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湖湖 南南 科科 技技 大大 学学潇湘学院毕业设计（论文）潇湘学院毕业设计（论文）题目题目矿井提升机安全保护控制矿井提升机安全保护控制系统设计系统设计作者作者田涛田涛学院学院潇湘学院潇湘学院专业专业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化学号学号1053010522指导教师指导教师时彧时彧二一四 年 五 月 二十 日 湖湖 南南 科科 技技 大大 学学潇湘学院毕业设计（论文）指导人评语潇湘学院毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人：指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩：指导人评定成绩： 湖湖 南南 科科 技技 大大 学学潇湘学院毕业设计（论文）评阅人评语潇湘学院毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人：评阅人： （签名）（签名）年年 月月 日日 评阅人评定成绩：评阅人评定成绩： 湖湖 南南 科科 技技 大大 学学潇湘学院毕业设计（论文）答辩记录潇湘学院毕业设计（论文）答辩记录日期：日期： 学生：学生： 学号：学号： 班级：班级： 题目：题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 1 设计（论文）说明书设计（论文）说明书 共共页页2 2 设计（论文）图设计（论文）图 纸纸 共共页页3 3 指导人、评阅人评语指导人、评阅人评语 共共页页毕业设计（论文）答辩委员会评语：毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任：答辩委员会主任： （签名）委员：委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩：答辩成绩： 总评成绩：总评成绩： 潇湘学院毕业设计（论文）任务书潇湘学院毕业设计（论文）任务书 机 电 系 测控技术与仪器 教研室教研室主任: （签名） 2014 年 2 月 18 日学生姓名学生姓名: : 田 涛 学号学号: : 1053010522 专业专业: : 机械设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 矿井提升机安全保护及其控制系统设计 2 学生设计（论文）时间：自 2014 年 2 月 18 日开始至 2014 年 5 月 30 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：矿井提升机机械设计潘英编 中国矿业大学出版社 2001现代矿井提升机电控系统王清灵等编 机械工业出版社 1996机电一体化系统设计手册 杨黎明编 国防工业出版社 19974 设计（论文）应完成的主要内容：提升机控制系统总体方案设计提升机控制系统结构设计提升机控制系统电控系统设计 提升机安全保护装置设计5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：提升机控制系统结构图（1 号图及以上） 电控系统电路图（2 号图及以上） 安全保护装置结构设计（1 号图及以上）6 发题时间： 2014 年 2 月 18 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） i摘摘 要要矿井提升机是矿山最重要的设备，肩负着矿石、物料、人员等的运输责任。传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这类控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低的缺点。针对这一情况采用 PLC 与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造，提高安全性和可靠性的电气控制系统。因此，研究矿井提升机控制系统是具有实际意义的研究课题，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。本文针对提升机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。事实表明 ，采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。论文对提升机电控系统的发展进行了预测。关键词：矿井提升机；PLC；保护控制；变频器湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） iiABSTRACTThe shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the materials，staff and equipment.The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor，and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy wasting and low efficiency. According to this kind of condition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system. So,carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings，and it is a subject for research by relevant experts and scholars，both at home and abroad.To these questions existing in the shaft hoist contro1 system，the paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system,and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates，adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.Keywords: Mine hoist;；Programmable Logic Controller； Protect and control；Variable-frequency Drive.湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） iii目目 录录第一章第一章 绪论绪论.11.1 课题研究的背景 .11.2 提升机国内外发展现状 .21.3 课题主要研究内容 .3 1.3.1 设计内容 .31.3.2 设计意义 .4第二章第二章 矿井提升机系统方案设计矿井提升机系统方案设计.52.1 矿井提升机的简介 .52.1.1 矿井提升机的分类 .52.1.2 矿井提升机的主要组成部分及工作原理 .62.2 矿井提升机的运行.82.3 提升机后备保护 .102.4 矿井提升机的传动方式.11第三章第三章 矿井提升机矿井提升机 PLCPLC 保护与控制系统设计保护与控制系统设计.133.1 矿井提升机系统结构 .133.1.1 矿井提升机系统组成 .133.1.2 速度给定方式分析 .143.2 保护系统 PLC 控制.223.2.1 双线制提升机安全保护回路.233.2.2 安全回路设计.253.2.3 安全回路组成.253.2.4 故障保护在 PLC 中的实现.263.2.5 PLC 控制液压制动系统 .273.2.6 其它保护措施 .273.3 辅助系统 PLC 控制 .28第四章第四章 矿井提升机矿井提升机 PLCPLC 保护与控制系统实现保护与控制系统实现.294.1 行程控制 PLC 系统设计 .294.1.1 提升行程控制 PLC 硬件系统设计 .294.1.2 提升行程控制 PLC 软件系统设计 .294.2 辅助系统 PLC 系统技术 .304.2.1 PLC 控制的主井提升信号和装、卸载系统 .30湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） iv4.2.2 PLC 控制变频器系统 .314.2.3 提升机调速系统梯形图 .33第五章第五章 总结总结.375.1 全文总结 .375.2 研究展望 .37参考文献参考文献.38致谢致谢.39附录附录.40湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 1 -第一章第一章 绪论绪论1.11.1 课题研究的背景课题研究的背景矿井提升机是矿山生产中的主要设备之一，是在矿山生产过程中的一大关键设备，是一套复杂的机电设备，是煤炭生产和运输的主要工具。它的任务是用于升降人员和设备，提升矿石和降低材料等。它连接了矿井生产和运输。机器的矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，往复运行速度高，提高或降低任务完成。因此，矿井提升设备应具有良好的机械性能，先进的设备和完善的保护系统的控制。它对矿山生产和职工生活产生直接影响的性能和安全性，在机械或电气故障时的工作，将为煤矿安全，设备损坏，严重威胁影响生产，甚至造成人身伤亡事故。尽管矿井提升机本身具有一定的保护措施，但由于恶劣和复杂，开采环境的局限，一些保护措施并没有达到预期的效果，从而在煤矿生产中仍有许多原因造成重大人员伤亡发生提升系统及制备损坏事故，因此，被称为“矿山咽喉” 。随着科技的发展，现代矿山和人类生活的重视，人们提出了更高的要求，对矿井提升机的安全可靠性。目前，中国，一大批老起重设备已进入“损耗失效期” ，失败率增加，所以如果你想更新，经济负担重，简直是不可能的。为了提高机器操作的安全可靠性不能得到有效的保障。因此，一套简单实用的提升机控制系统的发展是非常必要的。原机控制系统的改造。提高了提升机运行的可靠性和安全性。通过对矿井提升机的安全保护系统的研究，现代控制技术和手段的使用，对各类升降进行数控改造，安全保护系统，它具有保护功能完善的保护功能，以确保安全和可靠的提升系统的运行是非常必要的，因为机器的矿井提升机有安全运行具有非常重要的现实意义。对计算机技术在工业领域的应用，可编程逻辑控制器（PLC）是目前最理想的工业控制机，PLC 的应用能够满足矿井提升机的过程控制的要求，以及各项性能指标均达到设计要求。代替中间继电器控制系统，时间继电器，计数器和其他硬件，所以体积减小，可靠性大大提高。与继电器控制系统相比，更加完善合理，控制功能，使用操作更方便，灵活，具有很好的效果。它是利用计算机技术，根据预编程和存储在里面的程序来完成操作控制设备的计算机。采用 PLC 控制：硬件简单、软件功能灵活、调试方便、维修量小。PLC 技术已经广泛地应用于各种起重机保护控制，一些提升电子模块的专用机，包括电梯控制设备，可用于大功率制动或频率较低，单个制动控制，双电机驱动等。操作、控制和安全保护系统采用可编程控制器。主控计算机应用软件可完成提升机自动，半自动、手动、维护控制要求的各种形式的低速爬行。1.21.2 提升机国内外发展现状提升机国内外发展现状湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 2 -随着现代化进程的要求生产和科学技术的不断提高，人们对提升机的工作特征识别的进一步提升，设备和控制系统也逐渐的，新技术和新工艺，在矿井提升机中的应用的各种设备。特别是仿真技术，微电子技术的应用，在提升机控制中的计算机技术已成为发展的必然方向。1) 晶闸管电动机（SCRD）和直流低速直接驱动系统的一些发达国家原交流提升机基本上是晶闸管电动机（以下简称 SCR D）更换系统。如德国，瑞典和其他国家已超过 90%直流提升机，传输系统大都采用低速直接耦合（略减速器） ，该系统大大简化。公司如 AEG 采用低速直接耦合的科学系统，电机功率额定负荷 3000KW，额定转速 55.8r/min，滚筒直径 6.5 米，提人速度 17m/s，提物 20m/s 的速度，提升高度1200m，具有完善的保护系统；利用磁反平行，平波电抗器和水平式传动装置：双深度积分和行程给定的组合给出的信号；主电路采用两组三相桥 12 脉冲顺整流，功率因数大大增强了。2) 交流变频调速提升系统的晶闸管直流驱动系统趋于成熟，并使用顺序控制的技术措施，提高功率因数，但其功率因数很低，所以从电网吸收无功功率很大，和对电能质量因素的严重影响，提升能力更大的问题更为突出。此外，直流电机制造成本高，电枢电路换向器解除限制的能力得到了进一步的提高，与换向器，碳刷容易磨损，维护工作量增加，所以故障率高。因此，换向整流器是薄弱环节。由于上述两个问题的存在，迫使人们重新审视交流驱动模式。3) 微机控制的电梯上的应用是从 70 年代开始，随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术在矿井提升机中的应用。目前，国外已经达到一个很成熟的阶段，整个驱动控制的重要变化。应用主要体现在以下几个方面：（1）吊装过程计算机控制的交流变频调速装置，升降过程大部分采用微电脑控制。因为计算机功能强大，使用灵活，计算速度快，显示器是很容易实现的，并具有诊断功能，这是模拟控制不能做。如使用 CP 80 微机变频 AEG 公司，ABB 公司的主人- 200 和西门子 S5 150 采用微机控制，取得了相当大的成功。他们把控制，监测，预测和模拟控制，参考值设置公用微机控制总线。