠性直接关系到提升机的平安运转。提升机制动器的功能就是刹住提升机卷筒，使提升机停顿运转。(3) 机械传动系统机械传动系统包括减速器和联轴器。减速器的作用是减速和传送动力，联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传送动力。(4) 光滑系统光滑系统是在提升运转过程中，不延续地向轴承及啮合齿面压送光滑油，以保证轴承和齿轮的正常任务。光滑系统必需与自动维护系统和电动机联锁，即光滑系统失灵时，主电动机断电，确保机器的正常任务。 (5) 观测和支配系统观测和支配系统包括斜面支配台，深度指示器以及测速发电机。深

42、度指示器的作用是显示提升容器的运转位置，容器接近井口卸载位置和井底车场时，发出减速和制动信号。(6) 拖动控制和自动维护系统拖动控制和自动维护系统包括拖动电动机、变频器、PLC电气控制系统和自动维护系统。矿井提升机自动维护系统的作用是：在提升司机不参与的情况下，发生缺点的时候可以自动将主电动机断开并同时进展平安制动从而实现对系统的维护。提升机系统图如图2-3所示：图2-3 立井双箕斗提升系统图2.2矿井提升机变频调速系统的总体设计2.2.1提升机电控系统五阶段速度图分析提升机控制系统方案的选用应满足消费工艺的要求，即满足各种能够出现的运转速度图和力图。所以需求先来分析提升机电控系统的静、动态特

43、性。提升机的电气传动系统的给定速度如以下图所示，根据动力学方程式-电动机电动力矩；-传动系统的静阻力矩；-传动系统的飞轮惯量；-传动系统的动态转矩；-加速度可以按给定速度图得出所需转矩的特性，从而得到拖动系统所需的力 如以下图2-4所示：图2-4 提升系统五阶段速度图t1阶段：为主加速阶段运转时间，此时加速度a1较大，速度不断从0加速到最大的重车从井底上行，重车启动后，开场继续加速到变频器的设定频率为f2,在此期间提升机的速度逐渐加速。t2阶段：为匀速阶段运动时间，即容器以最大提升速度等速运转的时间。上升时，电动机坚持电动形状，重车提升机以额定运转速度稳定运转。下放时，由测速发电机反响转子下放

44、速度，当速度高于时，增大励磁电流，提高制动力矩，使箕斗匀速运转。普通这段过程最长。t3阶段：为主减速阶段运转，即容器以最大提升速度减速运转的时间。重车快到井口时减速阶段，重车减速到低速，进入爬行阶段。如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，以防止因减速过快而跳闸。t4阶段：为爬行阶段时间。重车以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。t5阶段：为抱闸停车阶段时间。到达停车位置时，变频器立刻停车，重车减速到零，制动系统闸制动。操作人员发一个联络信号到井底，整个提升过程终了。2.2.2提升机电控系统四象限运转分析提升机的负载静力FL，决议于提升机滚筒接受的静张力差，在双箕

45、斗的平衡提升系统中，力FL也就是提升重物的净载量。由于提升系统的负载为位式负载，所以静力FL的作用方向一直是提升重物的重力方向，而与系统的运动形状和方向无关。因此在电动机不带电时候，为了使很重的箕斗处于静止形状便于箕斗的装卸载，对辊筒必需施加机械闸。从以下图可以看出，要使提升机按照给定的速度图运转，电动力矩TE能够为正，也能够为负。这就意味着电动机不仅要任务在电动形状，还应能任务在制动形状。由于不同的负载，不同的提升机运转阶段，电动机的运转形状也个不同。图2-5表示出了平衡提升系统的四种不同的运转形状。图2-5 给定速度图与力图(1) 重物上提，静载量较大。其给定速度图与力图如下图。在加速段其

46、中为加速力矩与等速力矩之差。加速力矩为： 在等速段，等速力矩为： 在减速段， 所以减速段力矩为：其中为减速力矩与等速力矩之差。在爬行段，爬行力矩为： 根据此力图可知，电动机在各级段均任务在正向电动形状。(2) 重物上提，静载量较小。其给定速度图与力图如下图。在加速段,加速力矩为：在等速段，等速力矩为：在减速段，减速段力矩为：所以 在爬行段，爬行力矩 根据力图可知,电动机在加速度段和等速度段,任务在正向电动形状,在减速度段,任务在正向制动形状:在爬行阶段,又任务在正向电动形状.也就是说,在整个提升过程中,电动机的运转形状应切换两次.(3) 重物下放, 静载量较小。其给定速度图与力图如下图。在加速

