1、碑科華a試針f訟夂?題 目礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計院（系）汽車工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué) 號5014學(xué)生姓名指導(dǎo)教師起訖日期設(shè)計地點濰坊科技學(xué)院近三十年來，國外電氣部分和提升機(jī)機(jī)械部分都得到了飛速的發(fā)展，而ii 兩者相互提高，相互促進(jìn)。起初的提升機(jī)是電動機(jī)通過減速器傳動卷筒的系統(tǒng)， 后來出現(xiàn)了直流電動機(jī)和直流慢速電動機(jī)懸臂安裝直接傳動的提升機(jī)。就在國外 科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)快速發(fā)展的時候，我國提升機(jī)控制系統(tǒng)很長一段時間都處于落 后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子 冋路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備和技術(shù)都比較落后。由于提升機(jī)具有結(jié)構(gòu) 緊湊、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)對

2、稱、壽命長、制動靈敏、安全可靠等特點。所以，世界 各國在化工、建材、礦山機(jī)械等基礎(chǔ)部門廣泛采用這種設(shè)備。為了提高提升機(jī)的 效率，許多國家在結(jié)構(gòu)、原理和功能上，做了改進(jìn)和發(fā)展。本設(shè)計主要完成的礦 井提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計屮運(yùn)用plc控制技術(shù)，對井口、井底、機(jī)房信號 臺進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò)。各外設(shè)控制開關(guān)和傳感器作為輸入信號，通過plc系統(tǒng)模塊的 處理后相應(yīng)的輸岀繼電器動作，控制外部被控對象，完成提升機(jī)加速、等速、減 速、爬行、制動、停車等工作過程。使用編程軟件實現(xiàn)信號的聯(lián)絡(luò)。采用plc控 制不但提高了信號傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性，而且具有極大的靈活性和擴(kuò)展性。在不 改變系統(tǒng)硬件的前提下，僅靠改變plc內(nèi)

3、部的程序就可滿足用戶要求。有效地解決 了信號系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；電控系統(tǒng)；調(diào)速系統(tǒng)；plcabstractnearly 30 years，foreign elevator mechanical part and electrical part got rapid development，and both promote each other and improve each other。at first, the hoist is motor reducer drive drum through the system, then the dc cantileve

4、r installation of slow speed motor and dc motor direct drive of elevator.on foreign science and technology by leaps and bounds development，improve mechanical and electrical control system for a long time in our country are in a backward situation.homebred elevator safety，poor reliability, wellhead s

5、lowdown in key positions - section did not form a complete set of effective speed monitoring device, in terms of hoist is still old, compared with foreign, we there is a big gap.against the status，develop a set of simple, applicable monitoring system is very necessary.due to improve machine has comp

6、act structure，smooth transmission，symmetrical structure，long service life, sensitive，safe and reliable braking, etc. so, all countries in the world based on chemical industry，building materials，mining machinery and other departments widely used this kind of equipment. in order to improve the efficie

7、ncy of the elevator, on the structure，principle and function of many countries, has made the improvement and development.this design is mainly to complete the mine hoist signal system design and configuration design.using the programming software to realize signal contact. plc control not only impro

8、ves the reliability and accuracy of signal transmission, and has great flexibility and extensibility. under the premise of without changing the system hardware，just change plc internal procedures can meet user requirements. effectively solve the long-distance transmission of the signal system and th

9、e reliability problems.control technology, the wellhead and bottom-hole，room signal station signal connection.keywords:： mine hoist； electric control system； speed governing system； plc摘要abstracti第1章緒論11.1國外礦井提升機(jī)現(xiàn)狀11.2我國礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀1第2章提升機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成32.1電控系統(tǒng)的劃分及定義32.2主回路42.3調(diào)速回路42.4安全回路82.5控制回路92.5.1信號

10、冋路92.5.2電機(jī)正反轉(zhuǎn)回路102.5.3制動回路102.5.4轉(zhuǎn)子電阻控制回路1112第3章plc控制部分設(shè)計3.1 plc的選型及特點123.2電控系統(tǒng)總體方案133.3 plc控制系統(tǒng)的組成及各部分的設(shè)計173.3.1 plc控制系統(tǒng)的組成173.3.2 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計173.4提升機(jī)plc輸入輸出分配183.4.1分配原則1919191920 21 24 333.4.2主、從plc輸入輸出分配 3.5 plc軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計3.5.1軟件結(jié)構(gòu)3.5.2結(jié)構(gòu)化梯形圖程序編制. 3.5.3系統(tǒng)程序操作3.6提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)程序i射3435ptts36第1章緒論1.1國外礦井提升機(jī)現(xiàn)狀伴

11、隨著科技的進(jìn)步以及對安全性能要求的提高，國外礦井提升機(jī)在拖動、調(diào) 速、電控等方而成績斐然。在直流拖動方而，部分發(fā)達(dá)國家原有的交流提升機(jī)己某本上被品閘管電動機(jī) (scr-d)系統(tǒng)所取代。例如：德國、瑞典等國家已有90%以上采用直流提升機(jī)， 傳動系統(tǒng)采用低速直聯(lián)式，省去了減速機(jī)。在調(diào)速方而，直流變頻調(diào)速被多數(shù)專 家認(rèn)為是大型提升機(jī)拖動的必然發(fā)展方向，其優(yōu)點眾多。如：提升機(jī)容量幾乎不 受限制，沒有整流子電刷這一薄弱環(huán)節(jié)等。但因其安裝環(huán)境受到限制。如不能在 有易爆氣體及塵埃多的場合使用。然而交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性為：調(diào)速范圍大， 精度高；調(diào)速時平滑性好，效率高；起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效