传动部件的静态变频器控制，速度可调、多变量计算机。（2）提升行程控制提升机控制本质上是一个位置控制，以确保在预定地点吊笼准确停车，精度要求高，目前为止2cm。采用微电脑控制，通过各种传感器信号的采集，如角脉冲转换器，钢丝绳打滑，轴的位置，卷筒和钢丝绳的磨损，信号处理，计算与控制和保护的准确位置和笼。在笼子里可没有爬行的提升来实现，大大提高了提升能力。（3）可编程控制器（PLC）PLC 在提升机控制系统中的应用（PLC）具有可靠性高，抗干扰能力强，易于实现继电器逻辑，基本免维护的优点，特别适用于中国占交换体进行技术改造提升继电接触器控制系统。目前，已利用可编程控制器（PLC）改湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 3 -造 TKD 电控系统表现出强大的生命力。这也是今后的一段时期我国必须采取大多数继电器控制交流提升系统改造的必经之路（4）提升机保护功能显示：显示用于机保护功能的吊重试验，为该项显示上进行保护选择，并显示结果。包括接地故障监测，过速，减速段过速，过卷及制动五种；安全保护更加完善的法国的提升机安全保护设计有 60 多种，根据提升机的保护作用，分为三个系统。系统一，包括液压站故障，制动控制电路故障和速度控制系统故障。当故障发生时，应用于机械绞车（制动）或电（晶闸管逆变器刹车）制动力矩，提升机紧急停止控制；系统二，包括提升机电气故障的监测，电枢整流系统的应用，是提升机制动力矩的故障，以便紧急停止；系统三，盘式制动控制系统，调零系统，电源接地保护和电机，变压器过热保护，出现这种故障，机不需要紧急停止，只是删除了参考速度信号，使电梯自动减速停车。在这些故障安全电路，设有旁路开关，当故障发生时，可以关闭旁路开关，将提升容器的井口，再做处理。我国也有一些大型矿井提升系统引进了国外先进技术，但由于外国公司的技术保密，无法掌握核心技术，限制使用，维修和备件的供应。对于大多数中小煤矿，系统的高价格也使得难以忍受。通过技术人员的努力提升国内矿山，电力驱动系统已经有了很大的发展，但在技术水平落后于国外同类产品水平。电气控制系统主要的 TKD 交流拖动为代表，掌握操作和故障监控仍采用传统的继电器控制电路，每台提升机需要数百甚至数千的继电器触点，可靠性差，故障率高，不易维修，数目众多的控制线要和各种动力电缆通过狭小的井筒空间并行下井，安全性差，电磁干扰大。为了弥补薄弱环节，保证机器的安全运行，自九十年代以来，国内的研究提升系统的安全性，近十的制造商已经开发了一个全面的备份机保护装置， ”TJHB-11 矿井提升机的微机保护装置” ， “KTA-UP 系列矿井安全监测系统” ， “WKHB 计算机控制绞车后备保护系统” ， “M12-3B 提升机综合保护装置”等一批电梯监控装置应运而生。1.31.3 课题主要研究内容课题主要研究内容1.3.11.3.1 设计内容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，在已经非常成熟但调速方法比较落后的交流拖动技术基础上，通过变频控制技术在矿井提升机行程、速度，制动控制中的应用，阐述了新型矿井提升机调速控制系统的设计与应用情况。本文设计的主要工作：(1) 提升机控制系统总体方案设计；湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 4 -(2) 提升机控制系统结构设计；(3) 提升机控制系统电控系统设计；(4) 提升机安全保护装置设计；1.3.21.3.2 设计意义设计意义矿井提升机是煤矿井下运输矿石、物料、人员的重要设备，它安全、可靠、高效的运作是整个矿井生产的必要保证。采用新技术、新设备、新工艺来装备煤炭生产的各个环节，以达到减人提效、确保安全生产的目的，是科技兴煤的必由之路。矿井提升设备，其中主要是提升机及其控制和安全设备，同样要面临的必经之路。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 5 -第二章第二章 矿井提升机矿井提升机系统方案设计系统方案设计矿井提升机是以电动机为动力源，通过减速器将动力传给缠绕钢丝绳的滚筒，实现容 器的提升下放，通过电气传动实现调速，盘型制动器由液压和电气控制进行制动，通过位 置指示系统实现容器的深度指示，通过各种传感器、测速发电机控制元件，组成安全保护系统。矿井提升的整个过程可以分为五个阶段加速阶段、等速阶段、减速阶段、爬行阶段、停车抱闸阶段。加速阶段是提升机从静止状态起动加速到最高速度；等速阶段是提升机的 主要运行阶段，提升机以最高速度稳速运行；减速阶段是提升机从最高速度减速到爬行速度；爬行阶段是罐笼定位和准备安全停车阶段。2.12.1 矿井提升机的简介矿井提升机的简介2.1.12.1.1 矿井提升机的分类矿井提升机的分类矿井提升机是联系矿井井下和地面的工作机械。用钢丝绳带动容器在井筒中升降，完成运输任务。按工作方式分类如下：我国的提升机的分类（按提升机类型分）主要如下： 可分离式单卷筒单绳缠绕式 缠绕式提升机 双卷筒多绳缠绕式布雷尔式矿井提升机单绳摩擦式塔式摩擦式提升机 多绳摩擦式落地式缠绕式提升机和摩擦式提升机二者都可以用于主井或副井提升。另外，根据不同的出发点，矿井提升设备还有以下几种分类方法：(1) 按用途可分为：a、主井提升设备，提升煤炭或矿物；b、副井提升设备，用来引降人员、材料、设备和矸石，也称辅助提升，完成辅助升任务。(2) 按提升容器可分为：a、箕斗提升设备，用于主井提升，采用箕斗提升，由于装卸载快，所以生产率高，湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 6 -一都采用底卸式，当箕斗运行到卸载曲轨时，通过装在扇形闸门上的导轮，将扇形闸门打开，煤自动从箕斗底部流入煤仓；b、罐笼提升设备，大型矿井用于副井提升，小型矿井也可兼作主井提升用。它是将矿车推人其中，需要井底车场和地面车场。罐笼主要用于上下人员、材料、设备或扦石，也可用于提升有益矿物。(3) 按拖动方式可分为：交流提升设备和直流提升设备(其中又有电动一发电机组供电与可控硅供电之分)。(4) 按井筒的角度可分为：a、立井提升设备，提升容器在井中做上下往复运动，具有位势负载性质。b、斜井提升设备，可采用斜井串车提升，即采用矿车作为提升容器。也可采用斜井箕斗提升，具有生产能力大、装卸载自动化等优点。还可采用斜井胶带运输提升，具有安全可靠等优点。c、露天矿斜坡提升设备。2.1.22.1.2 矿井提升机的主要组成部分及工作原理矿井提升机的主要组成部分及工作原理(1) 矿井提升机是整个煤矿安全生产的咽喉，其安全可靠性直接关系到全矿的生产和矿工的生命安全。由于煤矿井下生产环境恶劣，运行工作复杂，各种操作频繁，因此对提升机电控系统来说，除了能够满足各种复杂的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。 (2) 要求有很好的调速性能，能够精确地完成井下提升的整个运行过程。 (3) 能重载起动，有一定的过载能力。 (4) 工作方式转换容易，易于实现自动化。 (5) 技术先进，维护简单、方便，在保证安全可靠运行前提下，控制线路简洁明了，便于维修排除故障。 (6) 尽量降低投资成本，减少运行费用，提高节电效果和经济效益，保证系统长期稳定可靠的运行，具有较长的工作寿命。下面简单介绍一下提升机的结构及其工作原理。单绳缠绕式提升机的工作原理如图 2.1 所示：提升机安装在地面的提升机机房里。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 7 -图 2.1 单绳缠绕式提升机工作原理示意图1 卷筒；2 钢丝绳；3 天轮；4 提升容器；5 平衡尾绳单绳缠绕式提升机 根据卷筒数目可分为单卷筒和双卷筒两种：单卷筒提升机，一般作单钩提升。钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮与提升容器相连；卷筒转动时，钢丝绳向卷筒上缠绕或放出，带动提升容器升降。双卷筒提升机，作双钩提升图 2.1。两根钢丝绳各固定在一个卷筒上,分别从卷筒上、下方引出,卷筒转动时，一个提升容器上升，另一个容器下降。缠绕式提升机按卷筒的外形又分为等直径提升机和变直径提升机两种。等直径卷筒的结构简单，制造容易，价格低，得到普遍应用。深井提升时，由于两侧钢丝绳长度变化大，力矩很不平衡。早期采用变直径提升机（圆柱圆锥形卷筒） ，现多采用尾绳平衡。多绳摩擦式提升机如图 2.2 所示，由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳，钢丝绳的直径变小了，摩擦轮的直径因而变小，但由于有钢丝绳的根数增加，所以摩擦轮的宽度相应的也要增加。多根钢丝绳连接在两个容器之间，分别绕过摩擦筒 1 和天轮 2通过摩擦筒的转动来带动容器提升或者下放。与单绳缠绕式相比较，钢丝绳与摩擦筒的直径都有明显的减小。由于多绳提升系统具有突出的优点，目前被广泛采用。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 8 -图 2.2 多绳摩擦式提升机工作原理示意图1、卷筒 ；2、天轮 ； 3、钢丝绳 ；4、提升容器2.22.2 矿井提升机的运行矿井提升机的运行矿井提升机运行曲线的分析据加速的特性不同,矿井提升机传统运行曲线可分为三阶段速度图、五阶段速度图、六阶段速度图,其中,又把五阶段速度图分为对称式五阶段速度图和非对称式五阶段速度图。提升机的五阶段速度图,如图 2.3 所示：加速阶段 tl：以较大的加速度 al 运行，直至最大提升速度 Vmax。（1） 等速阶段 t2：此阶段中两个提升容器以不变的速度 Vmax、在井筒中运行。（2） 减速阶段 t3：此时上升的提升容器己接近井口，下降的提升容器接近装载点，应该减速，减速度为 a3，直至速度降至 V4。（3） 爬行阶段 t4：此时提升容器进入卸载曲轨，为了减少冲击，容器以低速 V4进行“爬行” 。（4） 停车休止阶段 t5：此时提升机刹车，停止运行。提升机的运行情况，如图 2.4 所示：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 9 -图 2.3 五阶段速度图图 2.4 提升机运行情况示意图湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 10 -矿井提升机的运行特点有：（1） 具有周期性在时刻，提升机启动，容器 A 开始上提、容器 B 开始下放，到时刻提升机由1t2t静止加速到最高运行速度 Vm，当运行到时刻时，提升机开始减速，到时刻速度3t4t降至爬行速度，爬行速度是为了使容器准确停在需要的位置而设置的。当达到时刻5t时，容器 A 到达最终位置，提升机停车，而容器 B 到达井底，下一次提升是容器 B 按照上述速度图运行，如此按一定规律，往返周期运行。（2） 电动机存在两种运行状态根据电动机负载情况的不同，电动机轴上的受力方向有时与容器的运动方向相反，如向上提升重物，就需要电动机发出拖动转矩，即为电动状态，我们称之为正力。有时轴上受力的方向与容器运动方向相同，如提升机下放重物，此时为了限制下放重物的速度，可采用制动状态，使电动机发出转矩的方向与重物方向相反，我们称之为负力。（3） 绕线型感应电动机转子回路串电阻交流拖动系统在减速阶段电动机的运行状态，可能有三种情况：自由滑行、负力减速、正力减速。减速时，电动机从电网断开，电动机的拖动转矩为零，系统在阻力作用下逐渐减速。负力减速。减速时，使电动机产生的力矩的方向与运动方向相反，此时电动机工作在制动状态，保证系统按照要求的减速度进行减速。正力减速，此时电动机仍处于电动状态，只不过产生的转矩小于负载转矩，以使提升系统按要求的减速度减速，避免减速度过大。（4） 加速度、减速度的限制由于提升系统存在有绳索（弹性环节） ，多数情况下还存在着减速器齿轮间隙，加速度过大，则会产生过大的机械震动应力，对机械有害。 煤矿安全规程规定，当升降人员时，加速度不得大于 0.75m/，而在主井提升中，一般根据设计规定，加、减2s速度也最好不大于 1.2m/。近年来，为了改善钢丝绳在启动、制动过程中可能出现的2s动态张力，采用变加速度控制，或称加速度变化率限制，这样就可以在加、减速阶段减小冲击，同时也可减小钢丝绳的摆动。2.32.3 提升机后备保护提升机后备保护矿井提升机本身带有一些保护装置，但由于监控方法和手段的局限性以及矿井中相对恶劣的环境，常使这些保护装置失效，人们为了增强对提升机的保护，做出了许多尝试，经理论与实践的证明，为提升机增加一套后备保护装置是提高其安全性的非常有效的方法国内外的后备保护装置产品有许多种，但其都具备以下的后备保护功能:l) 显示功能（1）提升容器位置(深度、斜坡长)显示对容器在井筒中运行位置进行动态显示。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 11 -（2）速度显示动态显示提升容器在整个过程中的瞬时速度。（3）提升次数显示自动记录显示提升机次数。2) 保护功能（1）等速段超速保护在等速段的瞬时速度超过最大提升速度时，保护仪发出声光报警信号，并发出制动信号。（2）自动减速容器到达减速点时，保护装置发出自动减速控制信号并有声光提示。（3）减速段保护在减速段对提升机瞬时速度实行包络线保护，近井口实现限速保护。（4）深度指示器失效保护深度指示器失效后，保护装置发出声光报警信号，并且在接近井口时发出制动信号。（5）卡箕斗保护当提升箕斗卡阻时发出保护控制信号，并伴有声光报警。（6）过卷保护过卷保护是矿井提升机所有保护中的最后一道安全保护，在矿井提升机前面的安全保护失灵后，过卷保护发挥作用，实施安全保护。3) 打印功能可用打印机将存入保护装置内的数据打印出来。目前国内提升机后备保护装置主要都是基于单片机、PLC(可编程控制器)或工控机为核心。