47、段,加速力矩为： 在等速段，等速力矩为：在减速段，减速段力矩为：在爬行段，爬行力矩: 根据力图可知,电动机在加速阶段,任务在正向电动形状;在等速减速和爬行阶段,电动机均任务在正向制动形状.(4) 重物下放, 静载量较大。其给定速度图与力图如下图。在加速阶段 在等速、减速和爬行阶段，F 均为负。根据力图可知,电动机在整个提升阶段一直任务在正向制动形状。要使提升机按给定速度图运转，电气传动系统应能根据负载的变化而自动的任务在电动或制动形状，也就是说要求电气传动系统能满足四象限运转。2.2.3提升机电控系统的要求综合以上提升机的运转特点以及矿山消费固有的特点，提升机工艺对提升机电控系统的要求如下：(

48、1) 加减速度符合国家有关平安消费规程的规定。提升人员时候，加速度,升降物料时，加速度。另外不得超越提升机的减速器所允许的动量矩。(2) 具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速方便，调速范围大，能满足各种运转方式及提升阶段加速、减速、等速、爬行等稳定运转的要求。(3) 有较好的起动性能。提升机不同于其它机械，不能够待系统运转后再装加物料，因此，必需能重载启动，有较高的过载才干。(4) 特性曲线要硬。要保证负载变化时候，提升速度根本上不受影响，防止负载不同时候速度过大，影响系统正常任务当然，当负载超越一定的限制时候，还要求系统能有效的自我维护。迅速平安制动停车，具备挖土机机械特性。(5) 任务方

49、式转换容易。要可以方便的进展自动、半自动、手动、验绳等任务方式的转换，操作方便，控制灵敏，不至于因任务方式的转换影响正常消费。(6) 采用新技术和节能设备，易于实现自动化控制和提高整个系统的任务效率。具备必要的连锁和平安维护环节，确保系统平安运转。尽量节约能源和降低运转费用。新疆工程学院|机械工程系 第3章 矿井提升机变频调速控制系统硬件设计 矿井提升机变频调速控制系统硬件设计3.1矿井提升机系统组成及控制任务原理3.1.1矿井提升机系统组成矿井提升机变频调速控制系统由：动力安装、液压站、变频器、旋转编码器、操作台、PLC、控制监视系统组成，其系统框图如图3-1所示： 图3-1 矿井提升机系统

50、框图系统框图中各部分功能如下：(1) 动力安装：包括主电机、减速器、卷筒、制动器和底座，完成人、物料的运输义务。主电机经过减速器向卷筒提供牵引所需的动力。对于矿井提升机这样的大型机械来说，在电机脱离电源后，由于运转惯性较大，往往要经过一段时间才可以停顿转动，这将影响消费效率，甚至要挟到消费人员的生命平安和物料的运输。因此必需在系统里参与制动器，防止产生“蠕动景象，从而保证运输的人和物料的平安。 (2) 液压站：为提升机提供制动力，停车时先经过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力；提升机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统平安可靠地任务。(3) 变频调速器：

51、是动力安装的能量供应单元，经过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供应交流电动机，以到达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。它是整个矿井提升机运输系统的控制中心，经过它可以设定系统的任务方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运转、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。(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输系统的各种任务参数、任务形状、缺点参数和缺点形状。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视：提升过程中各个工况参数监视;各个主要设备运转形状监视;

52、各传感器如位置开关、停车开关信号的监视。系统框图中用旋转编码器来测试电机的转速。3.1.2 矿井提升机控制系统任务原理系统内部采用矢量控制，当提升机司机听到开车信号时候，按下启动按钮，PLC控制将三相动力电源由隔爆接线腔R,S,T 3个接线柱接入隔爆主腔内，再松开液压制动阀并将主令控制器推到正向或反向，大功率变频可以将工频三相交流电经过交直变换之后经过逆变器，利用设定的参数进展逆变，使得输出为某一相应设定频率的交流电，经变频后输出U,V,W来驱动电机的运转。变频器输出频率的变化，将导致电动机的输出转速变化，二者之间的关系近似线性。这样，就起到了调速的作用。在提升过程中，控制提升机运转的主速度给

53、定S形速度曲线由PLC编程产生，经过A/D转换，由模拟量输出口输出，以驱动变频器任务；对变频器输出频率的调整控制，也可根据现场的工况需求，由操作台速度控制手柄以辅助给定的方式进展控制。旋转编码器可以检测主电动机的转速，并将此信号传送给可编程控制器，PLC经过该信号可以累计计算提升机的行走间隔 。操作人员经过操作台向PLC发送控制提升机运转的控制命令。控制监视系统经过与PLC的通讯，将电动机的一切运转参数和缺点参数都显示出来，并对矿车的位置及速度进展时时监控。为操作人员分析缺点、判别缺点和处置提供根据。3.2箕斗和电机的选型设计3.2.1 箕斗的选定(1) 提升高度 (2) 经济提升速度 (3)

