【《基于PLC的煤矿提升机设计与运行仿真分析》13000字】

基于PLC的煤矿提升机设计与运行仿真研究目录摘要 3前言 51绪论 61.1煤矿提升机的现状与发展 61.2本文研究意义 71.3本文研究内容 81.4提升机系统介绍 81.5提升机运行状态 81.6提升机速度运行阶段 91.7煤矿提升机对电气控制系统的要求 91.8本章小结 102调速控制系统设计 112.1变频调速的发展历史以及在提升机的应用 112.2变频调速的原理 122.3变频调速控制的方式 122.4变频器分类 132.5变频调速技术的发展现状 142.6控制单元基本原理 152.7控制系统总体设计 162.8本章小结 173控制系统硬件设计 183.1可编程控制器的选型和特点 183.2变频器型号选择 193.3电动机选型 233.4可编程控制器控制系统设计 243.5本章小结 274软件设计与程序仿真 284.1程序流程图 284.2系统控制程序梯形图 294.3触摸屏介绍 314.4软件编程 324.5仿真 344.6本章小结 35结论 36参考文献 38附录 41摘要我们在现实生活中随时随地都能见到和用到提升机，它在我们的日常生活中是必不可少的,像商场里的垂直电梯和建筑施工单位里的起重机等都用到了提升机，它可以为我们的生活提供很大的便利。煤矿提升机是提升机的一种,它是一种大型机械设备，它在采矿行业中十分重要，可以用它来解决相关事物。假如没有煤矿提升机，那么采矿行业的工作将丝毫不能进行下去。说到这些工程类的行业，我们都会想到的就是安全问题，安全问题一向是重中之重。只有让煤矿提升机变得更加安全才能减少采矿行业的意外事故发生率。我国传统的煤矿提升机的调速以及控制方式都比较落后，跟不上现如今煤矿产业的生产需求。本文采用了新的设计方法，用来解决传统提升机存在的一些问题。本设计的提升机采用了SIEMENSG120C变频器和S7-1200PLC,两者组合构成新的控制系统，并通过博途软件进行编程和仿真。关键词：变频器，可编程控制器（PLC），博途，煤矿提升机前言在采矿行业中最重要的设备要数煤矿提升机了。它的工作就是运输货物，也可以让相关的工作人员往返于地面与工作场地之间。当然煤矿提升机的安全运行也很重要，在施工单位安全一直就是重中之重，如果不在意安全这个问题的话，就会出现不少意外安全事故，严重的可能会影响工人的生命，这会给工人的家庭带来沉重的打击，故我们要特别注意提升机的安全问题，从而减少意外事故的发生。虽然传统提升机也有提高安全保障的一些方法，但这些是不足以解决根本，是零件都会有损耗，更何况煤矿提升机所处的工作环境比较潮湿，这更加加速了它的消耗，另外常在河边走，哪有不湿鞋，工人偶尔也会有失误的时候，所以大家都可以在新闻上看到前些年会有一些意外安全事故发生[1]。采矿行业的相关工作人员都想要更安全更便捷的煤矿提升机，使提升机的能够快速进行正反转的动作，制动特性得到提高[2]。早些年，中国的提升机还是水平很低的，提升方式也是比其他国家落后很多，有很多缺陷，它的调速控制的方法大多是用电动机转子联合附加的电阻串联并与接触器系统相结合的方法[3]，这种方法特别落伍，主要有以下缺点：电阻在工作的时候会释放出很大的热量，造成了能源不必要的损耗，违背了节能减排的方针，损耗钱财，使资源被大大的浪费[4]。提有时候会出现提升机接触不太灵敏的情况，会引起一些重大事故，造成人员伤亡。调整速度也相对发杂，出现错误的机率也是相当高。老旧的矿井提升机有许多问题，但随着社会的进步和时代的发展，煤矿提升机的技术也得到了大大的改善，以前存在的问题也得到了解决，现在就是将PLC与变频器互相配合变频调速的方式[5]，这种方式节约了能量。变频器的在调速以及控制方面还是让人满意的，能够控制提升机以恒定的速度运行。本文就是采用变频器和PLC相结合的方式，使提升机更加安全可靠。1绪论1.1煤矿提升机的现状与发展煤矿提升机是连接地上和地下的纽带，是一种工作机械，它的身影出现在世界各地，但主要出现在煤矿行业。它在煤矿行业的主要价值就是运输相关物品，是地上与地下配合交流的主要方法[7]。所以，煤矿提升机的地位还是很高的，它与矿业的经济关系很大，煤矿人员的安全也与提升机有关系的。