1、XXX學院礦業學院畢業設計摘要本文主要設計了礦井提升機的變頻調速系統以及PLC控制系統。通過對礦井提升機調速系統要求的分析，說明了采用變頻調速的重要性。在對各種變頻調速方法的分析比較后，選擇采用交流變頻調速，然后選擇變頻器的類型，并按調速系統要求設計了變頻器的外部電路。通過對其電控系統各類故障處理的要求，選擇采用可編程控制器（PLC），并對可編程控制器進行選型。考慮到實際生產中可能出現的問題，合理的設計可編程控制器（PLC）的外部電路，并在此基礎上對可編程控制器（PLC）程序做出初步的設計方案，為了保證可編程控制器（PLC）的可靠工作，將其系統抗干擾措施也設計在內。可編程控制器采用PLC，能夠

2、時時檢測礦井提升機的安全性能，反饋給控制設備。減少了傳統繼電器接觸式控制系統的中間環節，減少了硬件和控制線，提高了形同的穩定性和可靠性。變頻調速是利用改變被控對象的電源頻率，成功實現了交流電動機大范圍的無級平滑調速。采用該控制系統，使提升機工作可靠，使用方便，同時具有動態顯示的功能，節能效果明顯。關鍵詞：礦井提升機 變頻調速 變頻器 PLC Abstract This article mainly designs the variable frequency speed control system and PLC control system of mine hoist. Based on

3、the mine hoist control system requirements analysis, illustrates the importance of using variable frequency speed regulation. In a variety of frequency conversion speed regulation method of analysis and comparison, selection using AC frequency converter, and then select the types of frequency conver

4、ters, and according to the speed control system is designed the external circuit of frequency converter. The electric control system of various fault handling requirements, selection by using the programmable controller (PLC), and the programmable controller type. Considering the practical productio

5、n problems that may arise, the rational design of programmable controller (PLC) of the external circuit, and based on the programmable controller (PLC) program to make the preliminary design, to ensure that the programmable controller (PLC) for the reliable operation of the system, the anti interfer

6、ence measures are designed. This paper is only a preliminary theoretical design, is not applied in practice, applied in practice before it must be verified in practice.Keywords：Mine Hois Variable Frequency Speed Regulation Frequency Converter PLCI目 錄摘要IAbstractII第1章 概況11.1礦井提升方式與生產工藝11.2 變頻提升機在礦山生產中

7、應用4第2章 提升主要機械設備選擇62.1提升容器選擇62.2鋼絲繩選擇82.3提升機、天輪選擇92.4電動機選擇10第3章 提升速度圖確定113.1提升機與井筒的相對位置計算113.2提升速度圖的計算13第4章 提升系統動力學計算154.1提升系統運動部分變位質量計算154.2提升系統力圖計算154.3電動機容量校驗184.4提升機電耗計算194.5核算提升能力20第5章 變頻電控系統控制硬件設計205.1變頻器選擇205.2 PLC選擇235.3交流/直流電抗器選擇285.4低壓電器選擇285.5電力電纜選擇295.6供電變壓器選擇305.7系統檢測器件選擇31第6章 變頻電控系統控制軟件

8、設計326.1 變頻器功能設定326.2PLC梯形設計36第7章 變頻調速系統控制與運行397.1提升系統原理分析與操作運行397.2變頻電控系統與維護40第8章 提升設備的運轉、檢修與故障處理418.1提升設備的運轉418.2提升設備的檢修418.3提升設備的常見故障及處理方法43結論45參考文獻46致謝47III60萬噸斜井礦井提升機變頻調速作 者：XXX指導教師：XXX第1章 概況1.1礦井提升方式與生產工藝1.1.1礦井提升設備及用途礦井提升機是機、電、液一體化的大型機械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產運輸的主要工具。在煤炭生產中提升機擔負著提

9、升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設備的任務，是聯系井上與井下的唯一途徑，素有礦井咽喉之稱。提升機的電力傳動特性復雜，電動機頻繁正反向，經常處于負荷運轉和電動、制動不斷地轉換的狀態中。對應提升機來說運行的安全可靠是至關重要的，主井直接關系到礦山的生產效率，作為運送人員的副井，一旦發生故障往往造成機毀人亡。提升機運行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產能力，影響整個礦山的經濟效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又節省能源的提升機是煤炭安全生產的一項重要課題。1.1.2礦井提升系統 礦井提升系統就是通過地面井口、井筒和井底的設備、裝置，進行礦石、人員等上下提升運輸

