基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统8.1.1-概况§8.2精选课件PPT
基于PLC的矿井提升机控制系统设计
摘要近几年来我国每年的GDP总值在不断的增长，人类追求优质生活的要求也在不断的增加，人类对煤的需要也在不断高于每年的需求量，同时煤矿的生产速率已满足不了各个工业生产的需求，而矿井煤矿中的继电式的提升机设备以逐步不在适用，逐步采用自动化式的提升设备，因此对矿井开采自动化煤矿提升设备的安全、稳定和高速控制装置有了更高的要求。
提升机是煤矿矿道中与外面联系的重要交通工具，是煤炭矿井与外面联系最重要的应用，是在从采面到地面过程当中最重要设备，是运送煤炭以及工作人员安全的重要设备；而煤矿中的提升机中是矿井井道中输送煤炭、矿石、人员等重要的运送装备。
对于矿井提升机来说，只运用到了立井和斜井当中。
与此同时矿井提升机工作的稳定、安全性等是最重要的，而对于传统的矿井井道中的提升机多由继电器连线构成，构成的电控装置系统相对来说比较复杂、工作时间长、体积庞大，并且其触点繁多，机械性动作不灵活，有时会产生电火花摩擦，甚至会发生漏电、火灾事故；另一方面就是它的硬件接线比较麻烦、故障率的出现比较频繁，而且不便于检修，并且调速性能相对比较差、不灵活、稳定性能较差；在运作时硬件启停过程中，不仅存在着较大的起动电流，还会产生电弧，并且产生过大的电流损耗（包括线路损耗），还大大缩短了接触器、电动机等机械器件本身的寿命，严重时会发生矿车脱轨等安全事故，并且需要大量的人工操作维修、检测，不仅维护困难，而且严重影响矿山的生产和运行效益。
如今自动化水平的不断进步，可编程控制（PLC）技术也逐步进入人类的生产视线中，因此为了使电控装置拥有更好地运作前提，所以采取星—三角降压启动与PLC电控技术去相配合从而去改造传统矿山行业中井道提升机系统装备。
在本课题研究中采取可编程控制（PLC）技术去取代原有提升设备中继电器—接触器式电控装配，使用的是星—三角形降压启动的措施，电动机再启动的时候可以减少起动电流，从而保护了电动机内部器件的侵害；并设有两地控制、设有电磁抱闸安全系统、报警装置、电动机故障检测，以更好、更安全的方式提高生产效率的矿井提升机。
PLC与变频器在矿井提升机调速系统中的应用
PLC与变频器在矿井提升机调速系统中的应用目前我国矿井提升机中的主要系统，通常选用的是电器控制系统，用转子串电阻调节速度，并由继电器和接触器组成的一种控制装置。
一般的提升机转子串电阻调速电控系统具有很多的缺点，例如在控制上不够简单、明了；应用时可靠性较差；调节速度的效果较低等。
鉴于以上种种因素，通过选择PLC和变频器并把两者组合到一起的控制措施，能够很好的对原来电控系统进行一定的改善，从而增强电控系统的整体效果，并对其安全性和可靠性，以及控制能力和速度调节上做出明显改善。
标签：提升机；电控系统；PLC；变频器引言提升机属于大型的提升机械设备，通常使用较为广泛的是矿井提升机，它所发挥的效果是连接地面和井下输送的枢纽。
因为它自身作用的关系，又被称作是矿井的“咽喉”，所以必须要确保提升机在井道内的安全性能，避免在井道中突发意外事故，给工作人员带来一定的危害，耽误工作正常运行。
传统的矿井提升机控制系统大多都是选用继电器和接触器组成的控制系统，但是，由于该控制系统有很多不完善的地方，使用性能和維护性能都比较差，所以导致了其很难跟上现今矿业发展的前进脚步。
综上所述，这种传统的继电器控制系统会逐渐地消失，而新式的PLC与变频器控制系统将会成为新的发展方向。
文章从安全、可靠、高效、经济等几个方面为主要出发点进行改革。
据统计，我国现在所使用的矿井提升机大多数是选择那种传统的交流电控制系统[1]。
该电控系统在起动和调速换挡时电流的冲击力过大，属于有级调速，且调速的平滑性较差，速度低时机械特性绵软，静差率较大，而且容易发生机械故障，节能效果低。
为了改善传统交流绕线式转子异步电动机串电阻调速系统上的不足[2]，通过PLC和变频器合二为一的控制措施针对传统电控系统实行完善处理，使提升电动机较为广泛区域中的无极平滑调速得到了很好的改善，并且在机器运行时可以结合电动机的实际使用状况，来确保电动机一直正常有序的进行运转，而且这样的控制系统还非常适用于环境较为恶劣的工作场地，还具有相当优良的节能省电性能。
基于plc的矿井提升机变频调速系统
基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计摘要本文主要设计了矿井提升机的变频调速系统以及PLC控制系统。
通过对矿井提升机调速系统要求的分析,说明了采用变频调速的重要性。
在对各种变频调速方法的分析比较后，选择采用交流变频调速,然后选择变频器的类型，并按调速系统要求设计了变频器的外部电路。