因此对于煤矿行业来说，最重要的就是制造出一种安全有保障而且又方便快捷的煤矿提升机的。在1981年德国发明了世界上第一台煤矿提升机的，受到大家的关注，它的构造不是很复杂，主要通过悬挂的机械臂传动。这台提升机发明之后，过了不到十年，新型的提升机又出现了，它是划时代的发明，世界第一个把电与机械结合在一块。年份慢慢往后，矿井提升机的控制方式也越来越完美，在20世纪的70年代，可编程控制器（PLC）已经在国外的提升机中应用了起来。20世纪80年代初期，煤矿提升机开始使用计算机技术，煤矿提升机的性能又进了一步则是得利于将可编程控制器与计算机技术相结合了起来，而在这两年，以西门子公司为首的制造公司又在提升机中加入了安全控制系统，使煤矿提升机的安全性大幅度提高[8]，更有实用性。多年前，我国的煤矿提升机技术与国外的煤矿提升机技术是完全不在一个水平线上的，国外的技术先进于我们许多。它是采用电阻与电机转子相串联的方式来调速的，但这种方式浪费了很多资源，增大了采矿企业的成本。我国传统煤矿提升机各个方面都比较嘈杂，连线复杂，而且在它的控制系统中有很多设备。所以这样的提升机用户体验极差，还容易出现故障且不易维修，操作调试也不方便。因此我国的提升机在早些年没有多少好评，它的许多性能都不太尽人意。在近十几年来，我国煤矿提升机技术还是有很大改进的，而随着计算机互联网领域的发展进步，它与提升机技术相结合，从而使我国煤矿提升机的系统更加优秀，技术设备方面都有了特别大的提高，在提升机领域取得了不错的成果。中国目前的煤矿行业中也开始采用了新的方法，这种方法就是变频调速度的方法，变频调速的方式十分的方便快捷，而煤矿提升机性能指标得到了巨大提升，安全方面也变的令人满意[10]。1.2本文研究意义日常生活中提升机我们经常会经常见到，比如小区电梯还有货梯，本课题研究的矿井提升机，它首要的目标就是在地上与地下工作场地运送相关物品，所以我们需要注重它的安全部分。如果发生了安全事故，企业会受到很大经济损失，同样许多家庭会失去亲人，让人痛心。因此，让煤矿提升机的性能提升以及提高安全性就成为采矿行业的重点。我国的科学技术随着时代的发展一直在进步，当然采矿行业也不是停滞不前，近年来我国也正在努力，各个部门共同合作努力，让煤矿提升机的安全性能变得更加可靠。所谓安全可靠就是指煤矿提升机的各个设备不容易损坏，且系统能够在出现故障时自我保护[12]。我国原来的煤矿提升机技术十分落后，运行起来会造成不必要的能源损耗，而且运行效率也极低，也不能提供一个好的安全保障，因此现在重要的就是升级原来提升机的控制系统了。在中国的工业生活中，有一个东西经常会被大家看到，它就是可编程控制器。可编程控制器如果与变频器结合起来就会迸发出巨大的力量，简化了电路，而且还有其他的优点，性能巨幅提升，安全性能也变得好了，提升机越来越令人满意。这种提升机是现在以及未来的发展方向，前景还是挺广阔的[14]。由我们的生活经验可以知道，这种变频器与可编程控制器相结合的控制系统让提升机的性能得到大幅度提升，对安全方面做出了很大贡献，为我国的工业行业做出了相当大的贡献。1.3本文研究内容本课题用的系统是一种新型的调速系统，这个新系统很好用，他将两个部分，可编程控制器和变频器完美结合在一起，提升机运行过程中会出现各种状态，电机正转和反转也会出现，这些都是可编程控制器决定的，可编程控制器也就是PLC。而它的控制任务可以分为多个而它的控制过程也是和控制任务一样的，可以分为多部分。本课题的主要工作有:查找相关文献，了解煤矿提升机的工作原理以及工艺提升要求。对控制系统进行设计。其中包括对硬件的设计以及对软件的设计。对编译好的程序进行调试和仿真。1.4提升机系统介绍煤矿提升机我们常见的主要有两种，竖井煤矿提升机和斜井煤矿提升机[15]。提升机的系统很重要，系统是提升机的核心部分，对人类来说它就是人类的心脏，是不能够缺少的部分，没有提升机的系统，其他部分也就失去了存在的意义。所以提升机的系统是很重要的。生活中以及工业中，提升机的运行状态也是需要多变的，主要包括加速运行阶段以及减速运行阶段，还包括保持一定速度运行以及启动和停止。1.5提升机运行状态提升机的运行方式主要分为以下几个阶段：加速阶段。提升机会受到向上的力，做加速的动作。而提升机与制动器配合在下放的过程中受到负力。