12、果明顯。此外，在國外，aeg公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升機(jī)以結(jié)構(gòu)簡單、占地少、成本 低等優(yōu)勢也逐步而向市場。1.2我國礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國的礦井提升機(jī)電控技術(shù)取得了不少的進(jìn)步，但與美國、 德國等世界發(fā)達(dá)國家相比，依然存在著很大的差距。fi前，發(fā)達(dá)國家的礦井提升 機(jī)電控技術(shù)己全而實現(xiàn)了全數(shù)字控制，而國內(nèi)絕大多礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)還是交 流申阻調(diào)速繼電器一接觸器按制，效率低下，安全隱患多，嚴(yán)重制約著我國礦山 產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，急需大規(guī)模的技術(shù)改造和更新。目前，我國提升機(jī)90%以上都是采用單機(jī)容量在1000kw以下交流異步電機(jī) 拖動，由繼電器-接觸器構(gòu)成邏輯控制裝置。其中，約70%采

13、用申電阻調(diào)速的交流 拖動方式。采用改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法，在調(diào)速屮產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大 量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差。在這幾十年，這種控制系 統(tǒng)因為元器件水平的限制，存在的缺陷主要表現(xiàn)在：使用大量接觸器、繼電器和 分離電子元件，可靠性差，故障率高；采用磁放大器作為調(diào)節(jié)控制，線性度差， 穩(wěn)定性差，調(diào)速精度難以保證；系統(tǒng)安全方面的保護(hù)不全面，工作不可靠，故障 顯示不直觀，分析查找故障難度大；這種電控系統(tǒng)起動和調(diào)速換擋過程中電流沖擊 大；屬于有級調(diào)速，調(diào)速性能差，機(jī)械沖擊大。國產(chǎn)提升機(jī)安全性、可靠性差。極 少數(shù)提升機(jī)采用串級調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。針對上述問題，進(jìn)行

14、 深入研宄來優(yōu)化提升機(jī)的控制系統(tǒng)是非常必要的。第2章提升機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成2.1電控系統(tǒng)的劃分及定義提升機(jī)電控系統(tǒng)可簡單地劃分為：控制系統(tǒng)（主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)）、調(diào)速 控制系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)、供電系統(tǒng)）、監(jiān)控系統(tǒng)（上位機(jī)、操作臺），提升機(jī)電控 系統(tǒng)構(gòu)成如圖2-1所示。圖2-1提升機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成主控系統(tǒng)是指完成對提升機(jī)由加速、等速、減速、爬行到停車運(yùn)行過程的開 關(guān)邏輯控制以及必要的保護(hù)并與其他子系統(tǒng)進(jìn)行相互交換信號來共同完成對提升 機(jī)的有效控制。輔控系統(tǒng)指各路控制回路、供電電源的接門及其輔機(jī)系統(tǒng)的控制部分。對傳 統(tǒng)的控制系統(tǒng)而言，還包括包絡(luò)線速度保護(hù)環(huán)節(jié)、測速環(huán)節(jié)、可調(diào)閘速度閉環(huán)環(huán) 節(jié)和動力（低頻）制動

15、速度環(huán)節(jié)等。調(diào)速系統(tǒng)是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，作為執(zhí)行系統(tǒng)對提升機(jī)的主拖動電機(jī) 進(jìn)行起停、加速、減速、穩(wěn)速運(yùn)行控制的系統(tǒng)。因該控制線路大致分為主回路、安全回路、測速回路、控制回路、減速階段 過速保護(hù)控制回路、動力制動控制回路和輔助回路等兒個部分，現(xiàn)分別進(jìn)行敘述 主lh路、調(diào)速|(zhì)h路、安全lh路和控制（hi路。2.2主回路主回路可以用來提供提升機(jī)電源，實現(xiàn)過流保護(hù)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及控制電機(jī)的 轉(zhuǎn)向。主回路主耍是由提升電動機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、動力制動電源裝置、加速接 觸器的常開主觸頭和安裝在操作臺上的指示電壓表、電流表構(gòu)成。地面變電所傳 送的6kv電源，一路工作，一路備用，經(jīng)高壓開關(guān)柜的隔離開關(guān)glk、

16、油開關(guān)、正 向或者是反向接觸器后到主電機(jī)的定子。在高壓開關(guān)柜內(nèi)有用于失壓或者過電流 保護(hù)的失壓脫扣線圈syq，電壓互感器yh,過流脫扣線圈gl和電流互感器lh。在 失壓脫扣線圈回路中還串聯(lián)著換向器室欄柵門閉鎖開關(guān)和緊急停車開關(guān)。當(dāng)有人 員進(jìn)入高壓換向器房間時欄柵門閉鎖開關(guān)起到安全閉鎖的作用。在電流互感器回 路中串入三相電流繼電器，其有三個電流線圈，用來反映啟動過程中電動機(jī)定子 電流發(fā)生的變化，與繼電器lsj10sj互相配合，一同來調(diào)節(jié)啟動過程中的速度， 用以來實現(xiàn)以電流為主、時間為輔的自動啟動過程。電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路接有外加加速晶閘管及金屬電阻，用來獲得不同的人工特性。2.3調(diào)速回路提升機(jī)的主電動