通过对其电控系统各类故障处理的要求,选择采用可编程控制器（PLC）,并对可编程控制器进行选型。
考虑到实际生产中可能出现的问题,合理的设计可编程控制器(PLC）的外部电路，并在此基础上对可编程控制器（PLC)程序做出初步的设计方案，为了保证可编程控制器（PLC）的可靠工作，将其系统抗干扰措施也设计在内。
本文只是初步理论设计，并未应用于实践，在应用于实践前必须对其进行实践验证。
关键词：矿井提升机，变频调速,变频器,PLCMine hoister based on PLC variable frequency speed controlsystem designABSTRACTThis article mainly design of mine hoist the variable frequency speed control system and PLC control system。
Based on 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 converters, and according to the speed control system is designed the external circuit of frequency converter。
数字矿井提升机变频调速电控设备使用与维护教材精品课件(共71页)
2 设备,在出厂前均已按要求装配调试合格,严禁用户改动装置壳体结构 和电气元件,以确保本产品的防爆性能和电气性能。
信号系统是根据上下井口和各个中段的生产情况,在具备开车条件后，由 各水平信号工以打点的形式,通知司机按要求开车,同时与PLC控制系统之间有 各种信号闭锁,可避免因司机误操作造成安全故障。信号系统内部有严格的逻 辑闭锁和安全保护功能，并有信号显示，声光报警和通话功能。
变频绞车电控设备在使用时应注意:
隔爆兼本安全数字矿井提升机 变频调速电控设备
使用与维护
唐山开诚电器有限责任公司
一、目录
➢电路图识别 ➢系统组成 ➢设备安装 ➢变频器使用与维护 ➢PLC控制系统使用与维护 ➢提升信号系统使用与维护
一、电路图识别
1 图纸说明
电控系统电路图是按照国家新的电气制图标准和IEC标准的有关 规定绘制的。电路图采用A4图幅，一幅图面反映一种功能，并尽可 能多的提供相关的设计内容，以便使用人员了解更多的信息。电控 设备内部接线图和设备间外部接线图都是以电路图为依据设计的， 因而调试和维修人员只要手持一本电路图就能够了解整个电控系统 的硬件功能和相关接口。
3) 系统中所有模拟量信号电缆均采用屏蔽电缆,电缆屏蔽层要求在信号接 收端单端接地。轴编码器的连接电缆要求采用屏蔽绞合电缆，电缆屏蔽层应 两端接地，另外电缆从安装处到电缆沟或电缆架之间要求穿钢管过渡，防止 电缆被损坏。
PLC控制系统主要完成绞车从启动、加速、等速、减速、爬行到停车的整 个运行过程的逻辑控制；行程测量、控制与指示；故障检测、报警与保护；安 全电路及液压站工作制动与安全制动控制等。PLC控制系统极大地提高了控制 系统本身的安全可靠性，使绞车控制性能和保护性能更加完善；使控制系统的 硬件组成和线路更加简化；操作和维护更加容易。PLC控制系统受信号系统控 制与闭锁。
基于PLC的煤矿提升机变频调速系统
４ １ 变频 器调 速 ．
与 传统 的串 电阻调 速 相 比， 频 调 速 省去 了 变 繁 多的 电 阻 ， 现 了 无 级调 速 ， 实 对设 备 的 伤 害 较 轻， 调速精 度 和运 行效 率 高 。串 电阻 调 速容 易 引 起 电机 、 速机 震 动 ， 坏 电机及 钢 丝绳 ； 繁 改 减 损 频 变 串人 电阻需 要 用 到 大量 的开关 器 件 ， 易 引起 容 电路 故障 ； 启动 和制动 阶段 ， 在 能量 多被 电阻所 消
了电机 的无 级平滑 调速 ， 高 了系统 的稳 定性 、 提 可
靠性， 同时能够节 约能源 。 参 考 文 献
Ｗｉｃ ｎｃ具有 实 时 记 录 、 表 管 理 功 能 。在 操 报 作 室 内设 有报 警 用 的蜂 鸣器 ， 出现报 警 信号 时 当
候 ，Ｌ Ｐ Ｃ便控 制蜂呜器 接通 ， 醒操作 人员 。 提 诊断 系统能很快 检测 出变频 器本身 或外部 发 生 的故障并使 装置 停 止运 行 ， 时把 故 障信 号 通 同
收 稿 １ ：０ １ ３０ ３期 ２ １－ －４ ０
１２ ０６
化 工
自 动 化 及 仪 表
第 ３ 卷 ８
拉 翻车的 现象 。
出端子 动作 ， 出故 障报警信 号 。 发
４ 系统优 点
ｂ ．松 绳保 护 。钢 丝绳 因工作 时 间久 了会 拉 伸变 松 ， 能会引起 车皮掉 道 ， 可 因此 在绳松 的 时候
理 运送 直接 影响 到原煤 的生 产 。矸 石 运输 中 的难
基于PLC矿井提升机控制系统设计