电动机的速度从零升到满速状态是在提升机的加速运行阶段。匀速度运行阶段。采用电动拖动的方式向上提升，过程中受到正力。而采用能耗制动的方式向下放时，过程中受到负力。主减速运行阶段。采用机械制动和逐步加入电阻的方式向上提升时，过程中受到向上的力。采用机械制动和加入电阻的方式减速下放时，过程中受到的力为负力。爬行运行阶段。提升机受到正力，电阻与可编程控制器相连。1.6提升机速度运行阶段矿井提升机运行也其实不复杂，简单的说就是提升板在地面与地下工作场地之间作回去和过去的运动，大家常用线来表示提升机的运行状态，称为运行曲线图[16]，如下的图所展示。矿井提升机的运行是分阶段式的，首先是加速过程，在这个阶段，提升机一直受到向上的力，一直加速，然后提升机达到最高的速度，然后以最高的速度行驶一段时间。当提升机到达减速点时则为第三阶段，该阶段做匀减速的减速运动直到速度变为零结束。下图中就是提升机整个的运行过程，主要有五个部分，第一个部分为加速运行部分，第二个部分为匀速运行部分，第三个部分为减速运行部分，第四个部分为爬行阶段，第五个部分为停车制动部分。这几个阶段都是由PLC程序控制的，我们可以在变频器上可以设置加速和减速持续的时间，现实生活中矿井的深度包括提升机提升性能都会影响着提升机运行的时间[17]。图1-1运行曲线1.7煤矿提升机对电气控制系统的要求电气控制系统在煤矿提升机主要有下面几个要求：大家都关注的问题当然就是安全问题。提升机各个运行阶段都要符合国家和公司相应的安全规章制度，确保人员的安全。调速控制方面也要做优做好。在满足行业的需求下，要有一个便捷的调速方式。除此之外，煤矿提升机要平安稳定的运行，不管是在加减速的阶段还是在匀速阶段都要保证这一点。要有好的过载能力。煤矿提升机要满足生产的需要有一个好的载物能力，因为它的主要工作就是运输一些物料，而有些物料相对比较重。要有快速转换运行状态的能力。提升机在运行过程中，不一定的出现一些意料之外的情况，所以它要根据突发情况随时改变运行状态，只有这样才不会造成一些负面影响从而影响生产。在保证满足生产需求和系统符合要求的情况下，要注意响应国家号召，做到节能减排，减少一些不必要的损耗。1.8本章小结本章节主要介绍了课题研究的内容以及课题研究的意义，对提升机进行了介绍，对提升机的系统也进行了相应的介绍，讲了提升机现状和发展，最后又提到了煤矿提升机对电气控制系统的一些要求。2调速控制系统设计2.1变频调速的发展历史以及在提升机的应用调速系统在以前就是用直流调速的方式，它具有调速精度高的优点，当然没有什么东西是完美的，有优点就有缺点，它的缺点就是环境的适应性比较差，过流能力也不是很好，因此它也没有较好的发展空间。而还有一种就是交流异步电动机调速，它的环境适应能力比直流调速方式要好，而且它有着简单的结构，维修成本低，但是它不具有一个好的调速能力。随着社会的发展进步，交流调速性能也越来越完美，是因为在交流调速与先进的现代化理论知识相结合在了一起。我们都知道，变频调速这个方式发展的还不到五十年的时间，但是它有一些自己独有的优点所以被广泛应用于实际生活中[18]。交流电动机的变频调速技术在不断的进步发展，可以分为下列几个时期[19]。恒定控制频率与电压为第一个时期。这种方式就是为了补偿压降而变大电动机定子的电压，就是因为要考虑抗压降的比例大小，而定子的电压相对较低在处于较低的频率状态下。我们要根据不同的负载来调整需要补偿的定子压降，因为定子压降值不是一个固定的值，它也在变化。矢量变频控制为第二个时期。参照直流电动机的控制特性就是控制交流电动机的方式，让交流量控制变成了直流量控制，使交流和直流的电动机相等同。这个理论也不是凭空捏造出来的，它是有迹可循的，在坐标系方面，使旋转坐标系代替了固定坐标系，而且它也是统一电机，而电流被分成了两个分量，一个是垂直，另一个则是与磁场相同。模拟电子技术在最初的时候是煤矿提升机的控制系统技术，不久数字电子技术就代替了原来的技术，而控制提升机就是用了数字变频技术[20]。动力制动的调速性能在制动方面不能有一个很好的表现，而且有不必要的损耗问题出现。而这些问题能够被低频发电制动方式处理的相当理想，且提升机能自然快捷的变换状态。