17、機(jī)采用繞線型異步電動機(jī)，由于便于進(jìn)行動和調(diào)速，則向 轉(zhuǎn)子繞組回路接入電阻。根據(jù)我國h前的國情，按照可靠性系統(tǒng)的原理，對h前 的電控系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，同時對系統(tǒng)進(jìn)行局部的完善和修改，并且盡量使用 國內(nèi)、國外的現(xiàn)金和新的技術(shù)成果，來形成一套比較完整的改造方案及使用的可 以換代的產(chǎn)品。考慮到h前的經(jīng)濟(jì)狀況，采用plc系統(tǒng)取代原有的繼電器邏輯控 制電路，對繞線異步電機(jī)串電阻的調(diào)速系統(tǒng)的電路進(jìn)行進(jìn)一步的改善，防止內(nèi)外 部對控制系統(tǒng)的干擾。讓提升機(jī)電控系統(tǒng)的速度圖達(dá)到如圖2-2所示的理想狀態(tài)。60/0-5)/p (2.1)從上式可見，改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn) 速的h的。從

18、調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn) 速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。礦井提升機(jī)是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。為確保有足夠的拉力，串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn) 矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是指電機(jī)高速、低速時輸出轉(zhuǎn)矩一樣大，即高速時輸出功率 大，低速時輸出功率小。恒轉(zhuǎn)矩的持點是，不管電機(jī)的轉(zhuǎn)速快還是慢，其轉(zhuǎn)矩不 變。從調(diào)速時的能耗來看，有高效調(diào)速與低效調(diào)速兩種方法：高效調(diào)速的轉(zhuǎn)差率 不發(fā)生變化，因此沒有轉(zhuǎn)差損耗，如變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法。 低效調(diào)速是有轉(zhuǎn)差損耗的方法，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中； 一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小 的。繞線式異步電

19、動機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)在較 低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制 方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。變 頻調(diào)速主電路如圖2-3所示。圖2-3變頻調(diào)速主電路2.4安全回路安全回路用于防止和避免提升機(jī)發(fā)生意外事故。安全回路中申有很多保護(hù)觸 頭，當(dāng)提升機(jī)工作不正常時，其中任一個觸頭打開，就產(chǎn)生安全制動。主要包括通過軟件和硬件設(shè)置的有關(guān)提升機(jī)連鎖保護(hù)的各種重故障點，發(fā)生 重故障時，具有對故障種類記憶功能。排除故障后，用故障復(fù)位按鈕復(fù)位，安全保護(hù)由以下兒部分組成：1）主令控制器手柄零位聯(lián)鎖當(dāng)主令手柄處于中間零

20、位時，零位繼電器閉合可以使安全回路接通。當(dāng)安全回路斷開后，主令手柄必須歸零，安全lh路會重新接通。2）工作閘制動手柄聯(lián)鎖限位開關(guān)當(dāng)工作閘手柄在全抱閘位置吋，其限位開關(guān)的常開觸點閉合，安全冋路才可 以接通。3）測速斷線保護(hù)當(dāng)主測速機(jī)損壞或斷線時，plc判斷后實現(xiàn)安全保護(hù)功能。4）高壓掉電保護(hù)當(dāng)高壓開關(guān)柜合閘時fk觸點閉合。當(dāng)由于短路、過負(fù)荷、欠壓、失壓、司機(jī)人為緊急停車等原因而掉電時，斷開安全回路。5）制動油壓高保護(hù)液壓制動油壓超過要求時，電接點壓力表上觸點閉合，相應(yīng)繼電器得電后斷開安全回路。6）錯向保護(hù)當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行方向與預(yù)選方向不同時，plc判斷后安全回路斷開。7）等速超速當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行速度超過

21、最大速度的15%時，plc判斷后斷開安全回路。8）plc輸出安全制動繼電器當(dāng)plc判斷系統(tǒng)發(fā)生重故障時（plc內(nèi)安全回路斷開時），相應(yīng)繼電器失電，安全回路斷開。9）減速過速保護(hù)減速過程屮，若提升機(jī)運(yùn)行超速，安全回路斷開。10）過卷開關(guān)過卷開關(guān)分別裝在深度指示器和井架上，當(dāng)提升容器超出正常停車位0.5米時，相應(yīng)的過卷開關(guān)動作，安全回路斷開。11）過卷復(fù)位開關(guān)當(dāng)提升容器過卷后，若繼續(xù)開車，應(yīng)根據(jù)容器的過卷方向選擇過卷復(fù)位幵關(guān) 的位罝，安全回路方能重新接通，提升機(jī)只能向過卷的反方向開車。待過卷故障 解除后，過卷復(fù)位開關(guān)重新扳回工作位置。另外還有斷軸保護(hù)、彈簧疲勞，閘沉磨損開關(guān)、松繩保護(hù)、制動電源保護(hù)

22、、 調(diào)繩聯(lián)鎖等保護(hù)。安全回路部分程序如圖安全回路程序（一）5-6、安全回路程序（二）5-7所示。"井架上過 卷保護(hù)nm"井絮下過 卷保護(hù)"m"編碼上過 卷保護(hù)"-h/h-"編碼下過 卷保護(hù)"w"綜合過卷lb-rr圖5-6安全回路程序（一）"主測速機(jī)ff主側(cè)速機(jī)編碼貉比較"包絡(luò)線超"編碼貉等等逨過速"rr速"逨過逨" "2n/s過逨ff k錯向保護(hù)""逨度故，h/i1/11/11/11/11/1（m圖5-7安全回路程序（二）2.