用这些方法在开发装置时，其软、硬件方面都要花费相当大的人力、物力和时间，特别是国内的一些后备保护装置，人机界面不友好，功能不够完善，灵活性欠佳，可操作性不好，同时易外界环境的干扰，需要改进。 2.42.4 矿井提升机的传动方式矿井提升机的传动方式矿井提升系统是矿井生产中非常重要的环节，它的正常运行与否直接影响到矿井的产量。对于提升机传动方式的选择，必须要在满足矿井生产工艺要求即满足各种可能出现的运行速度图的前提下，对各种可能的传动方案进行技术经济比较后，选择最为合理的一种传动方式。我国在 20 世纪 5060 年代，一般采用交流传动方式。交流传动的最大优点是：技术比较简单，设备及安装费用低，占地面积小，运行维护容易。但它的最大缺点是：电气调速性能差，在减速和爬行阶段需要另外增设传动装置，如动力制动、低频传动以及晶闹管串级传动等，虽然调速性能得到了改善，然而设备投资和系统的复杂性也增加了。由于交流传动受主电动机和控制设备制造容量的限制，所以，对要求提升容量大、速度高的大型矿井，一般采用直流传动装置。我国进人 20 世纪 70 年代后，矿井的规模愈来愈大，年设计生产能力为 300w t、400w t 或 500w t，甚至更大。特别是对于一些井深 600 m 以上的矿井，要求装载容湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 12 -量大、提升速度高，箕斗容且从 12t、18t 增大到 32t，提升速度从 6m/s、8m/s 提高到14m/s，甚至还高，对于提升自动化的水平要求也愈来愈高，因此，原来的交流传动已远远不能满足需要，必须采用直流传动方式。直流传动的最大优点是：调速平滑稳定，调速范围宽，容易实现提升自动化。因为电动机的转速几乎与提升负载无关，在低速范围内也能稳定运行。负力减速时可将机械能转换为电能返回电网。它的缺点是建设投资大，基础费用高。直流传动方式又分为发电机电动机传动和晶闸管变流器电动机传动两种，两者相比，晶闸管变流器电动机传动又具有动作速度快、可靠性高、维护工作量小、故障少、运行效率高、体积小、重量轻和占地面积小等优点。它的缺点是对交流电网的无功冲击大，因而产生较大的启动压降；它的高次谐波会引起交流电网电压正弦波形的畸变，干扰其他用电设备；运行功率因数低；等等。但如对变流器采取特殊接线方式，电枢回路用两组晶闸管桥串联，采用“顺序控制”方法可以提高功率因数，特别是系统中配置无功补偿和谐波吸收装置后，将大大削弱晶闸管整流装置对交流电网的无功冲击和谐波污染，所以，晶闸管交流变流器供电的直流传动装置具有广阔的前景。20 世纪 70 年代后期，我国煤炭系统从瑞典、德国、法国、波兰等国引进了多台晶闸管变流器供电的直流提升机，其中有一批为建井期间施工用提升机。随着晶闸管变流器供电传动技术的引进和发展，国内也进行了设计和制造，并取得了良好的效果。目前晶间管元件的容量已发展到 4000 V，3000 A 以上，直流快速断路器的容量已扩展到 6000 A 以上。随着世界电力半导体技术和交流同步机传动的开发和生产，矿井提升机传动装置又向交流传动方式发展。目前我国大容量交-交变频器和交-直-交变频器供电的交流同步机传动系统已经被普遍引进，全数字化的自动化提升机已经成为当今矿井提升技术的发展方向。矿井提升机全自动化运行的实现将极大的提高系统的可靠性、运行效率，以及控制的精确性，减少人为因素的影响，使主提升系统成为具有自动判断、显示故障，自我调整运行速度，多重互锁和后备保护，实现远程监测等全自动化、智能化的控制系统。为矿山进一步实那数据采集离散化、设备控制智能化、调度操作集中化、生产管理信息化、办公管理自动化等综合自动化矿井打下坚实的基础。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 13 -第三章第三章 矿井提升机矿井提升机 PLCPLC 保护与控制系统保护与控制系统设计设计经过分析比较，权衡各种控制方案的优劣，结合提升机调速系统属于恒转矩负载特性， 最终选择 PLC 与变频器相结合的变频调速方案，其变频控制方式为：矢量变频调速控制。 此方案能够很好解决传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，变频调速是通过改变定 子供电频率来达到电机调速的目的，无论转速高低，其机械特性基本上与自然机械特性平 行，能够满足提升机特殊工作环境的要求且有着明显的节电效果；采用 PLC 对提升系统进 行保护和监控，使系统更加安全可靠。变频调速系统将是提升机电控系统的发展方向。3.13.1 矿井提升机控制系统结构矿井提升机控制系统结构3.1.13.1.1 矿井提升机控制系统组成矿井提升机控制系统组成基于 PLC 的矿井提升机变频调速控制系统由动力系统、液压系统、监控系统、安全 回路、控制核心和检测系统组成，系统框图如图 3-1 所示。 （1）动力系统 动力系统由机械和电气两部分组成。机械部分包括减速器、滚筒、制动器和底座；电 气部分包括断路器、进线电抗器、变频器、滤波器出线电抗器和拖动电机。动力系统完成 人、物、料的运输任务。变频器是拖动电机能量供给单元，主电机通过减速器向滚筒提供牵引所需的动力。（2）液压部分 液压部分包括液压站和润滑站。液压站为提升机提供制动力，停车时先通过液压站给 滚筒施加机械制动力；提升机起动时，待变频器对电机施加一定力矩后松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。 （3）控制核心 控制核心是整个提升系统的核心，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以 发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急 制动等各种控制功能。系统总结构图如图 3.1 所示：监控系统由安全回路、辅助 PLC 系统等构成。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 14 -图 3.1 系统总结构图3.1.23.1.2 速度给定方式分析速度给定方式分析目前，由于提升机使用的有两种方式：一是给定的作为时间函数的速度（v = F（t），称为特定的时间，特定速度图如图 3.2（a）显示；二是给定速度行程函数（V = F（s）行程，称为行程给定，如图 3.2 的速度（b）显示。当变频调速系统的机械特性具有足够的硬度，这两个给定的效果基本上是相同的，只有当静差率调速系统负荷波动较大，负载的波动较大时，两个给定的方法有不同的效果。为了提高系统的运行性能，最近几年在一个给定的电路增加加速度变化率限制环节，不仅限制了加速度 a，限制了加速度的导数 da /dt，为了提高系统的运行更加安全可靠，有的提升机速度行程给定和时间给定串级连接。但这种复杂的电路设计，参数的调整是不容易的，所以为了获得理想的速度曲线，需要计算机软件给定信号的速度计算。