基于PLC矿井提升机控制系统设计矿井提升机控制系统是矿井生产过程中非常重要的一环，它的设计与实现对于安全、高效的矿井生产具有重要意义。
基于PLC的控制系统设计能够更好地实现对提升机的精确控制。
本文将探讨基于PLC的矿井提升机控制系统的设计。
一、系统总体设计矿井提升机控制系统的总体设计包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要选择适合的PLC控制器和外围设备。
PLC控制器一般采用可编程逻辑控制器，因为PLC具有稳定性好、可靠性高、可编程性强等优点。
外围设备包括传感器、执行器等，用于对矿井提升机的状态进行检测和控制。
软件设计方面，需要编写PLC程序来实现对矿井提升机的控制。
软件设计应该包括以下几个基本要素：1.输入接口：用于接收外部输入信号，如压力、温度等传感器信号。
2.输出接口：用于输出控制信号，如电机启停、行走控制等。
3.逻辑控制：实现对提升机的自动控制，包括启停、速度调节等功能。
4.保护控制：实现对提升机的各种保护功能，如超载保护、温度保护等。
5.监控功能：实现对提升机运行状态的实时监控，包括显示当前状态、报警功能等。
二、具体控制功能设计1.提升机启停控制：根据生产需要，通过PLC程序控制提升机的启停。
2.提升机速度控制：通过调节电机频率，实现提升机运行速度的调节。
3.提升机方向控制：通过控制电机正反转，实现提升机的正向运行和反向运行。
4.紧急停止控制：提供紧急停止按钮，一旦发生紧急情况，通过PLC程序实现提升机的紧急停止。
5.温度保护控制：对提升机电机进行温度检测，一旦温度过高，通过PLC程序发出警报信号并停止提升机的运行。
6.超载保护控制：对提升机进行负载检测，一旦检测到负载超过额定负载，通过PLC程序发出警报信号并停止提升机的运行。
7.撞击保护控制：安装撞击传感器，一旦检测到撞击信号，通过PLC程序发出警报信号并停止提升机的运行。
8.状态监测与显示：通过PLC程序实时监测提升机的运行状态，如电机转速、负载情况等，并通过显示器显示相关信息。
基于PLC变频调速技术的矿用提升机调速控制研究
基于PLC变频调速技术的矿用提升机调速控制研究【摘要】本文主要研究基于PLC变频调速技术的矿用提升机调速控制。
引言部分介绍了背景、研究意义和目的，正文分析了提升机调速控制技术、PLC和变频技术在提升机中的应用，以及研究方案和实验结果。
结论部分总结了基于PLC变频调速技术的矿用提升机调速控制的优势，研究成果的意义和未来发展方向。
通过本研究可以提高矿用提升机的运行效率和安全性，为矿山提升机设备的智能化发展提供技术支持。
【关键词】提升机、调速控制、PLC、变频技术、矿用、研究、研究意义、技术应用、研究方案、实验结果、优势、研究成果、未来发展方向1. 引言1.1 背景介绍矿用提升机是煤矿、金矿等矿山中常见的重要设备，用于将矿石、煤炭等物料从井下输送到地面或从地面输送到井下。
提升机的调速控制对于保证生产过程的安全稳定、提高生产效率具有重要意义。
传统的提升机调速控制方法主要依靠机械传动方式，存在调速范围狭窄、调速响应慢、精度低等问题。
基于PLC变频调速技术的矿用提升机调速控制研究成为当前研究的热点之一。
本文旨在通过对提升机调速控制技术的概述、PLC和变频调速技术在提升机中的应用、以及基于PLC变频调速技术的提升机调速控制研究方案的详细探讨，为提升机调速控制技术的进一步优化提供参考和指导。
1.2 研究意义矿用提升机在采矿生产中具有重要作用，是实现矿石、煤炭、矿渣等物料的垂直输送的关键设备之一。
提升机的调速控制对于提升机的安全性、稳定性和效率具有重要影响。
传统的提升机调速控制方法存在控制精度低、调速范围窄、响应速度慢等问题，无法满足矿山生产对于提升机调速控制的需求。
基于PLC变频调速技术的矿用提升机调速控制研究可以有效解决传统控制方法存在的问题，提高提升机的调速精度和调速范围，提高提升机的运行效率和安全性。
通过对提升机调速控制技术的研究，可以为提升机的自动化生产提供技术支持，提高矿山生产的自动化水平，减少人工干预，降低生产成本，提升生产效率。
基于PLC的矿井提升机控制系统设计解读
1 前言1.1 提升机的发展过程及现状向矿井提升机是铁矿安全生产的关键设备之一，其作用是提升矿粉、升降人员和下放物料等，在整个铁矿生产中占有十分重要的地位。
矿井提升机安全、可靠、高效、准确地运行集中体现在其电气控制系统中，电控系统性能的优劣直接影响全矿的安全生产及矿工生命的安全。
现代矿井提升机的发展与现代电力传动及其控制技术的发展密切相关。
根据受控电动机类型的不同，矿井提升机可分为直流驱动提升机和交流驱动提升机两大类。
由于交流电动机有结构简单、紧凑、坚固、容量大、价格低廉、应用场合广泛和直接使用交流三相电源等优点，因而交流驱动提升机得到了广泛的应用。