23、5控制回路采用單相220v交流電源，用一接觸器的常開觸頭來控制電源的通斷。安全接 觸器的線圈和加速接觸器都設(shè)罝和交流電源，這可以用來保證某導(dǎo)線或者節(jié)點絕 緣損壞對地短路時，安全接觸器會立刻斷電，從而能進(jìn)行安全制動。時間繼電器 均采用直流220v電壓。控制回路包括動力制動接觸器回路、信號回路、電機(jī)正反 轉(zhuǎn)1h路、低頻制動接觸器|hj路、轉(zhuǎn)子電阻控制|hj路。2.5.1信號回路提升機(jī)的信號主要來自光電編碼器、井筒磁開關(guān)、深度指示。光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或 數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。深度指示器起到指示提升機(jī)容器在井筒中的位置、發(fā)出減速信號及在過

24、卷時， 切斷電源并安全制動的作用。卯筒磁開關(guān)用于對位置信號進(jìn)行校正。兩個提升容器上分別安裝上磁鐵，磁 開關(guān)安裝在井筒接近減速區(qū)的位置。當(dāng)兩個容器向上運(yùn)動通過各自井筒的磁開關(guān) 時，會產(chǎn)生深度指示信號，此時可以對脈沖計數(shù)值各進(jìn)行一次校正，使減速階段 的計數(shù)值更加可靠及準(zhǔn)確。通過軟件編程，plc將計數(shù)值同預(yù)置值進(jìn)行比較，從而設(shè)置各種位置點，如： 減速點、二級制動解除點、精針投入點、2m/s限速點、各水平停車點等。在提升 機(jī)的運(yùn)行過程中，plc發(fā)出不同的位置信號，并根據(jù)提升工藝完成相應(yīng)的操作控制。2.5.2電機(jī)正反轉(zhuǎn)回路電機(jī)正反轉(zhuǎn)回路是由線路接觸器線圈各保護(hù)元件的接點、接觸器線圈和方向 繼電器接點以及

25、主令控制器觸頭組成，用來接通或者斷開提升機(jī)的電源，并且可 以改變其旋轉(zhuǎn)的方向，實現(xiàn)自動運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)回路包括手動換向回路和自動 換向回路。在本電控線路中，自動換向回路不能進(jìn)行自動啟動和自動換向，只能 使正反轉(zhuǎn)接觸器在停車位置時斷掉電源，并且防止人員因操作錯誤造成的事故。 自動換向回路中，有兩個方向繼電器，其安裝在井架上的終點開關(guān)控制。當(dāng)提升 機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時，容器發(fā)生碰撞，則其常閉觸頭就會打開，常開觸頭就會閉合。 手動回路中，常開觸頭則閉合，提升機(jī)只能進(jìn)行正轉(zhuǎn)，同時實現(xiàn)閉鎖。反方向運(yùn) 行時，情況相同。無論正反轉(zhuǎn)時，即使司機(jī)誤操作也保證不會發(fā)生事故。2.5.3制動回路制動回路主要包括可調(diào)閘控制

26、以及二級制動控制。在通常狀態(tài)可調(diào)閘控制用于調(diào)整制動器的制動力并保證司機(jī)根據(jù)需要進(jìn) 行調(diào)整工作制動油壓，以達(dá)到對提升機(jī)的速度進(jìn)行控制的目的。當(dāng)提升機(jī)容器處 在減速階段時，可調(diào)閘限速控制為了保證提升機(jī)安全減速的fi的會自動投入。可 調(diào)閘控制主要有w部分組成：一是可調(diào)閘邏輯控制，確定是否敞閘；二是可調(diào)閘 油壓控制，確定敞閘大小。二級制動指當(dāng)?shù)V井提升機(jī)發(fā)生故障時進(jìn)行緊急制動，那么制動油壓便會很快 降到先前設(shè)定的某一數(shù)值，經(jīng)過時間延遲后，制動器油壓會很快回到零，使提升 機(jī)系統(tǒng)全面處于制動的狀態(tài)，即所謂的停車。當(dāng)提升機(jī)容器靠近井口或者井底的 某一位置的時候，如果發(fā)生了安全故障或者事故，提升機(jī)只能進(jìn)行一級制

27、動，制 動器的油壓快速的回到零，提升機(jī)系統(tǒng)馬上處于停車狀態(tài)。消除二級制動是根據(jù) 提升機(jī)容器的位置面設(shè)定的。二級制動解除距離可通過調(diào)整井筒開關(guān)位置面定。 2.5.4轉(zhuǎn)子電阻控制回路轉(zhuǎn)子控制回路由三相電流繼電器，時間繼電器，屮間繼電器，主令控制器觸 尖等組成。電流繼電器有三個電流線圈，用來反映定子電流在啟動過程中的變化， 其常開接點和時間繼電器相互配合，共同來調(diào)節(jié)啟動過程的速度，用來實現(xiàn)以附 加時間校正為原則的自動（或手動）控制。在預(yù)備級電阻上的定子電流很小，繼 電器不發(fā)生動作，因此，切除預(yù)備級電阻是按時間為原則進(jìn)行的。在加速階段受 受到主令控制器觸頭和時間繼電器的觸尖的控制，并且可以完成以電流為

