高压变频矿井提升机电控系统设计论文

1、. . . . 摘 要矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备。传统矿井提升机控制系统采用机械的继电器-接触器控制，技术落后，精度差，保护不可靠，采用PLC的电控系统代替传统的机械式控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到极大的改善。本文设计的矿井提升机电控系统，具有数字行程监控、提升机工作过程控制、安全保护和遇故障制动控制的功能，从而有效的保证提升系统安全可靠的运行。主控系统采用三菱FX2N系列PLC完成各种功能实现；TDR-J360-RE轴编码器连接在电机高速轴作为速度检测元件；HIVERT-YVF型变频器作为系统调速设备。从而实现整套系统运行的安全性、稳定性、可靠性。关键词 矿井提升机 PLC 变频调速 电控系统 / AbstractMine Hoist are often referred to as the throat of mines, which is the most important mining equipment. Traditional mine hoist control system uses mechanical relay - acc

2、ess control. Using the PLC electronic control system to replace the traditional mechanical control system because of backward technology, poor accuracy and protection is not reliable .so that the mine hoist control of a performance gains great improvement.The winchdesigned in this paper upgrade electronic control systems, having digital surveillance programmer to enhance the work of process control, security protection and control functionconfronting the case of braking failure, and thus effecti

3、vely raise the guarantee system of safe and reliable operation. Main Control system usingMitsubishi FX2N PLC completed series of function to achieve; TDR-J360-RE-axis encoder connected the high-speed motor shaft as the speed detection devices; HIVERT-YVF installed with counter-converter system is considered as the Speed Equipment. Thus the security, stability, reliabilityto the Operation of the entire system is achieved.Key Words Mine Hoist，PLC，Frequency Control，Electronic Control system目 录摘 要IA

4、bstract II1 绪论11.1 课题研究的重要性 11.2 课题研究的意义 11.3 矿井提升机电控系统的国外发展状况 21.3.1 国外矿井提升机电控系统的发展现状 21.3.2 国矿井提升机电控系统的发展现状 31.4 课题的设计目标 42 提升电控系统概述62.1 矿井提升机工作原理与机械结构 62.2 提升设备对电控系统的要求72.2.1 提升设备对电控系统的安全要求72.2.2 提升设备对电控系统的性能要求82.3 提升机的电气传动82.4 提升机变频电控的组成 102.5 变频调速系统的优越性 113 PLC在矿井提升机系统中的应用133.1 PLC作为控制核心的优越性 133.2 由PLC组成的提升机控制系统功能 144 提升机主控系统硬件设计 164.1 主控台的组成164.2 电控系统功能设计 174.3 电控系统安全保护设计 174.4 变频设备 184.4.1 变频柜在提升电控系统中的功能 184.4.2 变频装置的基本原理 194.5 其他设备 225 PLC程序设计245.1 行程与速度计算 245.2 主程序流程图255.3 I/O口分配 266 系统

5、的实际应用276.1 系统操作方法276.2 按钮和转换开关的功能 286.3 高压变频柜的性能 30结 论32致 33参考文献34附录一 PLC程序 35附录二 电控系统原理图 511 绪论1.1 课题研究的重要性矿井提升机(又称绞车、卷扬机)是矿山生产中至关重要的大型设备，是井下与外界的唯一通道，素有“矿山咽喉”之称。在绝大多数矿井中，提升设备的提升量就是矿井的主产量。矿井提升系统对矿井的生产和安全起着至关重要的作用，有重要的国民经济意义。矿井提升系统是24小时连续作业的高强度作业系统，即使短时间的停机维修也会给生产带来很大的损失。据估算，一个年产150万吨的中型煤矿，如果停产一天，将造成约八十万元的直接经济损失，同时将产生二十多万元的能源浪费（通风、排水、供电系统都必须正常运行）。因此，提升机的传动与控制装置一直是各国工控界一个重要的研究领域，也是各个国家矿山工业发展的一个重要标志。据统计，电控系统故障引起的矿井提升事故占一定比例。因为电控系统自动化程度不够高，生产现场需要大量的操作人员，种种原因导致现场事故的频繁发生。目前，我国很多矿井提升机仍然采用传统的交流提升机电控系统（以

6、TKA-A为代表）。TKA控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气连线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。我国矿井提升系统发生的故障中，80%以上是电气故障。提升机电控系统的技术性能，是矿井提升机发展的整体水平的标志，直接影响矿山生产的效率与安全，提升机电控系统的技术水平是现代化矿井建设的重中之重，已成为考核矿井提升设备性能的重要容之一。1.2 课题研究的意义我国的矿井提升机，有相当一部分是功率为100KW500KW的电动机驱动的。由于历史的原因，此部分提升机一直是沿用交流绕线转子电动机转子串电阻调速的方式。此种调速方式技术落后，且运行效果很不理想。而大于500KW并且希望获得比较高性能的提升机则大部分采用直流传动的方案，直流电动机由于其结构的复杂，带来的则是运行过程中高昂的维护费用。交流电动机变频调速技术，目前已经非常成熟，且电气控制性能与直流传动方案相当，并有超过直流传动方案的趋势，是在工业控制领域大量采用的技术。可靠性指标已达到非常高的程度。因此，用交流变频器直接驱动鼠笼电动机，应作

7、为矿井提升机电气传动的首选方案。采用具有能量回馈特性的矢量控制型四象限变频器，直接驱动鼠笼电动机形成的电控系统，具有类似或优于直流电动机的优良机械特性，具有接近于1的功率因数和大于95的能量转换效率，节能效果非常显著。不仅使提升工艺过程性能优良，而且使用维护简单，整机效率也大大提高，将是提升机电控系统发展的方向。随着3C技术和半导体电力电子技术的不断发展，现代矿井提升机系统正在向数字化、信息化、网络化和智能化的方向发展。现代化矿井建设对人的生命更加重视，对矿井提升机电控系统的自动化程度和安全可靠性提出了更高的要求。2005年6月国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见提出加快高产、高效矿井建设，提高煤矿装备现代化、系统自动化、管理信息化水平，淘汰落后的技术装备与工艺，推动煤炭工业科技进步。可见提高电控系统的自动化程度、智能化程度和网络化程度具有重大现实意义和理论意义。自动控制技术、通信技术、网络技术在矿产行业中的应用极提高了矿业生产的产量、安全性、企业的自动化和管理水平。另外，作为能源工业尤其是煤炭工业企业构建煤炭企业网对提高其生产效率、效益，增强企业活力具有十分重要的作用。采用当前世界上先进的工业计算机、现场总线和自动化技术，按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制适合生产需要的网络化矿井提升机电控设备是进行设备改造和新建矿井设备选型的理想选择，也是矿井提升机电控系统实现综合自动化的关键一步，对企业乃至整个矿山行业有着重大影响。1.3 矿井提升机电控系统的国外发展状况矿井提升机电控系统在一定程度上代表一个国家的传动控制技术水平，它的电气传动与控制装置也一直是各国电气传动界的一个重要研究领域。因此世界各大公司纷纷将新的、成熟的技术应用于提升机电控系统。下面就国外矿井提升机中的应用情况作一介绍。1.3

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