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 15 -（a）时间给定速度图 （b）行程给定速度图图 3.2 提升机给定速度图（1）时间进给方式湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 16 -对于给定的时间，我们分析以下两种情况：一是负载的波动是，如果系统静差率大，实际速度是波动的；二是提高运行的最高速度低，减速段运行时间有明显的变化。在两种情况下，在距离变化提升机减速器部分。如下面的例子说明：图 3.2(a)中的曲线所示的是全速 Vm10 m/s、减速度 a21.0 m/s、爬行速度Vp0.4 m/s 的给定速度图。在提升重物时，实际运行的速度 V19.7 m/s，实际运行的速度图如图 3.2(a)中的曲线所示。由图 3.2(a)可以看出，在减速段，实际运行的距离小于给定的速度运行 AE 图（速度偏差忽略了爬行段）。而 AE 段折合的行驶距离 h 为：h= tVVEA)(21式中 tA 点减至 E 点所需时间，t(10-9.7)/1.0=0.3 s2/ )(aVVEA则：h=（10+9.8）0.3 =2.9 m21由于减速点 A 到停车点 E 的距离是一点的，减速段距离减少 2.97m。一般爬行速度 Vp 很小，在 0.30.5m/s 之间，那么会使爬行段的运行时间增加好几秒，致使提升周期延长，提升能力降低。若为下放重物，在等速度段的实际速度大于给定速度 Vm,实际运行速度图如图3.2(b)中的曲线所示，曲线 I 为给定速度图。若实际运行时全速为 10.2m/s，则在减速段，实际上比给定速度图多运行了 CE 段。经分析 CE 段的距离为 2.02m。由于减速段多运行了 2.02m，则爬行段距离就减少了 2.02m，为了尽量缩(a) 提升重物湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 17 -（b）下放重物图 3.3 时间给定方式下的偏差分析短提升周期，一般的爬行距离只有 2 3m，如果速度控制系统的静差率再大一些，可能有停车时的速度还是很高，以至于停车时的过度的速度产生机械冲击，或停车是不准确的，甚至导致上过卷，造成不安全因素影响提升整个操作。给出了在任何情况下，无论速度大小，减速度 a 恒定的，从而形成了不同的提升速度减速曲线差别很大。如果速度图是根据最大速度最短周期条件下的设计，运行在低转速下减速段减少，将有很长一段时间的爬行距离，大大延长了上升时间。时间进给速度图，如图 3.4 所示。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 18 -图 3.4 时间给定速度图仍如上例，提升机设计速度 Vm10.0m/s，减速度 a 1.0 m/s ，爬行速度 Vp = 220.4 m/s，若按最大速度下最短周期的情况考虑，则减速点到停车点距离S = =50 m，运行时间 t10 s。222/ aVm2/aVm当提升机以5.0m/s 运行时，可以计算出减速点至爬行点的距离为：1mV S = =12.5 m22212aVVpm减速点至爬行点的时间为： = 4.5 s2112aVVttpm爬行距离： S2S- Sl37.3 m爬行时间： t4 t2S2/Vp94.1 s顶速点至停车点运行时间：tt4t198.8 s从以上结果可以看出，给定的时间上升周期大大延长最大速度较低，从而降低了提升设备的生产效率。（2）行程给出方式行程原理是根据行程原则速度给定信号，过去常常是采用汽轮板进定的方法，即凸轮板控制自理角机输出电压。目前已有不少系统采用电子线路或计算机来实现按行程原则产生速度给定信号，即首先通过轴编码器检测提升机行程，然后根据进度和预期的速度图，由电子线路或计算机产生速度给定信号。考虑行程的方式，当负荷变化时，如果系统静差率大，则在减速阶段的实际速度也是波动的，但减速距离变化很小，下面举例说明。 若给定的等速段速度 Vm10 m/s，减速度 a21.0 m/s2，爬行速度 Vp m/s，0.4 给定的速度图如图 3.4 中的曲线 I 所示。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 19 -（a）提升重物 （b）下放重物图 3.5 行程给定方式的误差分析在提升重物时，实际运行的速度图如图 3.4(a)中的曲线所示(忽略爬行阶段的速度偏差)。设定的爬行距离为 BF 段，但实际的爬行段为 DF 段，致使爬行距离增加了DB 段，若等速段的实际速度 Vc=9.8 m/s。速度偏差为 0.2 m/s。在 D 点时的实际速度为 0.4，而在给定速度图中此点的速度 Vc=0.6 m/s，速度偏差也为 0.2m/s。经计算，速度从 0.6m/s 下降到 0.4m/s 时所需的时间为 0.2s，则 DB 段距离为：h（0.4+0.6）0.2=0.1 mDB21)(21tVVBE在下放重物时，实际运行的速度图如图 3.4(b)中的曲线所示(忽略爬行段的速度偏差)。设定的爬行段为 BF，但实际的爬行段为 DF，致使爬行距离减少了 BD 段。若在等速段的速度 Vc10.2 m/s，经计算，BD 段的距离为 h0.1m。DB显然，当负载波动时爬行段的距离基本不变，由此可见，行程给定方式比时间给定方式优越。 对于行程给定方式，下面就最大运行速度变化时做一分析，并和时间方式下的控制性能比较。假设本次开车最大速度值，如果还强行按照原最大速度 Km 设计1mVmV的行程给定作为提升机的速度给定信号，则会在减速点处速度给定信号发生一个大幅值方向的跳变，这是提升机运行工艺所不容许的。因此，这里所采取的行程原则是提升机到减速点后，并不立即减速而是等待一段时间，当检测到实际减速值时，才升始减速，这就相当于根据等速段的实际速度值把减速点适当后移。将时间方式速度图和行程方式速度图作于图 3.5 中，可以看出，行程给定与时间给定相比，克服了由于最大提升速度的变化而引起的提升周期及距离变长的缺点，提高了生产效率。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 20 -图 3.6 时间方式和行程方式速度图（3）带加速度变化限制的速度给定矿井提升运行过程必须要求平稳、安全、可靠在副井提人时还应保证矿井上下人员的舒适感。梯形速度图是我国提升机运行中广泛采用的一种速度图，具有代表性的如图 3.7 所示。 图 3.7 折线形速度给定曲线折线线速度进给曲线的形状基本上能满足控制要求，但也有一些缺点：一是对电网造成有功和无功的冲击，形成负荷高峰，影响整个电力系统的正常运行；二是对提升系统机构部分产生动态冲击，增加钢丝绳摆动，对提升机运行稳定性的不利影响。传统的操作方式，因为在加减速度的速度曲线和启停存在严重的突变，极易在传动系统 产生大电流冲击，造成罐笼振动和设备故障，严重影响安全运行和设备的使用寿命，大大提高了设备的维护成本和不能满足的人体的基本要求乘坐舒适感。