28、主附帶 著延時和人工控制的加速過程。回路屮還有常開觸尖，這些觸頭起到閉鎖的作用， 來完成順序切除電阻。當(dāng)電動機(jī)進(jìn)行減速時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子中會依次加入電阻，就 會使電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，此時就會得到減速度。1s10s為時間繼電器，用來控 制加速接觸器1zjlozj的延時，電流繼電器常開觸尖控制著時間繼電器，在啟動 的過程當(dāng)中，只有當(dāng)這些啟動電流下降到釋放值和電流繼電器整定時的數(shù)值時其 觸尖才會打開，延時繼電器才會斷幵，如果電流沒有下降到規(guī)定的釋放值時，那 么電流繼電器的觸頭仍然會處于閉合狀態(tài)，則相應(yīng)的加速接觸器就沒有辦法切除 掉電阻，因此避免了由于提前切換電阻而造成的啟動電流太大的情況，由于延時 繼電器

29、是直流繼電器，故將交流電源經(jīng)鐵磁穩(wěn)壓器后再經(jīng)橋式整流器整流，并經(jīng) 電容濾波后再接至各延時電器回路。第3章plc控制部分設(shè)計3.1 plc的選型及特點合理選擇plc產(chǎn)品，對于提高plc控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。機(jī) 型的選擇主要是指在功能上如何滿足bi己的需要，而不浪費(fèi)機(jī)器容量。plc的選擇 主要包括機(jī)型選擇、容量選擇、輸入輸出模塊選擇、電源模塊選擇等幾個方面。三菱fx2n系列是plc屮fx家族屮最先進(jìn)的系列。fx2n系列有如下優(yōu)點：程式 執(zhí)行更快、滿足單個需要的大量特殊功能模塊、適合世界各國不同的電源、全面 補(bǔ)充了通信功能和最大范圍的包容標(biāo)準(zhǔn)特點，因此它可以為提升機(jī)電控系統(tǒng)提供 最人的

30、控制能力以及靈活性。除了具有人量可以滿足特殊要求的特殊功能模塊外，六個基本fx2n單元屮的 每一個單元可擴(kuò)充到2561/0。控制點數(shù)從16至256點（主單元：1/48/680/128）。高速運(yùn)算：基本指令:0.08us/指令；應(yīng)用指令：1.52至幾百us/指令。突出的寄存器容景：fx2n系列包括8kb內(nèi)置ram寄存器，用一個寄存器盒可擴(kuò)充到16kb ram或 eeprom。所以本系統(tǒng)plc選用三菱fx2n。plc的基本機(jī)構(gòu)如圖3-1所示。plc主機(jī) 電源外a接門中央#理單元ffxi刪倍號系熳用戶檸#圖3-1 plc的基本結(jié)構(gòu)3.2電控系統(tǒng)總體方案采用可編程控制器（plc）、專有的電子模塊和先進(jìn)

31、的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，對提開 系統(tǒng)的操作進(jìn)行控制，對異步電動機(jī)或者交流繞線式提升機(jī)的啟動、加速、等速、 爬行、減速、停車和換向進(jìn)行控制，同時具有對提升機(jī)的電氣聯(lián)鎖和保護(hù)，有所 要求的各種功能。plc電控系統(tǒng)圖如圖3-2所示，系統(tǒng)框圖如3-3所示及控制系統(tǒng) 的接線圖如圖3-4所示。380vac380vac6kv紐膽柜船編絨nnu井負(fù)升關(guān)圖3-2 plc控制電控系統(tǒng)圖300i1 000網(wǎng)格馓合acm!pirvvvf拽作臺旋轉(zhuǎn)編pi器減-ii器卷訶圖3-3控制系統(tǒng)框圖液壓沾comoac220vkm1 fr 30b-30c旋轉(zhuǎn)編碼器停止啟動過載過卷松繩正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)點動反轉(zhuǎn)點動復(fù)位工頻變頻熱繼電器保護(hù)x0x1

32、x2x3x4y1y2y3com14 5 6 y y yfxz18mrgl5 6 7 xxx211511x12onc1xy12y13y_n_r ckm2km3k5k6k7k8vout變fx2n-2da iout頻com器圖3-4 plc控制系統(tǒng)接線圖變頻器通電變頻工頻正轉(zhuǎn)繼電器反轉(zhuǎn)繼電器速度繼電器加速時間繼電器減速時間繼電器故障繼電器復(fù)位繼電器制動繼電器3.3 plc控制系統(tǒng)的組成及各部分的設(shè)計3.3.1 plc控制系統(tǒng)的組成plc控制系統(tǒng)主要有主控柜、加速接觸器柜、高壓換向柜、制動電源柜等部 分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示。操作臺y可編程序控制器(plc)aa檢測倌號高壓換向器加速接觸器制動

33、電源柜可調(diào)閘制動av提升機(jī)電動機(jī)圖3-5控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3.2 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計1) 主控柜通過plc控制各接觸器、繼電器的觸點實現(xiàn)控制。各外設(shè)控制開關(guān)或傳感器 作為輸入信號，接plc的輸入端子，其信號的工作狀態(tài)被plc調(diào)用，經(jīng)邏輯、時 序、微分、積分、比較、計數(shù)等程序處理后，plc相應(yīng)的輸出繼電器動作，控制 安令繼電器，信號回路、加速接觸器高壓換向器等外部被控對象動作，完成提升機(jī)的加速等速、減速、爬行、制動、停車、保護(hù)、信號、顯示等工作過程。2) 加速接觸器本電控系統(tǒng)中采用真空接觸器作為切換元件，具有體積小，維護(hù)量小，控制 可靠的優(yōu)勢，提高了整個系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。真空接觸器控制原理：