若能做到速度电流的闭环调节，则煤矿提升机就能做到正负力减速和爬行在张力差允许的范围内，这是一个比较先进的技术，也是前所未有的技术，在这种前提下，提升机能根据所设定的相应曲线正常运行。而提升机用了低频状态下的普通变频器时，就可能会发生溜车，一旦出现这种状况，相关部门人员的生命财产安全就会受到威胁，但如果直接控制转矩的话就能减少这种危险情况发生的概率。当然也有其他的方法，就是改变频率较低的情况通过用独特的软件编程，简单地说就是使输出的负载力矩变得很大，频率变为零，从而力矩达到要求即使频率大小为零，只有这样这种状况才不会发生，大大增加了安全保障[21]。在提升机控制系统中加入变频调控技术后会有以下几个特点：能够精准的调节速度，电动机的转速能随负载的变化而变化，但变动的程度不是很大。具有一个很好的动态性能，通过较短时间能够迅速变换制动状态和启动状态。电动机能够方便快捷变换正转和反转状态。相对于原来而说，这种变频调速方式更加减少了资源的不必要浪费。2.2变频调速的原理通常以电机转速与电源输入频率的关系来表示变频调速的原理，它们成正比，公式如下：n=60f（1−s）/p(3-1)其中f代表频率，s代表电机转差率，p代表电机磁极对数。由公式可知电动机的转速的改变是由频率决定的。2.3变频调速控制的方式控制异步电动机的方式，主要可以分为以下几种：（1）V/F控制相对比较容易控制交流电机的方式便是V/F控制。只有保证V/F的值为常数，才会使转子磁通恒定。这种方式虽然不难，但它是有一些缺点的，就是电机转矩利用率较低，令人不满意的还有它速度的动态特性。在某些情况下，系统还不是特稳定因此这种方法只能满足精准度低的调节速度需求，倘若对精度要求较高的话，就不会选择这种控制方式。（2）转差频率控制想要检测异步电动机的话就用的控制方式为转差频率控制，它不仅能检测出异步电动机的转速，而且与第一种方式比的话，它也有一些优点。系统变得更加稳故，精确度也比较好，都是因为控制方式是转差频率控制。它也具有一个好的调速性能，它能保证电动机转矩和效率维持在最佳状态，且具有一个广泛的调速空间。当然这种方式也有不足之处，那就是它只能用于单机的调节速度，因此它的反应较慢，所以只有在不太要求响应速度的情况下才会选择这种方式。（3）矢量变频控制矢量控制是通过变换坐标来完成定子转矩和磁通分量的任务的。它最引人注目一点就是它能很好的控制感应电机。现如今，不用对磁通进行检测且容易被做到的这种控制方式被应用于很多地方。电机参数会对应用这种方式的控制器造成不小影响，为了使它不再依赖电机参数，我们就要想出一些相对较好的方案，其中参数的补偿与辨识要被包含在其中。通过事实而说，这个方案是很不错的。综上比较可知矢量控制变频调速更适合于煤矿提升机。2.4变频器分类1、电流型变频器变频装置中的交-直-交变压波形矩形状输出的为电流源型，它之所以能被当成电流源，是因为它的负载比内阻小很多。当电机的状态为可再生状态时，它可以用来改变输出的电压极性，它是通过流经交流电网，可逆变流器来实现的，这种方法不需要借助别的工具很容易就能做到的。这种电流型变频器具有令人满意的优秀性能，对需要在广泛的调速范围内快捷调速常常会用到它。2、电压型变频器在交-直-交变压变频装置中，在中间环节出现大的电容滤波时，这时的交流电压的波形输出是矩形状和阶梯状，这个时候它就可以被认为是恒压源，而在条件比较好的情况下，它的内阻抗特别小，通常我们就会默认它没有，电压源型变频器就可以认为是这类变频器。变频器有时也能被当成交流电压源，当然是在电机受载时。当变频器的功率为中小功率时，在一般情况下就会用到电压型变频器。2.5变频调速技术的发展现状从四十年前到现在，在这几十年的时间里，变频器一直在发展变化着。它的历程由最初的模拟式到后来的数字式的，接着又有了智能型的而且它的功能也在逐渐增多。它的发展历程可以用以下几方面说明：1、通用变频器被越来越多的使用通用变频器起初使用于工业单一方面，到后面发展到能被使用于各个方面领域。它的发展大致可以被分为三个方向。能多功能运行且不用额外改动便是第一个方向，能很容易的操控小型变频器便是它的第二个方向，能够减少对环境的污染破坏则是第三个方向[23]。2、功率相关器件也在更新换代要想做到器件能够正常使用，就需要有一个能够在高电压电流的情况下，能保证器件不会被损坏的功率晶体管，且能够方便快捷的控制通断。