10、工作的系統。所需設備和裝置包括提升機、井架、天輪、鋼絲繩、連接裝置、提升容器、井筒導向裝置、井口和井底的承接裝置、阻車器、安全閘以及信號裝置等。根據礦井井筒傾角及提升容器的不同，礦井提升系統大致分為以下幾種類型：豎井普通罐籠提升系統、豎井箕斗提升系統、豎井箕斗提升系統、斜井箕斗提升系統、斜井箕斗提升系統、斜井串車提升系統等。一般井筒斷面大、提升量多而提升水平（中段）又少的礦井采用雙罐籠提升；井筒斷面較小、提升水平多的礦井采用單罐籠帶平衡錘提升；井筒斷面小、提升量少的礦井采用單罐籠提升。本文主要研究的是斜井串車提升系統如圖1-1所示：圖1-1斜井串車提升系統圖1.1.3 礦井提升機分類1.纏繞式

11、提升機纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等。 （1）單繩纏繞式提升機：根據卷筒數目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：a單卷筒提升機，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降；b雙卷筒提升機，作雙鉤提升。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上,分別從卷筒上、下方引出,卷筒轉動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機按卷筒的外形又分為等直徑提升機和變直徑提升機兩種。等直徑卷筒的結構簡單，制造容易，價格低，得到普遍應用。深井提升時，由于兩側鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。 （

12、2）多繩纏繞式提升機：提升機在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉，妨礙工作。2.摩擦式提升機多繩摩擦式提升機具有安全性高、鋼絲繩直徑細、主導輪直徑小、設備重量輕、耗電少、價格便宜等優點。多繩摩擦式提升機的主要部件有主軸、主導輪、主軸承、減速器、深度指示器、制動裝置及導向輪等。3.內裝式提升機AEG公司生產的內裝式提升機，將提升主電機與滾筒合為一體，即轉子固定，轉動的定子充當滾筒，使機構大為簡化，制造成本低。1.2 變頻提升機在礦山生產中應用1.2.1微機控制在提升機上的應用隨著微機技術的發展，微機控制技術已逐步應用于礦井提升機中，

13、其應用主要體現在以下幾方面:1.提升工藝過程微機控制在交流變頻裝置中，提升工藝過程大都采用微機控制。由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監視顯示易于實現，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現的。如AEG公司采用CP-80微機、ABB公司采用MASTER-200和SIEMENS公司采用S5-150等微機實現的變頻控制，都獲得了相當成功。它們把控制、監視、基準值預測以及模擬控制等組合在公共的微機控制總線上組成靜止變流器的傳動控制，計算機實現速度及多個變量的調節。2.提升行程控制提升機的控制從本質上說是一個位置控制，要保證提升罐籠在預定地點準確停車，要求準確度高，目前可達2cm。采用微機控制，

14、可通過采集各種傳感信號，如轉角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒位置、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進行處理，計算出罐籠準確的位置而施以控制和保護。在罐籠提升時可實現無爬行提升，大大提高了提升能力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微機來構成行程給定器，并還提供性能不盡相同的機械行程控制器口。一般過程控制用微機不同時用于監視，行程控制也采用單獨微機完成，從而大大提高了系統的可靠性。3.提升過程監視由于近代提升機控制系統的設計特別強調安全可靠性，所以提升過程監視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環節。提升過程采用微機主要完成如下參數的監視:a 提升過程中各工況參數(如速度、電流)監視;b 各主要

15、設備運行狀態監視;c 各傳感器(如位置開關、停車開關)信號的監視。其目的在于使各種故障在出現之前就得以處理，防止事故的發生，并對各被監視參數進行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機聯網，合并于礦井監測系統中。4.安全回路安全回路旨在出現機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態。為確保人員和設備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法，大致分為以下四種情況:a 報警顯示，如冷卻器溫度過高等;b 二次不能開車，如電機繞組過熱、制動油過熱等;c 立即進行電氣制動，如停車終點設備出現故障時本次提升應盡快停下來;d 立即進行安全制動，如過卷、超速等。安全回路極為重要，它是保護的最后環節之一，英、德等公司

16、都采用兩臺PC微機構成安全回路，使安全回路具完善的故障監視功能。無論是提升機還是安全回路本身出現故障時都能準確地實施安全制動。5.制動系統的控制與監視制動(可調閘)控制系統除要可靠地完成工作制動和安全制動外，還要完成對液壓站的控制以及各環節參數(如油壓、閘瓦磨損等)的監視，其技術要求與安全回路相似。如西門子公司采用兩套可編程序控制器(PLC)的雙重控制與保護系統。1. 2.2 交流變頻調速同步機驅動提升系統應用自80年代初以來，交流變頻供電的同步機拖動異軍突起，在大型提升機中發展成為技術、經濟均優的拖動方式。如CEGELEC公司1983年投運的l548OkW，額定轉速69.5r/min等變頻調