34、真空接觸器采用高電壓大電流吸合，低電壓小電流維 持的工作方式，該接觸器的控制是采用切換控制電壓的方式達(dá)到上述的目的，吸 合時因2、3被常閉觸頭短路，故220v直流整流后加到線圈兩端，產(chǎn)生大的吸力 使接觸器km吸合，其常閉觸頭打開，切斷220v電壓，電源濾波回路在220v作 用期間是不投入的，接觸器吸合后，電容接通接入電路。my-31/300v為壓敏電阻， 吸收線圈產(chǎn)生的過電壓，電容為消弧電容，且保證電流不中斷，其控制原理圖如 下圖3-6所示3）高壓換向柜本換向柜主要由真空接觸器構(gòu)成，動力制動切換采用多斷點小電流切換技術(shù)。 很好的解決了用真空接觸器切斷直流的問題。高壓換向回路：由主控柜送來的控制

35、電壓，如果是錯誤!未找到引用源。接觸 器控制電壓，此吋若錯誤!未找到引用源。未吸合，則錯誤!未找到引用源。和zfd 得電，錯誤!未找到引用源。吸合，錯誤!未找到引用源。吸合，高壓電源經(jīng)錯誤! 未找到引用源。和錯誤!未找到引用源。加到主電動機(jī)上，使電動機(jī)正轉(zhuǎn)。反之， 則高壓電源經(jīng)由錯誤!未找到引用源。和錯誤!未找到引用源。加到主電機(jī)上，使得 電動機(jī)反轉(zhuǎn)。在正反向接觸器之間既有電器閉鎖的，又奮機(jī)械閉鎖，確保任何吋候只能有一個接觸器吸合，避免造成相間短路。4）制動電源電控系統(tǒng)動力制動電源采用結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良的單相橋式半控整流電 路，主回路直接接到380v電源上經(jīng)單相橋式整流后輸出，交流側(cè)采用整流式

36、阻容 吸收過電壓保護(hù)電路，每個元件上設(shè)有過電壓保護(hù)裝置。另外還有兩只快速熔斷器，串在電流輸入ihj路中，做短路保護(hù)。3.4提升機(jī)plc輸入輸出分配3.4.1分配原則重要輸入信號（如松繩開關(guān)、過卷開關(guān)等）直接送入主令柜plc的輸入模塊 或通過繼電器轉(zhuǎn)換后（如井筒磁殲關(guān)信號）送入主令柜plc的輸入模塊，主plc 的中央處理器（cpu）在接受這些信號后，會根據(jù)系統(tǒng)的情況及操作指令對其進(jìn)行 運(yùn)算、控制，給出開關(guān)信號的繼電器輸山或模擬量信號的輸出，這些不同的輸出 信號再分別控制不同的設(shè)備，如液壓站、潤滑站等。采用就近原則，如操作臺的按鈕、開關(guān)等直接進(jìn)入從plc進(jìn)行控制；兩個光電編碼器分別進(jìn)入主plc、從

37、plcfm350高速計算模塊，對每一套編碼 器分別計數(shù)，并通過軟件比較兩套fm350之間的計數(shù)值，形成互為監(jiān)視。若程序檢測到編碼器故障信號，發(fā)出報警并進(jìn)入電氣制動停車。3.4.2主、從plc輸入輸出分配（見附錄1）3.5 plc軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計3.5.1軟件結(jié)構(gòu)可編程控制器運(yùn)用的主要編程方法冇：語句表（stl）和梯形圖（lad）。為了對復(fù) 雜的軟件進(jìn)行有效的控制，我們采取了程序結(jié)構(gòu)化的編程方式。程序結(jié)構(gòu)化編程 是把整體分成單獨(dú)的部分，單獨(dú)進(jìn)行編程以及處理的編程方式。plc執(zhí)行程序吋， 反復(fù)的進(jìn)行輸入、運(yùn)算、輸出的循環(huán)處理。提升機(jī)電控系統(tǒng)程序框圖如圖3-7所示：圖3-7提升機(jī)電控系統(tǒng)程序框圖3.5

38、.2結(jié)構(gòu)化梯形圖程序編制根據(jù)附錄2所敘述的plc與各繼電器的對應(yīng)關(guān)系，將繼電器電路圖“翻譯” 成對應(yīng)的“準(zhǔn)梯形圖”，再根據(jù)梯形圖的編程規(guī)則將“準(zhǔn)梯形圖”轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)合理 的梯形圖。0b1梯形圖功能：主調(diào)程序fcocontrol counter module fm350cntctrlfc1read diagnostic datadiagjnffc2安全保護(hù)ac_circuitfc3輔助回路、換相回路relay circuitfc4加速回路、低頻回路rotor一circuitfc5讀編碼器、深度計算read fm350fc6測速回路v_relay_circuitfc7可調(diào)閘輸入ai_readfc8編