随着社会的发展和科技的进步，人们对机器运行的安全，高效和矿井提升机的乘坐舒适性的要求越来越高。研究表明，采用 S 形速度曲线可以有效地解决上述问题。因此，随着现代技术平台的帮助，在机器运转过程中，已逐渐用近似的矿井提升机速度曲线，并取得了良好的应用效果。本文在前人研究的基础上，提升速度图基于非对称五阶段，找到一个理想的速度曲线，提高效率，提高安全性，舒适性机器操作。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 21 -图 3.8 S 型速度给定示意图(4) 实际 S 形速度给定曲线参数校正在提升机自动运行或者对于某一恒定的运行最大速度情况下可以使用上述理想速度给定曲线 S 化方法，但在实际情况中，特别是手动操作方式下，很难保证 Vm 为常数。此外，其他一些因素，如减速点、加减速度及其变化率以及爬行点位置、爬行速度等任何变化都会引起运行曲线的变化，因而实际 S 形速度给定是以上一些因素的函数。最大运行速度是提升机运行参数中非常关键的一个参数，该参数的任何改变将直接导致运行曲线相应变化。下面就 Vm 值变化分析给出校正方案。其校正方案流程图 如图 3.9 所示：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 22 -图 3.9 校正方案算法流程（5） 采用 S 形速度图提升的主要优点采用 S 形速度图提升的优点主要有以下三个方面：1）S 形速度图，对电流的变化率进行了限制，因而可以大大减小提升机加速终了的有功冲击和无功冲击。2）采用 S 形速度图时，加速度的变化是连续的，相应的拖动力也是连续变化的，减少了钢丝绳的动应力，缓和了钢丝绳的受力情况，消除了提升系统冲击，减少了振动。3）采用 S 形速度图，可人为地将实际电流变化率限制在允许的范围内，从而在一定程度上避免了由于电流变化率过大导致可控硅元件损坏的情况发生。3.23.2 保护系统保护系统 PLCPLC 控制控制提升机操作保护系统主要完成逻辑运算控制和故障保护的两个任务，从提升系统各部分的运行状态，运行参数和操作信号，保护信号到操作系统。一方面，操作保护系统将信号与运算和逻辑运算和闭锁控制相关，最后产生控制命令，如高电压开关，快速开关，关闭，操作指令，磁场方向，体积减少，减少，安全制动释放等；另一方面，与逻辑运算和判断，故障保护信号操作保护系统的最终处理：立即制动，提高制湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 23 -动，提升终了施闸、电气制动和报警四类，送监视器显示故障类型并且控制声光报警系统报警并施间，如图 3.10 所示。由于 PLC 具有可靠性高，硬件功能的软件化，可以克服早期的继电器，模拟电子电路和不可编程数字电子电路的提升机操作保护系统线路复杂，故障点多，可靠性低，稳定性差等缺点。在现代操作保护系统机器中已被广泛应用。矿井提升机后备保护装置主要检测电机，提升和相关机构，以监测料车运行方向，速度和目标位置；反馈检测元件的传感器，利用 PLC 的强大的控制逻辑，数据处理和通信能力实现控制处理，外围驱动，为了控制目的；利用触摸屏、PLC 与组态软件的配置，操作，显示运行状态和人机交互数据等功能。图 3.10 提升机操作保护系统3.2.13.2.1 双线制提升机安全保护回路双线制提升机安全保护回路在矿井提升机中,安全回路是最为重要的。一般来说,提升机的故障处理方式有 3 种：（1）故障信号预报。例如润滑压异常、主电动机轴承过热等；湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 24 -（2）事故停车,即完成本次提升后闭锁。如开车过程中安全门打开、调零电机故障等；（3）紧急停车,即立即进行电气和机械制动,停车后系统闭锁。如两终端超速、运行错向等。安全回路应具有完善的故障监视功能,使无论是提升机还是安全回路本身出现故障时,都能确保实施安全制动。主控 PLC 与继电器线提升机安全保护电路。从保护信号机各部分的提升到立即制动，制动应用类井口。井口制动，制动和事故报警信号直接导致 PLC，PLC 将疏散显示器显示故障类型和控制的声、光报警系统的报警和制动，并立即施闸事故信号同时送入 PLC 处理，显示，报警，但也直接导致了直动回路安全，制动系统制动作用。主控 PLC 也将轴编码器信号通过软件处理笼轴位置和网上预留位置的速度，速度保护。双线原理来提高安全监控和保护系统是确保增加的安全性和可靠性的核心技术，是实现特定的故障安全优先的“冗余” 。试着坚持多元化的原则应该是基于其他控制器，以提高安全性。提升机由机械，液压，电气三个部分。复杂的系统。为了保证提升系统安全可靠，必须使用安全回路双线系统，也就是继电器回路和 PLC 控制回路的组合，如图 3.11 所示。重事故信号立即停车制动出于某种需要，如驱动电路故障，快速开关跳闸，跳闸，高提升过卷，速度等，接入中继电路。事故发生时，安全电路，液压制动作用，部分停车制动，并在同一时间，故障点的访问保护 PLC，实现软件故障监测，阻塞和声光报警；其他的机械故障，如解除制动故障时，电动气动制动故障报警，故障，然后直接由 PLC 控制保护。图 3.11 双线制提升机安全保护回路湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 25 -3.2.23.2.2 安全回路安全回路设计设计安全回路设计的好坏，决定提升机运行可靠性和安全性，本系统设计了两种安全回路， “软”安全回路和“硬”安全回路， “硬”安全回路为继电器安全回路， “软”安全回路是 PLC 构成。安全回路原理图如 3.12 所示：图 3.12 安全回路原理图3.2.33.2.3 安全回路安全回路组成组成 安全回路的保护系统由以下部分组成：（1） 主电源失压保护提升机运行时主电源失压，继电器 KA37 立即运作，断开安全回路，通过继电器直动实现“硬“保护，提升机安全制动， KA37 两常开点分别进入 PLC，实现“软”保护。（2） 主令手柄联锁湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 26 -手柄在主令停车位置，零位继电器 KA42 闭合，这时安全回路连通，当安全回路断开，直令手柄回到主令停车位置，安全回路才能够重新连接。（3） 制动手柄零位联锁当制动手柄制动施闸位置的时候，继电器 KA43 闭合，这时安全回路连通，当安全回路当安全回路，手柄必须回到停车位置，安全回路才能够重新连接。（4） 制动油压超压保护液压站油压超压时，会无法制动，超压时继电器 KA23 立即运行，断开安全回路，另外 KA23 的两路常开点分别进入 PLC 内。（5）后备保护 接受到保护信号时，KA31 立即动作断开安全回路（6）变频故障 接受到变频故障报警后，KA51 立即动作，断开回路，两路常开点分别进入 PLC内。