17、速同步機拖動的提升機。這種拖動系統主要有如下優點:a 提升容量幾乎不受限制，最大可達l0000kw，提升速度可達20m/s以上，提升高度1200m以上，滾筒直徑達6.5m，這是直流系統難以達到的;b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環節，保證了電機的可靠運行和降低了運行消耗;c 功率因數高，可達住0.91，極大地節省了電能。因此，變頻同步機拖動調速系統是大型提升機拖動的必然發展方向。1.2.3 研制與發展國產大型交流提升機及電控系統正在逐步完善和推廣使用。大功率變頻調速電控提升機其效率可達89%，國內正在組織研究這種系統，不少院校和研究單位都在著手研制。可編程序控制器在提升機電控系統的應用可編程序控制

18、器具有可靠性高、抗干擾能力強、實現繼電邏輯容易，基本免于維護等獨特優點，特別適用于對我國占大部分的交流提升機繼電-接觸器電控系統進行技術改造;因此有不少單位都在著手研制,已經顯示出了很強的生命力。這是今后一段時期我國占絕大多數采用繼電控制的交流提升系統進行技術改造的必由之路。第2章 提升主要機械設備選擇2.1提升容器選擇2.1.1原始數據：輸送物料材料取日產原煤4%，輸送矸石：日產原煤5%，其它：每班5-6次機電設備最大重量8000kg運送人員50人/班礦井年產量600kt/年工作制度年工作日： ，日工作小時： 礦井電壓等級6KV電源電壓380V/660V煤的集散密度提升方式平車場雙鉤串車提升

19、主井筒斜長傾角斷面支護方式砌碹2.1.2礦車型號初選根據給定斷面尺寸及礦井年產量等初步選用型固定箱式礦車。主要技術參:礦車自身質量： 單個礦車長度： 礦車名義載貨量： 單個礦車寬度： 煤的散集密度: 礦井電壓等級為: 6KV提升方式為斜井平車場雙鉤串車提升2.1.3一次提升量和車組中礦車數的確定1.計算提升斜長 式中 井口車場長度，即自井口至尾車停車點的距離，暫取 井底車場長度，即從井底到井底尾車點的距離，暫取2.初步確定速度圖參數(1)初步確定最大提升速度 。根據煤礦安全規程規定：傾斜井巷內升降人員或用礦車升降物料時，。本設計初步確定最大提升速度 ；(2)井上、下車場速度 ；(3)井上、井下

20、車場加、減速度 ;(4)井筒中主加、減速度 ;(5)摘、掛鉤時間：;3.初步計算一次提升循環時間T查圖計算得 圖2-1平車場雙鉤串車提升一次提升循環時間計算圖 4.計算一次提升量 m上式中因無井下煤倉，取C=1.2；考慮提升富裕能力，取。 5.計算一次提升礦車數 n1取n1 =6 輛。 6.根據礦車連接器強度計算礦車數n2 式中取礦車運行阻力系數 ；重力加速度g取 。 7.確定一次提升礦車數 因為n1 n2 故礦車連接器強度滿足要求，所以確定一次提升礦車數n = n1 =6輛。2.2鋼絲繩選擇2.2.1計算鋼絲繩懸垂長度式中 井口至阻車器的距離，取 ; 阻車器至摘鉤點距離，取 摘鉤點至井架中心

21、的水平距離，取; 提升機滾筒中心至天輪中心水平距離，暫取=16m； 井口處鋼絲繩牽引角，暫取 2.2.2計算鋼絲繩每米質量取 , , , 則：2.2.3選擇鋼絲繩查鋼絲繩規格表選用鋼絲繩：繩纖維芯 鋼絲繩直徑： ;每米鋼絲繩質量： ; 單根鋼絲繩直徑： ;全部鋼絲繩破斷力總和:；公稱抗拉強度： ；2.2.4驗算鋼絲繩安全系數所選鋼絲繩合適 。2.3提升機、天輪選擇2.3.1計算提升機滾筒直徑2.3.2計算作用在提升機上的最大靜張力和最大靜張力差 2.3.3根據計算的 、 、選擇提升機 查提升機規格表選用型提升機：D=2.5m， ，B= 2 m,，變為質量 ；減速器許用最大動扭矩 ；兩滾筒中心距