在20世纪70年代前，矿井提升机大多采用交流驱动系统，但是由于其调速能力较差，很难适用于调速性能要求较高的场合。
直流电动机具有良好的启、制动性能，可在大范围内平滑调速，调速性能指标远优于交流电动机，因此在20世纪70年代后，随着大功率可控硅的使用、电子控制技术和装置的发展，直流驱动提升机逐渐在大中型铁矿中占据了主导地位。
随着电力电子器件、微电子控制技术和交流调速控制理论的发展，交流驱动逐渐获得了与直流驱动相同的控制特性，并在高性能交流驱动应用中获得了根本性的突破，成为大容量提升机的首选方案。
目前国内铁矿企业，井下提升机大多采用交流绕线式异步电动机转子串电阻的调速方案。
提升机电控系统经历了由继电器控制、分离元件控制、模拟电路控制到微电子(计算机)控制的发展历程，目前数字控制系统已广泛应用于提升机控制系统中。
采用数字控制技术后，提升机电控系统具有结构简单、控制精度高、系统功能开发简单等优点；特别是其具有智能化的信息采集、故障诊断和在线检测等功能，极大地提高了系统的可靠性，缩短了查找和排除故障的时间，降低了维护成本。
1.2 主要存在的问题虽然交流提升机在调速性能上获得了根本性的突破，成为大容量提升机的首选方案，但是由交流电动机的基本原理可知，由定子传入转子的电磁功率Pm可分为两部分：一部分是驱动负载的有效功率P＝(1-s)Pm；另一部分是转差功率P＝sPm，与转差率s成正比。
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• 下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽 量短的
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.3 方案实施
• 提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操 作台前，手握操纵杆控制电动机
• 可以实现全频率（0～50Hz）范围内的恒转矩控制。对再生能量 的处理，可采用价格低廉
• 的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑， 液压机械制动需要保留，
• 并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井 提升机变频调速方案如
• 图8-2 所示。 • 考虑到绕线式电动机比笼型电动机的力矩大，且过载能力强，所
这种交流 • 绕线式电动机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性
较软；电 • 阻上消耗的转差功率大，节能较差；启动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中
高速运行 • 140 PLC与变频器
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.2 改造方案
• 为克服传统交流绕线式电动机串电阻调速系统的缺点，采用变频 调速技术改造提升机，
• 重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。 液压机
• 械制动器受PLC 和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的 控制，启
• 动时当变频器的输出频率达到设定值，如1Hz 时，变频器SU、SE 端口输出信号， 表示
• 电动机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行；减速过程中，当变频 器的频
8.2.1 I/O 分配
8.2.2 PLC 程序
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.1 概况
矿井提升机是煤矿、有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、 可靠运行， 直接关系到企业的生产状况和经济效益。某煤矿井下采煤，采好的煤通过 斜井用提升机将 煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小 一些。在井口有 一绞车提升机，由电动机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数 周，其两端分别 挂上一列煤车车厢，在电动机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来， 同时把一列空车 从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行， 不会出现空行程， 电动机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电动机频繁的正、反转启动， 减速制动，而 且电动机的转速按一定规律变化。