（7）过卷保护过卷保护是提升机容器运行超过预定停车位置而没停车的现象，上过卷时 KA52动作，安全回路断开，实现制动，下过卷时 KA53 动作断开回路，实现安全制动。（8）闸瓦磨损保护 闸瓦磨损时，KA38 动作，断开回路，继电器直动回路，使提升机安全制度，KA38 两路常开点进入 PLC 内部。3.2.43.2.4 故障保护在故障保护在 PLCPLC 中的实现中的实现提升过程监视,最重要的是提升行程终端的监视，即减速段超速和过卷监视，以及等速段超速监视，实现方式多为 PLC 构成的电子式装置外加井筒开关。(1)过卷监视：过卷监视的信息源于两个方面：一是硬过卷，也就是井筒开关过卷；二是软过卷，行程控制系统是根据绞车行程脉冲计算出来的行程值和提升高度值比较，超出实际提升高度就是过卷。(2) 钢丝绳滑动监视：数字式行程控制系统可通过分别安装在主滚筒和导向轮上的轴编码器脉冲值实现相互监视。如果这两者之间的脉冲值相差超出一定范围，输出钢丝绳滑动的故障信息，同时进入电气制动状态。(3) 超速监视:在等速段，实测速度若超出最大速度 Vm 的 15，则给出等速段超速信号，并且进入电气制动；在减速段不断将实际速度和由减速行程距离计算出来的连续速度保护包络线相比较。若实际速度超出保护包络线则发出报警信号，同时进入电气制动。 (4) 轴编码器监视：轴编码器是否正常工作对整个行程控制系统的正常运行有着至关重要的作用，因此必须对轴编码器实行监视。在本系统中，主滚筒和导向轮两处湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 27 -各装一套轴编码器。如果程序检测到编码器故障信号，则发出报管并进入电气制动，最后停车检查。(5) 方向监视：当通过方向继电器设置个转向时，提升机必须按此方向运行，若提升机按相反方向运行，则侧速机的电压极性相反，从而使安全回路动作。(6)离站监视: 松闸指令发出以后，或者是制动手柄已经处于“松闸”位置，延时一定时间后，速度应达到某一预定值，否则输出故障信息并使安全回路立即动作。(7) 停车监视:在停车期间，方向继电器不带电，提升机不能运行，如果提升机由于某种原因而运转起来，则测速机输出电压信号，使安全回路立即动作。3.2.53.2.5 PLCPLC 控制液压制动系统控制液压制动系统PLC 控制器外接电路，如图 3.13 所示：图 3.13 PLC 原理图3.2.63.2.6 其它保护措施其它保护措施PLC 的故障大体上可分为 2 类：一类是偶发性故障，通常由外部因素引起，这类湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 28 -故障不会导致系统部件的损坏；另一类是永久性故障，多由内部因素引起,这类故障会导致元器件不可恢复的破坏。为了提高 PLC 工作的可靠性，应在软件设计方面采取适当的保护手段和故障诊断措施，一旦故障条件消失，即可恢复正常工作；当永久性故障出现时，能很快查出故障部位并将故障限制在局部。降低故障时 PLC 的平均修复时间。3.33.3 辅助系统辅助系统 PLCPLC 控制控制提升机辅助系统主要包括：提升信号系统、原煤装、卸载系统以及罐笼操车系统。矿井提升分主井提升和副井提升。主井主要用于提升原煤，所用提升容器称为箕斗，其辅助系统叫做装、卸载系统，包括：煤仓、给煤机、带式输送机、定量斗、溜槽、闸门、称重和位置传感器以及电控系统等；副井用于升降人员、材料、设备和矸石等，所用提升容器称为罐笼，其辅助系统叫做操车系统，包括：摇台、推车器、阻车器、井门、液压(或风压)站和位置传感器以及电控系统等。在主、副井提升系统中，信号系统用于井底、井口、提升机车房三个地方的信息联络；比如是否可以开车、是快速开车还是慢速开车、以哪一种工作方式开车等。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 29 -第四章第四章 矿井提升机矿井提升机 PLCPLC 保护与控制系统实现保护与控制系统实现4.14.1 行程控制行程控制 PLCPLC 系统设计系统设计4.1.14.1.1 提升行程控制提升行程控制 PLCPLC 硬件系统设计硬件系统设计提升机的行程控制,实质上是位置控制,保证提升容器在预定地点准确停车。如图4.1 所示：图 4.1 系统控制图4.1.24.1.2 提升行程控制提升行程控制 PLCPLC 软件系统设计软件系统设计对于其他一些需重复调用的程序块则都编制成功能块，在组织块中执行相关调用，例如：速度监视功能块、行程计算功能块、模拟量处理功能块、S 形速度给定曲线产生功能块、连续速度保护包络线产生功能块、故障监视功能块以及停车用功能块等。软件设计图如图 4.2 所示：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 30 -图 4.2 软件设计图4.24.2 辅助系统辅助系统 PLCPLC 系统技术系统技术4.2.14.2.1 PLCPLC 控制的主井提升信号和装、卸载系统控制的主井提升信号和装、卸载系统PLC 控制的提升信号及装卸载系统可明显降低设备故障率、简化操作、减轻工人劳动强度、提高生产运行的安全可靠性、最大限度的缩减装卸载的时间，使主井提升通过秒里挖潜，达到提高产量、提高效率的目的。整体系统构成如图 4.3 所示：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 31 -图 4.3 PLC 控制的主井提升信号和装、统载系统4.2.24.2.2 PLCPLC 控制变频器系统控制变频器系统变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流） 、滤波、逆变（直流变交流） 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部 IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。高压变频器的主要特点：（1）高压主回路与控制器之间为多路光纤连接，安全可靠；路模块化设计，维护简单；(2) 高电压源型变频器，直接 6KV，10KV 输入和输出，不需要输出变压器；(3) 可以满足电动机的四象限工作要求；(4) 输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因素补偿和谐波抑制装置；(5) 强大的 CPU 处理能力，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 32 -(6) 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； 监视，可以接受和输出工业标准信号等。 PLC 变频器系统如图 4.4 所示 图 4.4 变频器接线图湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） - 33 -图 4.5 变频器控制图4.2.3