22、為 2150 mm；提升機標準提升速度；減速器傳動比i=20 ；滾筒中心高e=650 mm；2.3.4驗算滾筒寬度 相鄰兩繩圈間隙K 纏繩層數，K=2采用雙層纏繞符合煤礦安全規程要求。2.3.5計算選擇天輪為減少天輪維護量，查天輪規格表選用 固定天輪變位質量。2.4電動機選擇2.4.1估算電動機功率電動機容量備用系數取1.12.4.2估算電動機轉速2.4.3選提升電動機根據N、n及礦井的電壓等級6kv,查電動機規格表選用提升電動機為型； , , , =2.2,額定電壓6kv。2.4.4確定提升機的實際最大提升速度第3章 提升速度圖確定3.1提升機與井筒的相對位置計算3.1.1計算井架高度（1）

23、井架高度計算取 ， 天輪半徑。（2）驗算井口處鋼絲繩牽引角井口處鋼絲繩牽引角滿足防止礦車在井口處出軌掉道的要求。3.1.2初步計算鋼絲繩弦長根據鋼絲繩內、外偏角允許值計算鋼絲繩最小弦長按外偏角 按內偏角式中 取 3.1.3計算提升機滾筒中心至天倫中心的水平距離取 ; （滾筒中心高）3.1.4計算鋼絲繩實際弦長3.1.5計算鋼絲繩實際內、外偏角3.1.6計算鋼絲繩的下出繩角因，提升鋼絲繩有可能與提升機基礎碰撞，故不滿足要求。井架高度不高，在此可調整，取帶入上式計算得：（滿足要求），（滿足要求），滿足要求。提升機與井筒相對位置如圖3-1所示：圖3-1雙鉤平車場井口相對位置圖3.2提升速度圖的計算

24、已知： , , , , 。3.2.1礦車組在井底車場運行階段初加速運行階段時間 行程 等速運行階段時間 行程 井底車場運行總時間3.2.2礦車組在井筒運行階段(1)加、減速度運行階段 時間 行程 (2)等速運行階段時間 行程 3.2.3礦車組在井口車場運行階段時間 行程 3.2.4一次提升循環時間3.2.5根據以上數據可做提升速度如圖3-2所示：圖3-2提升速度圖第4章 提升系統動力學計算4.1提升系統運動部分變位質量計算式中4.2提升系統力圖計算 已知：井上、井下車場內傾角，井筒傾角，礦井阻力系數 ,基本動力學方程式為： (1)重車組在井底車場、空車組在井口車場運行階段初加速開始 初加速終了

25、等速開始 等速終了(2)空、重礦車組均在井筒中運行階段主加速開始主加速終了等速開始 等速終了主減速開始 主減速終了 （3）重車組在井口車場、空車組在井底車場運行階段等速開始等速終了末減速開始 提升終了 根據提升速度圖和動力學計算作出速度圖和力圖如圖4-1所示：圖4-1斜井平車場雙鉤串車提升速度圖和力圖4.3電動機容量校驗4.3.1按溫升條件驗算（1）求 （2）求等效時間 （3）求等效力 （4）求等效功率 因前初選的電動機額定功率為，所以（電動機溫升條件滿足要求）。4.3.2按正常運行時電動機過負荷能力驗算力圖中最大拖動力電動機額定出力 因 N 所以（滿足要求）4.4提升機電耗計算 (1)每提升

26、一次電耗 (2)噸煤電耗 (3)年提升電耗 (4)一次提升有益電耗 (5)提升設備的效率4.5核算提升能力年實際提升能力提升能力富裕系數第5章 變頻電控系統控制硬件設計5.1變頻器選擇分析比較各種控制方案的優劣，結合提升及調速系統恒轉矩負載特性，最終選擇PLC與變頻器相結合的變頻調速方案，其變頻控制方式為向量變頻調速控制。變頻器的容量可以從三個角度來表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻器裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。變頻器與電動機匹配與否主要是看電動機的額定電壓及額定電流，如果電動機的額

27、定電流小于同功率的變頻器的額定電流，一般來說用同等功率的變頻器就足夠了；但如果電動機的額定電流比同功率的變頻器的額定電流大，那就只好用大一級的變頻器。對于鼠籠式異步電動機，變頻器的容量選擇應以變頻器的額定電流大于電動機的最大正常工作電流的11.1倍為原則，這樣可以最大限度地節省資金。提升機平均起動轉矩一般來說可為額定力矩值的1.31.6倍。考慮到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗要求等因素，其最大轉矩必須有1.2倍的負載力矩值，以確保其安全使用的要求。若用在電機額定功率選定的基礎上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會造成不必要的容量損失。變頻器可以輸出頻率可調的交流電源，在變頻器的控