而晶体管也在不断发展进步，由最初的大功率晶体管到后面的频率区间广泛的绝缘双极晶体管，再后来就出现了一种新的名为集成门极换流晶闸管，顾名思义，这种新型的就是对上面两种结合起来进行取长补短3、控制技术越来越完美通用变频器的控制技术逐步在发展，直到它的性能能够达到直流电机调速的性能标准。变频调速是交流电动机各种方法中调速性能最优秀的，因为它简单易操作，而且具有很大的一个调速区间，因此这种方法被广泛使用[24]。2.6控制单元基本原理提升机是用变频器来控制的，随着社会的发展进步，PLC也在升级进步且逐渐应用于各个工程领域。PLC在现实应用中也是非常方便且实用性高的，因为它在应用中要根据不同的情况随时更改，而这恰恰是它的一大优点，并且它还具有一个稳定抗干扰能力强的高性能系统，售后也很方便快捷[25]。本设计讲的是一个变频控制系统，它是将PLC和变频器相结合在了一起，这个控制系统不仅减少了不必要的能源损耗，也解决了传统系统的缺点，PLC是对整体进行运行控制，变频器可以自由自动调节控制电机转速和设备的运行速度，在保持稳定电压下，达到自由调控电机的目的。图2-1可编程控制器系统框图若只就控制系统来对比的话，可编程控制器的优秀是其他不能与之相比的，因为它在生产效率和安全方面都更加优秀，而且操作容易，就算出现故障维修起来也很方便。所以现实生活中广泛应用这种控制方式[26]。在运行设备时，按下按钮从而对控制器发出指令，内部编程，外部响应。可编程控制器系统框图见图2-1。2.7控制系统总设计本提升机控制系统是由触摸屏、编码器、变频器、可编程控制器和动力装置组成，下面是它的框图。部分装置功能说明如下。触摸屏：它代替了原来的传统设备，而且它还能清楚的把各种信号显示出来，可以让我们了解提升机的实时运行状态。变频器：在整个控制系统中变频器是必不可少的，提升机运行状态取决于电动机转速，而控制电动机转速的就是变频器[27]。动力装置：它就是为运行提供保障，其中包括电动机、制动器、卷筒以及减速器。图2-2系统控制框图系统总体控制框图如上图2-2所示，整个控制系统是由：触摸屏（HMI）、PLC、编码器、变频器、执行电机等组成，在设备通电后，用触摸屏来对程序进行指令操作，使设备做启动和停止的动作。2.8本章小结本章节主要介绍了变频调速，说明了变频调速原理及控制方式，讲了变频调速技术的发展现状以及在提升机中的应用，也提到了控制单元的基本原理和控制系统的整体设计，也对提升机的部分进行了讲解。

3控制系统硬件设计3.1可编程控制器的选型和特点本设计采用的是西门子1214C系列可编程控制器，它的开发设计是用西门子专用博途编程软件完成的，中高端设备会用到该系列的PLC，如图3-1所示为1214C系列PLC的外观图。图3-1PLC外观图本设计采用的是西门子的新一代可编程控制器，有以下几个特点。系统的性能：这个可编程控制器有着很好的控制能力，并且在短时间内能够精确的处理信号。S7-1200能快速反应在两点之间且速度极快，这都取决于它具有高速背板总线。工艺：S7-1200可以直接连接兼容驱动和模拟量控制运动，而且不需要其他的工具帮助，工作人员想要快速调试控制器及优化驱动的话，就要用Trace功能来完成。而另一个能自行整理参数和保证质量的集成工艺功能便是PID控制。工业信息安全：S7-1200具有一个很好的安全性能。只有它的使用用户才能对它进行拷贝和修改等动作。它的SIMATIC存储卡也不用考虑内容泄露的情况，因为它只能在匹配授权过的卡上运行正常。而且用户之间的授权方法也是截然不同的，只有授权用户才能对相应的配置进行修改。并且它可以智能识别数据是否经过修改，这样可以避免数据混乱错误[28]。故障的安全：S7-1200具有优秀的故障安全保障。配置故障安全型控制器就是能保证安全自动化，而且程序也应用了相同设计理念。用户能自己定义并修改参数。这种全新的控制器在安全保障方面做的相较于原来已经相当的不错了，而且还达到了不少国家的安全标准。系统诊断：可编程控制器具有一个很强大的诊断能力，它的强大之处就是它仅仅配置一下就能诊断，不需要再做其它的工作。而且，显示器上可以简单清楚的显示各种错误信息。指示灯和相同分配比例的接线端子能替我们减少了许多时间。