54、 一次提升循环估算时间 (4) 初估算加速度 (5) 每小时提升次数 (6) 每小时提升量 (7) 一次合理提升量 思索为以后矿井消费才干的加大留有余地，选择JDL16，有效容积。根据规定，思索到实践的提升速度低于8m/s，取过卷高度H=8m,天轮直径 ,确定井架高度。3.2.2提升电机选定(1) 确定电机额定转数 思索到箕斗容积选用较大，故预定同步转速 (2) 电机功率确定由可以估定电机额定转数，那么实践最大提升速度那么电动机功率 取矿井阻力系数K=1.15，减速器传动效率 。动力系数了 。根据以上计算，选择YR2500-6/1430大型三相异步电动机，其主要技术参数如下：P=2500KW,

55、 额定电压 ,额定转数,电动机效率， (3) 电动机额定拖动力3.3变频器的选型设计3.3.1变频器容量选择矿井提升机构平均起动转矩普通来说可以为额定力矩值的1.3-1.6倍。思索到电源电压的动摇要素及需求经过125%超载实验要求等要素，其最大转矩必需有1.8-2倍的负载力矩值，以确保其平安运用的要求。等额变频器仅能提供小于150%的超载力矩值，为此可以经过提高变频器容量或同时提高变频器和电机容量来获得200%的力矩值。此时变频器容量： 式中 ： 电机功率因数；-提升额定负载所需功率；-电机效率；-变频器容量；-系数，；提升机构变频器容量根据负载功率计算，并思索2倍的平安力矩。在变频器功率选定

56、的根底上再作电流验证，在一台变频器驱动一台电机的情况下，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，并且变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。另外矿用提升机属于频繁起动、加减速运转，其变频器容量的选定应根据加速、恒速、减速等各种运转形状下的电流值，按下式确定：式中： :变频器额定输出电流； :各运转形状的平均电流；:各运转形状下的时间； ：平安系数；思索到矿用电机性能上的差别及机械负载的动摇，变频器容量取决于电动机容量的1.4倍，按照本系统的电机功率，综合以上各种要素，本设计最终选用西门子GM150系列通用变频器。3.3.2 高压提升机变频器主要特点(1) 高压主回

57、路与控制器之间为多路光纤衔接，平安可靠；(2) 全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶触摸屏，安装、设定、调试简便，功率电路模块化设计，维护简单；(3) 高电压源型变频器，直接6KV，10KV输入和输出，不需求输出变压器；(4) 可以满足电动机的四象限任务要求；(5) 输入功率因数高，电流谐波少，无须功率要素补偿调和波抑制安装；(6) 输出阶梯SPWM波形，无须输出滤波安装，对电缆、电机绝缘无损害，谐波少，减少轴承；减速器等的机械振动；(7) 强大的CPU处置才干，易于改动控制逻辑关系，顺应多变的现场需求；(8) 自带风冷和水冷设备，完善的变频器参数设定，优良的性能和性价比；(9) 具备RS4

58、85通讯接口，规范Modbus/Profibus等通讯规约，可以实现远程监视，可以接受和输出工业规范信号；(10) 完好的缺点监测电路、准确的缺点定位和报警维护；3.3.3变频器参数设置提升机的速度要求确定变频器的参数设置如表3.1所示：表3.1 变频器参数设置参数称号参数号设置参数运用对象P02051控制方式P13000任务地域P01000上限频率P108250Hz下限频率P10800Hz上升时间P1120300s下降时间P1121200s自动检测方式P19102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PLC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

59、控制。本设计的调速系统采用PLC+D/A模块配合变频器进展，经过PLC输出电压信号0-10V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。3.3.4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，另外在变频器的外围加设有声光报警输出及制动单元可以实现变频器缺点报警器和平安制动，更有效的对控制系统进行平安维护，外部接线图如图3-2所示：图3-2 提升机系统变频器外部接线图3.3.5变频调速控制系统主电路主要部件的功能变频调速控制系统主电路如图3-3所示：图3-3变频调速控制系统主电路图空气断路器：过流过载维护；交流接触器：切断电源和启动；交流电抗器La：降低谐波，抑制浪涌电压

60、，改善功率因数；噪声滤波LB：减小无线电干扰；电抗器LA：减小干扰和振动；热继电器FR：断相维护，过载维护；3.3.6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“NC-COM串联在KM1的线圈电路内，当变频器因缺点不能正常任务时，发出报警；同时报警输出的常闭触点动作，使KM1线圈失电，将变频器与电源断开，进展平安维护。为了维护报警输出的触点，在接触器的线圈两端，并联阻容吸收电路即RC震荡电路。(2) 声光报警电路由报警输出的动合常开触点“NO-COM控制，当变频器跳闸时，触点“NO-COM闭合，将报警指示灯HL和电笛HA接通，进展声光报警。与此同时，断电器KA1得电，其触点将声