39、碼器行程保護(hù)soft一relayfc9可調(diào)閘閉環(huán)soft_vgfc10可調(diào)閘輸出ao_out3.5.3系統(tǒng)程序操作在半自動工作方式下，當(dāng)信號工發(fā)過開車信號后，plc根據(jù)上次開車的狀態(tài) 自動確定本次開車的方向，完成方向選擇（正向還是反向）。司機(jī)根據(jù)選定的方 向控制主令手柄的位置或開車方向按鈕，確定開車方向，提升機(jī)敞閘、自動加速 和等速運(yùn)行。當(dāng)提升容器運(yùn)行到減速點時，井筒開關(guān)、從光電軸編碼器來的位置信號（兩 路）同時發(fā)出減速信號。這三重減速點確保提升機(jī)可靠的減速，增加了系統(tǒng)的安全可靠性程度。根據(jù)給定的速度閣，提升機(jī)減速、爬行后準(zhǔn)確停車。1）輔機(jī)起動輔機(jī)起動程序主要用于控制潤滑油泵的起動、液壓油泵的

40、起動、動力制動裝罝以及冷卻風(fēng)機(jī)等裝罝的啟動等。各輔機(jī)起動完畢后，作為開車準(zhǔn)備的一個條件。2）開車準(zhǔn)備該程序判斷正常開車的條件是否已經(jīng)具備，其中包括：操作電源是否閉合、 輔機(jī)是否起動、主令手柄和制動手柄是否在零位、上次提升過程中有無影響木次 開車的一次提升故障（如制動油溫過高、潤滑油溫過高、潤滑油壓力過高或過低 等）、動力制動電源是否合上等等。當(dāng)上述條件均正常后發(fā)出開車準(zhǔn)備就緒信號, 該開車準(zhǔn)備就緒信號作為安全回路接通的一個條件。3）安全回路主要包括通過硬件和軟件設(shè)罝的有關(guān)提升機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)的各種重故障點。發(fā)生重故障時，只有對故障種類記憶功能。排除故障后，用故障復(fù)位按鈕復(fù)位。4）系統(tǒng)的保護(hù)及聯(lián)鎖安全

41、制動時首先切除電動機(jī)主回路電源，進(jìn)行必要的電氣制動，工作閘繼電 器及制動油泵等控制回路斷電，安全制動閥斷電，實現(xiàn)提升機(jī)制動。提升機(jī)正反向高壓真空換向接觸器具有機(jī)械和電氣聯(lián)鎖。電氣聯(lián)鎖是通過反 向真空接觸器線圈回路中串接正向真空接觸器常閉觸點或者在正向真空接觸器線 圈回路中串接了反向真空接觸器常閉觸點來實現(xiàn)的，保證了在一個方向的接觸器 接通時，而另外方向的接觸器不能得電。同樣，機(jī)械聯(lián)鎖裝置也保證了兩個真空換向接觸器不能同時得電。當(dāng)提升過程中發(fā)生潤滑油壓力過高、過低；潤滑站濾油器油溫過高或者堵塞; 液壓站濾油器油溫高或堵塞等輕故障時，系統(tǒng)同意木次提升完畢。當(dāng)故障解除后 才能進(jìn)行下次動作。當(dāng)提升機(jī)由

42、于故障而造成的中途停車使提升容器處于減速時，排除故障點后 可以按上次所選擇的方向運(yùn)動，并且只能以低的速度幵車；如果容器不在減速段 并且系統(tǒng)處于正常時，卯口發(fā)開車信號后，允許司機(jī)高速運(yùn)行。停電時，提升機(jī)的二級制動及后備保護(hù)由plc來完成。5）方向選擇方向選擇程序框圖如圖3-8所示：辦白動詵向持制m 結(jié) 屯圖3-8方向選擇程序框圖方向選擇程序的主要作用是確定木次開車的預(yù)選方向。提升方向的選擇以主提升容器（西勾罐籠）運(yùn)行方向為準(zhǔn)，主提升容器（西勾罐籠）向上運(yùn)行為正向 向下運(yùn)行為反向。就該提升機(jī)控制工藝來講，方向選擇有以下兩種形式： 手動選向：提升容器停在中間位置時需開車時司機(jī)人為手動選擇方向。自動選

43、向：升容器停在停車點位罝時控制系統(tǒng)自動確定下次開車方向。6）開車方向提升機(jī)的起動和運(yùn)行操作由開車方向決定。在幵車方向回路中包含有如下聯(lián) 鎖（以正向開車為例）：安全1h路吸合；上次開車沒有上過卷；方向選擇為正向; 信號工己發(fā)出信號，且系統(tǒng)同意接收開車信號；各輔機(jī)己啟動；司機(jī)將主令手柄 推向正向開車位置；其它各種聯(lián)鎖正常。開車方向程序塊框閣如閣3-9所示:圖3-9開車方向程序塊框圖3.6提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)程序因此需要做消因為繼電器工作于高壓狀態(tài)，觸點閉合時會有高壓電弧產(chǎn)生, 弧處理，串電阻調(diào)速消弧處理程序如圖3-10所示：2509y021鵬十級軒電阻y020stmr t30 k1 切除第10 級電腿

44、時鵬 10sjy017軒電阻s1mr 129 k2 憾第磔 電醐m2629sjt016軒電阻stmr t28 k3 切険第8級 電甌時m2588sjy015轉(zhuǎn)子電阻she127 k6 切險第7級 噓延時m2547sjy014si轉(zhuǎn)千電昭y013«s轉(zhuǎn)子電爼stje126k10切除第磔 噓延時m2506sjsue 125k13鵬5級 電醐m2465sjy012贓級 轉(zhuǎn)子電姐si1 124k15m242切陵第4級4sj電匯時123k25鵬第3級 電匯時122k20鵬第2級 電匯時1.12383sj112342sj圖3-10串電阻調(diào)速消弧程序121k10鵬1級 電腿時112301sj閣3-