并且，我们能快速检测并分配到对应的通道。这个S7-1200就是用的博途软件。使全集成自动化的完成的平台软件就是博途，它是首个拥有组态设计的软件。博途软件对可编程控制器做相关的工程设计，控制器、人机界面以及一些驱动产品的规范使用的概念就是这个设计给予的，并且它还提供了一个无比强大的库，现在所有的自动化对象都被包含收容在内[29]。3.2变频器型号选择本设计就是西门子G120C变频器。对于变频器来说，不同的用户有不同的需求，有的用户想要一种体积小，且安装方便，还要容易调试操作，这时候这种变频器就正好符合该用户的特殊要求。这种型号的变频器与它同类不同型号的其他变频器相比，具有很大的优势。它的接线方法也比较简单，性价比比其他型号的变频器高了很多。多种功能结合在了一起，其中包括：安全功能（STO,可通过端子激活），常用于现场总线接口可以有许多种选择，还有许多拷贝参数的存储卡槽。如图3-2所示为G120C变频器外观图。这个变频器可调节的功率区间很大，最低低至几千瓦，最高可高达十几千瓦，因为它具有一些其他变频器所没有的优点，所以他被其他的变频器当成了标榜。它的结构相对比较紧凑，而且它能很容易的被操作，可以方便快捷的调试安装，就算出现了一些故障，修复起来也很简单。它还优化了一个应用，一个属于相对较小的控制柜的应用，从而使它的安装变得非常简单。一个驱动装置会常常被这应用使用，这个装置就是体积较小的简单控速的驱动装置，因为它的体积较小，所以它的占用空间就大大减小了[30]。图3-2G120C变频器外观图通过设备的功率我们选择0.75KW,2.2A系列作为本设计用变频器，如图3-3所示为G120C系列变频器选型。图3-3G120C变频器选型图使用者可以用存储卡拷贝相关数据来进行速调，同样工作人员也可以进行基本调试代替盲盖板，亦可以对变频器的参数进行设置借用计算机工具[31]。G120C变频器的端子注释如下图3-4。图3-4变频器端子台接线图它可以被分为四种接线方式。在开关闭合前提下，数字量变为高电平输入且内部电源接线的为第一种方式。数字量变为高电平输入且外部电源接线的为第二种方式。数字量变为低电平，并且内部电源接线的方式为第三种。数字量变为低电平，并且外部电源接线的方式为第四种。图3-5变频器调试工具上图就是变频器调试的工具，它们可以很方便的进行调试。其中有三种调试方式，可以查询调试工具说明手册来进行相关调试。图3-6固定调速的参数我们可以用调试工具调节相关参数来控制多段速度的运行状态。我们也可以调节P1120和P1121参数来改变加减速的时间。电机的正转反转也由变频器决定，根据需求设置参数，设置参数可以决定各段速度的大小，加速和减速的时间也是参数决定的，根据实际情况调整，矿井的深度不同，设计的参数也不同。根据实际要求设置变频器的参数，变频器的参数设计可以查看相关说明手册，根据不同的情境设计相关的参数设置，使电动机的运行状态能达到相关的要求。3.3电动机选型提升机的速度取决于电动机，提升机会随着电机转动而做出相应动作。交流电动机的转矩决定了转子磁动势矢量与磁通的大小。想要调速的话说白了就是控制电机转矩。控制系统在很多情况下会使用电压和电流的控制型标量，但它也有不足的地方，不足的地方就是动态控制性能不是让人很满意。为了解决这个问题，就可以采用对电动机的定子电压和电流实行磁通方向矢量控制的方式。本设计采用是三相交流电动机，而且是异步的。驱动电机我们选择的是三相异步电动机，型号为YZTD225L2-4/8/32，24/24/5.4KW，接线时以△接法接入三相火线，将三根火线按照顺序依次接入到变频器的输出电机接线端子部分，YZTD系列的电动机自身带有制动器[31]。当变频器发出命令时，制动器的接触器闭合，当停止时，制动器进行制动。三相异步电动机如图3-7所示。 图3-7三相异步电动机电机相关参数如表3-1所示，本设计中通过改变变频器频率来实现电机速度运行的调节。表3-1电机基本技术参数表级数Pole电流A转速r/min功率KW450138324852.5699243234.21415.43.4可编程控制器控制系统设计分配表如下表所示。