28、制輸入回路中接入頻率設定電路，本系統中通過PLC輸出電壓信號(012 V)來控制變頻器的頻率。另外在變頻器的外圍加設有聲光報警輸出口及制動單元，能夠實現變頻器故障報警和安全制動，更有效的對控制系統進行安全保護，變頻器外部電路如圖5-1所示。圖5-1 變頻器外部主電路聲光報警回路：變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點30B-30C串聯在KM1的線圈電路內，當變頻器因故障不能正常工作時，報警輸出的常閉觸點動作，使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進行安全保護。為了保護報警輸出的觸點，在接觸器的線圈兩端，并聯阻容吸收電路（即RC震蕩電路）。同時（常開）觸點30A-30B閉合，將報警指示燈HL和電笛HA

29、接通，進行聲光報警。與此同時，繼電器KA1得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報警能持續下去，直到工作人員按下ST1為止，報警才能解除。制動控制回路：提升機負載由于慣性較大，當變頻器的輸出頻率下降至0Hz時，常常停不住，而有“蠕動”(也稱爬行)現象，在礦山提升機這種大負載機械中，蠕動現象有可能造成十分危險的后果。為此，變頻器調速時應設置能耗制動和直流制動功能。變頻器容量選擇的內容：(1)變頻器額定輸出電壓選擇：變頻器額定輸出電壓=電動機額定電壓 =6000V (2)變頻器額定輸出電流選擇：電機運行過程中，變頻器額定輸出電流必須大于等于電動機可能出現的最大電流，即大于等于47A。

30、(3)變頻器容量選擇：考慮超載能力和啟動能力滿足負載輸出要求：滿足電動機要求：滿足電動機電流要求：其中:-變頻器容量-電動機軸輸出功率-電動機額定線電壓-電動機額定線電流-變頻器額定電流對于連續恒定的負載，變頻器容量選擇必須同時滿足以上三項要求。根據以上數據，選擇CKGY-800/6高壓變頻器，技術參數如表5.1所示。表5.1 變頻器參數表名稱參數試配電動機功率（KW）800額定容量（KVA）850額定輸出電流（A）80輸入額定電壓（V）6000頻率（Hz）4555電壓允許變動范圍-10%5%重量53006300輸出頻率范圍1120Hz輸出頻率分辨率0.01Hz輸入功率因數0.95(20%負載

31、)效率0.96（額定負載下）過載能力額定電流的120%，1min；額定電流的150%，立即保護。加速時間0.1300s防護等級IP20冷卻方式自然風冷環境運行環境溫度040存儲/運輸溫度-4070環境濕度90%，無凝結用變頻器供電時，電動機在額定狀態下運行時的電流比工頻電網供電時要大，故選擇變頻器的額定電流和功率時要比電動機大一個等級。5.2 PLC選擇國際電工委員會（IEC）對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬

32、式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計。具有其他工業設備難以具備的特點： (1) 可靠性高。在I/O環節，PLC采用了光電隔離、濾波的多種措施。系統程序和大部分的用戶程序都采用E2PROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。(2) 控制功能強。PLC所采用的CPU一般是具有較強位處理功能的位處理機，為了增強其復雜控制功能和聯網通信等管理功能，可以采用雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的加強。(3) 編程方便易學。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業現場使用的電

33、器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現場人員學習。(4) 模塊化結構，擴展能力強。根據現場需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統。(5) 與外部設備連接方便。采用統一接線方式的可拆裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合用于多種電氣規格。(6) 適用與惡劣的工業環境。采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。 (7) 體積小、重量輕、功耗低、性價比高，功能更加靈活。 在礦井提升機電控系統中，由于系統自身的特點，決定了系統對精度要求并不是特別高，對于響應時間的要求也并不高，達到毫秒級就可以了。在滿足基本要求的前提下，

34、PLC的選型主要從經濟性、可擴展性、適應性以及網絡通訊性能等方面進行綜合考慮。5.2.1PLC的基本結構PLC實質上是一種專門用于工業控制的通用計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，主要有中央處理器(CPU)，存儲器(RAM,ROM)，輸入輸出接口電路（I/O接口），電源及編程設備幾大部分構成。1.中央處理器（CPU）中央處理器（CPU）是PLC的控制中樞。PLC的CPU按照系統程序賦予的功能接收并存儲用戶鍵入的應用程序和數據，檢查電源，存儲器，I/O以及警戒定時器的狀態，診斷用戶程序的語法錯誤。PLC中采用的CPU 一般有三大類，一類為通用處理器，如80286，80386等，一類為單片機

