基于PLC的矿井提升机变频控制装置的设计

论文总字数：10851字

摘 要

矿井提升机作为矿山运转重要的设备之一，它肩负矿井人员，物料，煤炭的运输，关系整个煤矿安全等特点，本文针对传统提升机制动和调速等问题，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，采用西门子6se70变频调速装置，实现了对电流调控，具有良好的低频启动和静动特性。本系统结构简单，功能易扩展，调速能力强，适合在矿井中运行。

关键词：矿井提升机，西门子6se70，PLC控制器

Abstract: Based on the mine hoist is one of the four major operating equipment in mine, it bears the mine personnel, material, the transport of coal, the coal mine safety features, the traditional hoist brake problems, control problems, the design of a PLC mine hoist system based on frequency control device. The Siemens 6SE70 variable frequency speed regulating device, realizes the control of current regulation, good low-frequency start, good static and dynamic characteristics. This system has the advantages of simple structure, easy expansion of functions, control ability, for mine.

Key words: mine hoist, Siemens 6SE70, PLC controller

目录

1 前言 4

2 交流提升机电控系统总体设计方案 4

3 西门子6SE70变频调速系统简介 6

3.1 变频调速装置硬件结构 6

3.2 变频调速装置软件结构 7

4 PLC控制的提升机操作保护系统 8

4.1 提升机操作保护系统概述 8

4.2 PLC控制的提升机操作保护系统 8

4.2.1 硬件结构 8

4.2.2 软件设计 9

4.3 PLC安全回路 9

5 PLC控制的提升机行程监控系统 9

5.1 控制器硬件构成 10

5.2 PLC系统软件概述 10

6 提升机变频调速系统仿真实验 10

6.1 基础数据 10

6.1.1 提升机主要参数 10

6.1.2 变频器参数的设置 11

6.2.1 各种保护的观察和试验 11

6.2.2 常规处理 13

6.3 仿真实验 13

结论 16

参考文献 17

致谢 18

1 前言

在大量老矿井中，大多采用的是绕线式异步电动机转子串电阻方式调速的交流调速的系列系统。据有关资料介绍，这种拖动方式采用绕线式异步电机转子串金属电阻实现起动加速，等速运行段工作于电机自然特性上，减速段和爬行阶段由动力制动或低频发电制动实现减速控制，减速前串电阻调速装置和低频或动力制动装置必须进行系统转换,转换过程控制只能靠制动闸施闸来进行速度控制,造成系统稳定性较差,控制方式自动化程度低，可靠性差，对人的技术素质和熟练程度要求高，容易出现误操作发生提升事故。低频拖动的关键是低频电源的产生，我国现存的低频拖动系统的低频电源大都是由低频拖动机组产生，现存的低频拖动机组均已设备老化，急需改造。这种交流拖动方式的特点可以看到，系统在整个运行过程中，其性能受负载的影响大，调速性能差，特别是在减速和爬行段尤为严重。负载重则减速快，使爬行距离加长，循环时间增加；负载轻则减速慢，在设计的减速距离内速度降不到爬行速度，造成过速、过卷的严重后果。因此，为了保证安全停车，只能将减速点设计的离停车点远一点，爬行距离长一些。这种权宜之讨还虽然降低了提升机的运行效率，但能保证其安全性。如何改善交流提升系统的性能，提高生产效率和自动化水平，已是多年来人们一直在探讨的问题[1]。

矿井提升机是矿山中必需设备，在矿井运输中起到很重要的作用，它就像电梯一样运输着人和货物上下，这是煤矿安全生产的必要条件，因此，需要一些国家法规和规章。

矿井提升机有两种：一种是直流传动和交流传动。直流传动和调速性能好，自动化程度高，广泛用于煤矿井下驱动能力超过1000kW、提升速度超过10m/s，但是直流驱动控制装置，电动机直流电机用于煤矿是比重小，根据资料显示，在中国直流提升机仅仅占的比例是10%，和直流提升机的制造，在使用上和维护方面相对交流提升机是昂贵和复杂的，所以人类想用交流代替直流提升机。然而很长时间以来，没有冲破的功率控制技术，选用转子串电阻调速的高能量水平速度的矿井提升机交流调速控制机，稳态和瞬态性能是不理想的。这些年，由于计算机技术和电力电子技术的发展，交流变频调速技术逐渐成熟，因此对交流提升机的速度控制系统的分析与研究，采用变频控制技术加快成熟，代替原有的交流提升机控制系统，提高安全性能对提升机非常重要意义 。

2 交流提升机电控系统总体设计方案

基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统由动力装置、液压站、变频器、操作台和控制监视系统组成，系统框图如图1.1所示。各部分功能如下。

图1.1 控制系统框图

动力装置：包括主电机、减速器、卷筒、制动器和底座，完成人、物、料的运输任务。主电机通过减速器向卷筒提供牵引所需的动力。

液压站：为提升机提供制动力，停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力；提升机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。变频器：是动力站的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。

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