表3-2I/O分配表输入名称输出名称I10.0启动Q4.0变频器运行I10.1停止Q4.1多段速度一I10.2开车Q4.2多段速度二I10.3超速信号Q4.3超速报警I10.4松绳Q4.4松绳报警I10.5过载Q4.5过载报警I10.6过卷Q4.6过卷报警在可编程控制器选定完成之后，就要进行下一步，而这一步就涉及到了对I/O地址的分配。硬件设计的内容就是设计控制系统的相关内容。可编程控制器的外部接线图见下图3-8。一是24V直流传感器在输出时抗噪能力非常优秀，就算它不用电源，也能将“M”通过机壳与大地相连。二要关注的是，对于漏型输入的话，就是将“-”号连接到“M”。同样对于源型输入，就是将“+”连接到“M”。可编程控制器说明书有一张图显示的是CPU连接器针脚的位置，针脚的具体位置能够从图中看出来。下面的图是外部接线图图3-8CPU1214C的外部接线外部接线具体情况能从图中很容易看出来。在控制相关部分，电路的设计与实际工程应用的便捷性有关系，并且与后续修理和升级有关系，本课题控制的电气主接线图如图3-9所示。主电路一共包括电机、变频器的供电部分、直流电源部分等几大类。主电路的接线图如下。图3-9主电路接线图电动机正常运行时是380V，因此要采用三根火线，一根零线，一根地线作为供电电源；变频器是380V供电的，热过载继电器保护前端的部分，三相电源连接变频器的输入模块部分，三相电机与变频器输出端子相连接，通过PLC对变频器进行相关信号的传达，达到了控制的目的。如图3-10中，将I/O分配表对应相关触点，将与之对映的输入和输出接入SMARTPLC中，输出端的Q4.0接口与变频器的接口相接，这样就能使输出触发信号运行。变频器与电动机相连，通过交换机将PLC、上位机、变频器连接成一个整体。图3-10电气原理图3.5本章小结本章节主要说明了系统的硬件部分，讲了硬件部分的选型以及型号，也说明了电气原理图。4软件设计与程序仿真4.1程序流程图我们所说的程序框图就是程序流程图，可以用带有文字说明来表示。程序控制流程图如下所示为。图4-1程序控制流程图程序流程图能清楚简单的看出程序进行的具体过程。程序流程图它能够为编写程序提供参考，为编写程序打下基础，可以根据流程图编写程序。本课题所用的可编程控制器的工作形式中，程序的读写以及程序的执行都会一直循环进行的。一个任务被循环执行一次就是叫做一个扫描周期。扫描是否在执行的状态主要是看可编程控制器是处在运行的模式还是停止的模式。当可编程控制器处于运行的状态时，就会开始进行程序的执行操作，当程序处于停止状态时，程序也相应不进行。每个信息都会被放在不同的存储器单元中，一个单元对应一个地址。假如想要存下存储器区域中的某一位时就要指定包含存储器标识符、字节和位号的地址[32]。程序中字节寻找地址的方法可以按照位、字节、字来寻找，这只是其中的一个方法，而令一个方法就是我们可以根据存储器区域中的数据来寻找。其中不同的存储区域用不同的字母表示。本设计的程序流程图，开始之后就是程序的初始化然后判断一下小车是否正常运行，如果没有正常运行就会发出报警，然后工作人员进行相应的操作解决故障，提升机检查正常就按照设定的程序进行，执行速度控制程序。在此期间，如果出现过载、过卷等一些故障系统会进行报警的，这时工作人员再去解决故障。4.2系统控制程序梯形图对于软件设计来说，它的核心问题便是系统的程序，后面的附录为系统控制程序梯形图。本设计选用的PLC为1200系列的PLC，这类PLC的编程软件就是博途软件。如下面图4-2所示就是博途软件的主界面，通过主界面来对所选型的PLC进行硬件组态，这样便于仿真和后续下载程序导入到真实PLC中。触摸屏的画面也通过主界面来进行组态和绘制，将程序采用的触点与触摸屏窗口的触点进行定义，实现软件内程序与画面的仿真连接。图4-2博途界面图4-3是正在进行程序编写的博途软件界面，选择“创建PLC程序”就可以进行程序的编程了。在界面内编写本设计需要的程序。图4-3编程界面4.3触摸屏介绍本设计用是西门子公司生产的SIMATICHMI这种面板触摸屏，它有很多优点。西门子的触摸屏监看和对设备都有一个很好的体验，它受到许多用户的青睐，因为它具有一个很厉害的性能。近些年，西门子触摸屏出现在许多工业领域，地位也不低。它的生产力、效率、利用率方面已经是很高的水平了。这面板能够解决很多方案，还能达到工业要求，也能够满足数据更加明白的需要。