35、芯片，如8301，8096等，另外還有位處理器，如AMD2900,AMD2903等。2.存儲器PLC是工業控制計算機，除了硬件以外，還必須有軟件才能正常工作。PLC的軟件分兩部分：系統軟件和應用軟件。存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器；存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。RLC常用存儲器的類型：讀寫存儲器（RAM），可擦除的只讀存儲器（EPROM）,電可擦除的只讀存儲器（EPROM）3.輸入/ 輸出（I/O）I/O接口有良好的光電隔離和濾波作用。PLC的輸出接口往往始于被控對象相連接，被控對象有電磁閥，指示燈，接觸器，小型電動機等。輸入接口各種PLC的輸入電路大都相同，通常有三種輸入類

36、型。一種是直流（1214）輸入，另一種是交流（100120V，200240V）輸入，第三種是交直流輸入。輸出接口PLC的輸出有三種形式：繼電器輸出，晶體管輸出。繼電器輸出型PLC 最為常用。當CPU有輸出時，接通輸出電路中繼電器的線圈，繼電器的觸點閉合，通過該觸點控制外部負載電路的負載。晶體管輸出型PLC是通過光耦合器是晶體管截至或導通以控制外部負載電路，并同時PLC內部電路和晶體管輸出電路進行電氣隔離。4.電源PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。模塊的PLC，是獨立的電源模塊；整體式PLC電源集成在廂體內。PLC的電源多為高精度的開關電源；掉電保護電路供電的后備電源多為鋰電池。5.編

37、程器編程器是PLC的重要外圍設備。編程器的主要任務是輸入程序，編輯程序，調試程序，監控程序，還可以在線測試PLC工作狀態和參數與PLC進行人機對話。5.2.2 I/O點數存與儲容量的預選(1)根據被控對象輸入/輸出信號的實際需求，以及本設計中礦井提升系統工作原理的敘述，不難得出所需PLC的I/O分配表。此外，還需考慮1015的余量，其I/O點數選擇分別為40，多出的點數用于擴展模塊處理。(2)在使用過程中，用戶程序所需存儲空間的大小與PLC的功能有關，而PLC系統的功能要求在很大程度上由PLC的I/O點數的多少反映。因此，當I/O點數確定時，可依據下式估算PLC存儲容量，另外還需考慮20%30

38、%的余量。存儲容量（字節）=開關量I/O點數10+模擬量I/O通道數1005.2.3 PLC型號的選擇在礦井提升機電控系統中，由于系統本身的特點，決定了系統對精度要求并不是特別高，對于響應時間的要求也并不高，達到毫秒級就可以。在滿足基本要求的前提下，PLC選型主要從經濟性、適應性、可擴展性及網絡通訊性能等方面綜合考慮。S7-200系列西門子PLC家族中的成員之一，在西門子工控領域中占有重要的地位。S7-200系列PLC具有以下特點: 1.可靠性高，抗干擾能力強。用程序來實現邏輯順序和時序，最大限度地取代傳統繼電-接觸器系統中的硬件線路，大量減少機械觸點和連線的數量。單從這一角度而言，PLC在可

39、靠性上優于繼電-接觸器系統是明顯的。在抗干擾性能方面，PLC在結構設計、內部電路設計、系統程序執行等方面都給予了充分的考慮。例如，對主要器件和部件用導磁良好的材料進行屏蔽、對供電系統和輸入電路采用多種形式的濾波、I/O回路與微處理器電路之間用光電耦合隔離器、系統軟件具有故障檢測功能、信息保護和恢復、循環掃描時間的超時警戒等。 2. 靈活性強，控制系統具有良好的柔性。當生產工藝和流程進行局部的調整和改動時，通常只需要對PLC的程序進行改動，或者配合以外圍電路的局部調整即可實現對控制系統的改造。 3. 編程簡單，使用方便。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業現場使用的電器控制圖非

40、常相似，理解方式也相同，非常適合現場人員學習。S7-200主機單元發展至今，經歷了兩代產品。第一代產品為CPU21X型，包括CPU212、CPU214、CPU215和CPU216，其中每種主機單元可以進行擴展。第二代產品為CPU22X型，包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224X、CPU226和CPU226XM，他們已經得到廣泛的應用。 (1) CPU221型主機單元具有6輸入/4輸出共計10數字I/O點，無I/O擴展能力。 (2)CPU222型主機單元具有8輸入/6輸出共計14個數字I/O點，可以連接2個I/O擴展單元，最大擴展至78個數字量I/O點或10路模擬量I/O。