以仍用原来的4 极 • 55kW 绕线式电动机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短
接。提升机在运行过程中， • 井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不运行。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.3 方案实施
• 斜井提升负载是典型的摩擦性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电动机的 电磁转
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.1 概况 8.1.2 改造方案 8.1.3 方案实施 8.1.4 提升机工作过程 8.1.5 PLC控制程序
§8.2 基于PLC 的给料分拣自动控制系统· 8.2.1 系统介绍
8.2.1 系统控制要求 8.2.1 系统动作流程
• 的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分 电能。
• 但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行 时间
• 的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.1 概况
• 斜井提升机的动力由绕线式电动机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参 数是：
• 电动机功率55kW，卷简直径12 00mm，减速器减速比为24：1，最高运行速 度2.5m／s，
• 钢丝绳长度为120m。 • 目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕
• 正、反转和三挡速度。为适应操作工人这种操作方式， 变频器采用多段速度设置，STF、
• STR 控制正反转，RH、RM、RL 为三段速度。
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§8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统
8.1.4 提升机工作过程
• 、提升机工作过程 • 提升机经过变频调速改造后，操纵杆控制电动机正反转三段速度。不管
线式电 • 动机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器一交流接触器控制。这种控制系统由
于调速过程 • 中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触点易氧化，引发
设备故障。 • 另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准
确。 • 提升机频繁的启动、调速和制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。
8.1.3 方案实施
• 提升机的负载特性为恒转矩位能负载，启动力矩较大，选用变频器时适当地留有 余量，
• 因此，选用三菱75kW 变频器。由于提升机电动机绝大部分时间都处于电动状态， 仅在少
• 数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下 行时的再
• 生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制 动器用于
• 矩必须克服负载阻转矩，启动时还要克服一定的静摩擦力矩，电动机处于电动工 作状态。在
• 重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电 动机仍会处
• 于再生状态。当另一列重车上行时，电动机处于反向电动状态。另外，有占总运 行时间10%
• 的时候单独运送工具或器材到井下时，此时电动机长时间处于再生发电状态，需 要进行有效
电动机正转还 • 是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电动机工作在正转和反转电
动状态，只有在满 • 载拖车快接近井口时，需要减速并制动。 • 图8-4 中，提升机无论正转、反转，其工作过程是相同的，都有启动、