过去到现在，西门子触摸屏在很多地方凭借着自己优点鹤立鸡群，它功能很强大，用处也多。西门子面板的种类主要是五种，它们分别为按键式面板、精简面板、精智面板和移动面板。其中精智面板是普通面板的增强型，它能被方便快捷的使用，就算面对再复杂的工作，它也能够轻松应对。它在面板领域中也是排列在前的，不能说它能满足全部要求，但它能满足绝大多数用户的需求。它具有不少新颖的功能，它的屏占比也很大，而且它还能把信息自动备份。它能出色的搭配SIMATICS7-1200，故本设计就用精智面板。4.4软件编程本课题用的是博途软件,它是西门子公司自己研发的一款新的软件。它能完成大多数工作需求，因为它具有一个厉害的功能。使用者能用这个软件对系统进行研发和调试。它相对于原来能大大提高工作效率，这完全依赖于它具有一个完全一样的研发环境。除此之外，只要把程序数据导入到软件中一次，就能快速完成工作组态，从而使效率增加。下面我说一下软件具体过程。首先，需要打开电脑，把电脑上的博途软件打开，打开软件后，新建一个项目，改好项目的名字，然后就可以进行下一步骤。接下来就是进行设备的组态了，编程程序之前是要组态的，我们可以找到设备与组态的界面进行组态，添加设备，选择相应的东西，如下面的图展示的一样。下一步就是扩展模块，根据需求添加扩展模块，更改模块的输入与输出地址。下一个步骤就是打开主程序块了，开始编写相应的程序，程序编写完成后就需要进行编译和下载了，选择能够访问的设备进行程序下载，下载完成，就鼠标点击以下完成，也就结束了。图4-4添加PLC设备界面这些步骤不是很复杂，但是需要细心谨慎，尤其是程序编写的过程，要非常小心，不然就无法正常运行。图4-5博途编程界面4.5仿真可以做一个触摸显示屏的界面，这样会让仿真更加生动直观，我们可以通过触摸屏来进行相应的操作。触摸屏的界面可以看下面。图4-6触摸屏界面当我们进行一些操作时，在触摸屏上就可以看出来相关数据。图4-7仿真调试界面我们选择工具栏，打开监控模式，程序的线条就会有相应的变化，我们可以进行相应的监控，程序的线条都有颜色，颜色有两种，一种是绿色，线条是绿时就表示线路是通的，还有一种颜色是蓝色，线条是蓝色时就代表没通，监控模式下可以看程序的具体情况。4.6本章小结本章主要说明了流程图以及软件的使用，说明了编程和仿真的步骤。

结论提升机的控制系统老旧的形式多采用继电器，当然，缺点也是很多二，安全方面也是让人担心的，并且老旧的方式线路也是比较复杂的，性价比很低。本设计采用的方式是较新的，让plc与变频器互相合作，变频调速度的系统也就完成了，提升机的性能得到了飞速的提高。提升机通过加上可编程控制器的功能，再配合变频器，让这个变频调速系统得到了系统的欢迎，提升机也是好用的。这个控制系统线路不太复杂，也方便调试维修，它安全方面比较让人放心，能保证提升机平稳地运行，安全事故不会出现。还有一点，如果需要改变提升机的运行状态，可直接通过改变程序来实现，不需要改变线路，也是十分方便的。这种提升机的控制系统去除了过去很多的缺点，而且拥有了很多新的优点，所以受到了市场的欢迎，这种方式也会被广泛使用。

参考文献[1]苏振华.PLC在煤矿提升机电控系统中的应用[J].当代化工研究,2020(09):45-46.[2]李凤周.浅谈变频技术在矿料提升控制中的应用[J].电子制作,2020(09):85-86.[3]刘春华,宋秀辉,宋宪堂,范贵德,孙东宇.竖井提升机变频系统改造经济效益分析[J].有色矿冶,2020,36(02):43-45+42.[4]王俊青.煤矿提升机变频控制系统设计[J].矿业装备,2020(02):104-105.[5]张盼盼,吴凤彪,张子英.矿井提升机变频调速控制系统设计[J].煤矿机械,2020,41(03):9-11.[7]D.N.deKlerk,I.Govender,A.N.Mainza.Geometricfeaturesoftumblingmillflows:Apositronemissionparticletrackinginvestigation[J].ElsevierLtd,2019,206.[8]TomaszRokita.Applicationoffrictionbrakingdevicesindrum