41、(3) CPU224型主機單元具有14輸入/10輸出共計24個數字量I/O點，可以連接7個擴展單元，最大擴展至168個數字量I/O點或35路模擬量I/O。 (4) CPU224XP型主機單元具有與CPU224相比增加了2路輸入/1路輸出功3路模擬量I/O。 (5) CPU226型主機單元具有24個輸入/16個輸出共計40個熟悉I/O點，可以連接的I/O擴展單元，最大擴展至248個數字量I/O點或35路模擬量I/O。所以本設計選用的是西門子的CPU224型主機。5.2.4 PLC的外圍接線圖圖5-2 PLC的外圍接線原理圖5.2.5 PLC的工作原理圖圖5-3 PLC的工作原理圖5.3交流/直流

42、電抗器選擇電抗器是增加電源阻抗，限制電網電壓突變、操作過電壓引起的沖擊電流，保護變頻器；改善變頻器輸入側的功率因子；抑制變頻器輸入電網的諧波電流的裝置。若電感量選擇不合適，會直接影響額定電流下的電壓降的變化，從而引起故障。而電感量的大小取決于電抗器鐵芯的截面積和線圈的匝數與氣隙的調整。輸出電抗器電感量的選擇是根據在額定頻率范圍內的電纜長度來確定，然后再根據電動機的實際額定電流來選擇相應電感量要求下的鐵芯截面積和導線截面積，才能確定實際電壓降。在高壓補償裝置中一般都裝設有串聯電抗器，它的作用主要有兩點：一是限制合閘涌流，使其不超過額定電流的20倍；二是抑制供電系統的高次諧波，用來保護電容器。因此

43、電抗器在補償裝置中的作用非常重要。只有科學、合理的選用電抗器才能確保補償裝置的安全運行。本設計中選用LKSG-0.66-242-0.3濾波電抗器，主要技術參數：額定電壓：660V； 額定電流 ：242A；額定頻率：50Hz； 有無鐵心：鐵心式電抗器；絕緣結構：干式電抗器。5.4低壓電器選擇5.4.1低壓斷路器低壓斷路器又稱自動開關，它是一種既有手動開關作用，又能自動進行失壓、欠壓、超載、和短路保護的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的超載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。低壓斷路器額定

44、電流按下式計算：其中:IQN- 低壓斷路器的額定電流；ION- 變頻器的額定電流。本設計選擇ME-630萬能式低壓斷路器。主要技術參數：額定電壓：660V及以下； 額定電流 ：630A；額定頻率：50Hz/60Hz；防護等級：IP30；5.4.2交流接觸器交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執行控制指令。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點。交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。交流接觸器額定電流按下式計算： 其中：IKN-接觸器主觸頭的額定電流；IN-電動機的額定電流。本設計選用CJ20-63

45、型交流接觸器。主要技術參數：額定電壓：380V； 額定電流 ：63A；額定頻率：50Hz； 機械壽命：10000000次；5.4.3熔斷器熔斷器其實就是一種短路保護器，廣泛用于配電系統喝控制系統，主要進行短路保護或嚴重過載保護。熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。熔體的額定電流選擇方法：按照電動機啟動的最大電流計算選擇RT0-1000Q/900型熔斷器，其技術參數如表5.4所示。表5.2 熔斷器技術參數表額定電壓(V)額定電流(A)熔體額定電流(A)極限分斷能力(KA)38010009

46、00505.5電力電纜選擇電力電纜是用于傳輸和分配電能的電纜。常用于城市地下電網、發電站的引出線路、工礦企業的內部供電及過江、過海的水下輸電線。電力電纜是在電力系統的主于線路中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產品，其中包括1500KV以及以上各種電壓等級，各種絕緣的電力電纜。本設計中根據電動機額定電流，額定工作電壓6KV，選擇電動機電纜為：ZQ系列油浸紙絕緣鉛包三芯電力電纜，導體橫截面積。5.6供電變壓器選擇變壓器是用來變換交流電壓、電流而傳輸交流電能的一種靜止的電器設備。它是根據電磁感應的原理實現電能傳遞的。變壓器就其用途可分為電力變壓器、試驗變壓器、儀用變壓器等。電力變壓器是一種靜止的電氣設

47、備，是用來將某一數值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數值不同的電壓（電流）的設備。當一次繞組通以交流電時，就產生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導磁作用，就在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數的多少有關，即電壓大小與匝數成正比。主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數。額定容量是一個表現功率的慣用值，它是表征傳輸電能的大小，以kVA或MVA表示，當對變壓器施加額定電壓時，根據它來確定在規定條件下不超過溫升限值的額定電流。電源變壓器選擇：其中：變頻器的輸入功率因子在無交流輸入電抗器時取0.60.8，有交流輸入電抗器時取0.80.85；變頻器的效率取