45、11為串電阻調(diào)速程序:9l電厶口oj71vj動oy01ft?9l-ny-* 二電 ny ral除子181沏示 p切轉(zhuǎn) ，切指級阻 111 電 陵子 切轉(zhuǎn)睹主第-k09l-ki切渙噓指示27762789m320y017繼電器合x014y016溢吸切除i七t轉(zhuǎn)千電昭-(y017 切除八級 轉(zhuǎn)千電昭280111320y020醐轉(zhuǎn)子.t01t 1262h醜八級時轉(zhuǎn)子輔7020 除九級 轉(zhuǎn)子艦cu9.u娜jlci加繼厶口-n-oj - va輸流電su總結(jié)畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)教育的最后一環(huán)，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行實踐 的重要環(huán)節(jié)，是檢驗學(xué)生將理論應(yīng)用到實際中的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能 力，創(chuàng)造能力

46、，新技術(shù)、新工藝、新材料、新界件的應(yīng)用能力，以及實際動手能 力。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我了解了井下提升機(jī)的系統(tǒng)工作原理，熟悉了井下提 升機(jī)plc系統(tǒng)的設(shè)計步驟，鍛煉了我的實際動手能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計能力。 此次設(shè)計是對我所學(xué)專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識的一次實際檢驗和加深，同時也是 即將走向工作崗位前的一次熱身。由于作者理論水平和工作經(jīng)驗有限，文章一定存在著缺點和不足，懇請各位 老師、同學(xué)批評指正。這次的畢業(yè)設(shè)計收獲很多，例如學(xué)會了獨(dú)立的進(jìn)行資料查詢，掌握了如何高 效的使用各種參考書籍和專業(yè)網(wǎng)站，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得都是前人不懈努 力的結(jié)果.此次畢業(yè)設(shè)計也暴露了我自己專業(yè)基礎(chǔ)知識的不足之處。例

47、如缺乏綜合應(yīng)用 專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實踐是對我三年所學(xué)專業(yè)知識的一 次大檢閱，使我明白自己的知識還很淺薄，在即將畢業(yè)的同時也明白了人生的學(xué) 習(xí)才剛剛開始，以后更應(yīng)該在工作中努力學(xué)習(xí)加強(qiáng)自己的能力。致謝衷心感謝我的導(dǎo)師*老師，本文的設(shè)計工作是在老師的悉心指導(dǎo)和精心教誨 下完成的。從論文選題、方案制定、理論分心到最后完稿，老師付出了大量的心 血和汗水。老師科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和對我的諄諄教導(dǎo)，就是一盞明燈，照亮我 前進(jìn)的方向，讓我在學(xué)習(xí)生活屮都受益匪淺。值此論文完成之際，向您致以最深 的感謝。同時也要感謝在設(shè)計中幫助過我的老師和同學(xué)，是他們幫我清除了設(shè)計中的 遇到的障礙。在此我要

48、表示十分的感謝。以后在社會上我一定努力工作，不辜負(fù) 他們給予我的知識和對我的寄予的厚望。最后，感謝百忙中抽出時間對我的論文進(jìn)行評審的專家教授，對他們的付出 表示深深的謝意！參考文獻(xiàn)1 陳維健.礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備.中國礦業(yè)大學(xué)出版社.20012 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社.20033 梁森.自動檢測技術(shù)及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2006.4 來清民.傳感器與單片機(jī)接口及實例.北京航空航天大學(xué)出版社.20045 王志宏.單片機(jī)與pc機(jī)的串口通訊.現(xiàn)代電子技術(shù).2000年第119期.6 correa,j.m.,hutto, e.d., a fuzzy-controlled pulse d

49、ensity modulation strategy for a series resonant inverter,with wide load rangec,power electronics specialist conference,2003.pesc 03,2003 ieee 34th,annual.vol4,15-19june2003,1650-16557 王向陽，陳超偉.基于工控機(jī)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng).屮州煤炭.2008年第5期:第24頁.8 benjamin c.kuo. automatic control system j. prentice-hall, lnc.1975.9

50、楊興瑤.電動機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng)m.水利電力出版社，2004.10 盧燕.礦井提升機(jī)電力拖動與控制m.北京：冶金工業(yè)出版社,2001.11 陳立定.電氣按制與可編程序按制器的原理及應(yīng)用m.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2004.12 李向東.電氣控制與plc.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.213 陳建明.電氣控制與plc應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006.814 李長久.plc原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.915 廖常初主編.plc基礎(chǔ)及應(yīng)用.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008附錄附錄1提升機(jī)plc輸入輸出分配主plc輸入輸出分配如表:模板序號端口序號作用地址號cpu313c16di/16d0di+odi20上-級制動解除1124.0dt21下二級制動解除t124. 1d122減速點1124.2di23備用1124. 3dt24斷軸檢測開點t124.4di25斷軸檢測閉點1124.5d126開車信號1124.6dt27輕故障1124. 7cpu313c16di/16d0di+1di30安全回路1125.0d131轉(zhuǎn)子控制檢測1125. 1di32備用1125.2dt33油壓過高t125. 3d134閘瓦磨損1125.4d135備用1125. 5d136松繩保護(hù)1125.6d137備用1125