48、0.95；變頻器的輸出功率=所接電動機的總功率。因此選擇S7500油浸雙繞組變壓器升壓變壓器，該變壓器主要技術參數如表5.6所示。表5.3電力變壓器技術參數表額定容量（KVA）額定電壓（KV）聯結組標號阻抗電壓（%）損耗（W）散熱面積（m）高壓低壓空載負載5006.00.4Y，yn041030639816.295.7系統檢測器件選擇5.7.1行程開關行程開關：位置開關（又稱限位開關）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變

49、速運動或自動往返運動等。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。在深度指示器上的行程開關有：過卷開關、終端開關、減速開關；在井口安裝的行程開關有：過卷開關、限位開關； 在輥筒出繩口需安裝一個行程開關，檢測松繩之用； 在室外井架上需要安裝一個行程開關以及過卷開關。本設計中選用LXP1(3SE3)系列行程開關。適用范圍： 該系統行程開關適用于交流4060Hz，交流電壓到380V ，直流電壓至220V、約定發熱電流為10安的控制電

50、路中，將機械信號轉變為電氣信號，用來控制運動機械的行程及速度或作程控之用。5.7.2壓力傳感器提升系統的液壓站和潤滑站需要安裝壓力傳感器，從而實現被測點的壓力值實時顯示。工作原理：測量膜片受到力的作用，產生微小形變，由于壓敏電阻具有壓阻效應，所以電橋輸出一個與壓力成正比的電壓信號，這個信號經過放大以及電壓與電流的交變后，轉換成標準電流信號輸出。本設計中選用KGY60型頂板壓力傳感器，技術參數如表5.7。表5.4壓力傳感器技術參數表壓力檢測范圍（MPa）060響應時間（s）3傳輸方式RS485，半雙工傳輸速率（b/s）1200最大傳輸距離（公里）10供電電源（V）DC1218尺寸（長寬高）165

51、mm85mm210mm5.7.3溫度傳感器溫度傳感器是能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器，它能夠對溫度進行連續監測。本設計中選用GWD42礦用溫度傳感器，技術參數如表5.8所示。表5.5溫度傳感器技術參數表工作電壓（V）DC 1115工作電流（mA）50動作溫度（）422復原溫度37響應時間（s）5探測距離（mm）1015輸出信號當溫度不超過動作值時，傳感器輸出0.5V低電平（灌入電流）；當溫度超過動作值時，傳感器輸出5V高電平（拉出電流2mA）外殼防護等級IP54 5.7.4位移傳感器 礦井提升機閘瓦間隙的測量是通過閘瓦磨損傳感器來完成的。這種傳感器以數字的形式直接顯示出所檢測的閘皮損耗

52、程度，位移傳感器輸出一個開關信號通知電控系統報警。本設計中選用LS1非接觸位移傳感器，技術參數如表5.9所示。表5.6移傳感器技術參數表輸出電壓（V）0.110輸出電流（mA）420彈性自動復位002型重復精度(mm)0.002線性精度最高0.075%測量長度（mm）10 50 75 100第6章 變頻電控系統控制軟件設計6.1 變頻器功能設定變頻器在出廠時，廠家對每個參數都已經預設了一個值，把這些預設的值叫出廠(缺省)值。對大多數傳動系統來說，缺省值并不能夠滿足其要求。所以用戶在正確使用變頻器之前，對變頻器參數做如下設置:(1)通過確認電機參數來設定電機的電流、電壓、功率、轉速、最大頻率。這

53、些參數都可以從電機銘牌中直接獲得。(2)設定變頻器的啟動方式，變頻器在出廠時一般設定為從面板啟動，用戶可以根據自己的實際需要來選擇啟動方式。具體的啟動方式：面板、外部端子、通訊方式等幾種。(3)變頻器可能采取的控制方式：轉矩控制、速度控制、PID或其它方式。在選定控制方式以后，一般要根據控制精度的需要進行靜態或動態辨別。(4)給定信號的選擇，變頻器的頻率給定方式也可以有多種。面板給定、外部電壓或電流給定、外部給定、通訊方式給定。當然，對于變頻給定可以是這幾種方式中的一種或幾種方式的共同作用。正確設置以上參數以后，變頻器基本能正常工作，若要想獲得更好的控制效果則只能根據實際情況對相關參數進行修改。一旦出現參數設置故障，可以根據說明書進行必要的參數修改。如果不能排除故障則可以進行數據初始化，恢復缺省值。然后按