1.基于PLC的矿井提升机控制系统设计
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。
【毕业设计】基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计
Including the detection modulecontrol moduleprotect moduledisplay module and
Shaft Hoist on The Basis of PLC Control
ABSTRACT
The traditional shaft hoist control system is always controlled by the
relay-contactor. The system has many disadvanges such as bad reliabilitycomplicated
采用该控制系统使提升机工作可靠使用方便同时具有动态显示的功能
节能效果明显。
关键词矿井提升机Байду номын сангаасPLC变频调速 洛阳理工学院毕业设计论文
II The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of
IV 4.2 变频器的抗干扰及其防止 ................................................. 36 结 论 .............................................................................................. 37 谢 辞 ................................................................................................ 39 参考文献 .......................................................................................... 40 附 录 .............................................................................................. 41 外文资料翻译 .................................................................................. 42 洛阳理工学院毕业设计论文
矿井提升机plc控制系统设计-正文
矿井提升机plc控制系统设计摘要矿井提升机制动系统，是矿井提升系统的安全保障环节，对矿井提升生产效率和工作性能都有着重要意义。
矿井提升机制动系统由液压站和制动器两部分组成，其制动性能直接影响到提升系统的稳定性与安全性。
矿井提升机制动系统的可靠性和准确性是矿井提升和安全运行的重要保证。
目前，提升机制动系统多采用盘式制动器，盘式制动器的制动力由液压泵站提供。
本文对提升机制动系统中液压站和制动器的结构组成及工作原理进行了简单的介绍，同时对相关参数进行计算，总结了提升机制动系统制动性能的评判要求，以及影响制动性能的主要因素。
为了保证液压泵站的安全运行，便于操作人员掌握工作状况，本文设计了提升机制动控制系统。
关键词：盘式制动器；液压站；安全目录1.引言 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)2.矿井提升机制动系统 (3)2.1提升机液压系统的组成与工作原理 (3) (3) (4) (5)2.2提升机盘式制动器的结构与工作原理 (6) (6) (7)2.3制动性能及其影响因素 (7) (7) (9)2.4系统硬件部分 (10)2.5系统软件部分 (11)3.结语 (12)参考文献 (14)致谢 (16)1.引言1.1研究背景及意义在煤矿企业生产过程中矿井提升机是十分关键及重要的设备之一，其主要功能是提升矿物以及升降人员，担负着采矿生产活动正常运行的重要任务，占有极其重要的地位。
提升机在运行时的安全性及可靠性是由其制动性能的优劣决定的。
在工作运行过程中矿井提升设备遇到故障，而没有采取有效地紧急制动措施，这种情况将导致的后果不仅是提升机设备自身损坏，而且极大的可能会造成人员伤亡的严重事故。
根据以往提升机出现故障事故的不完全统计结果分析，60%以上的提升故障都是由于制动系统出现问题而造成的。
国内煤矿到目前为止因为提升机制动系统故障而造成严重事件的例子有相城煤矿中的主斜井提升机就是由于制动系统在紧急制动过程中产生的制动力矩过大，断绳事件多次出现；而石台煤矿主井的提升机上由于没有及时保养清理，其制动盘出现过多的油污，导致在紧急制动过程中产生的制动力矩过小，在工作运行中致使重载箕斗坠入井底，导致了生产不能正常进行及巨大的经济损失。
基于PLC 的矿井提升机变频调速控制系统
目录摘要 (III)关键词 (III)Abstract (IV)Keywords (IV)第1章绪论............................................................. - 1 -1.1国内外矿井提升机发展现状......................................... - 1 -1.1.1国内矿井提升机电气控制系统的现状........................... - 1 -1.1.2国外提升机电气控制系统的现状............................... - 2 -1.2课题研究的目的和意义............................................. - 3 -1.3本论文承担的任务................................................. - 4 -1.4小结............................................................. - 5 - 第2章矿井提升机调速控制系统分析....................................... - 6 -2.1引言............................................................. - 6 -2.2提升机工作原理及机械结构......................................... - 6 -2.3提升机调速控制方式及调速性能分析................................. - 7 -2.3.1提升机直流调速性能分析..................................... - 7 -2.3.2提升机交流调速性能分析..................................... - 8 -2.4提升机调速控制方案分析........................................... - 9 -2.4.1传统转子回路串电阻调速系统................................ - 10 -2.4.2模糊控制调速系统.......................................... - 10 -2.4.3直接转矩控制系统.......................................... - 11 -2.4.4矢量控制变频调速系统...................................... - 12 -2.5小结............................................................ - 14 - 第3章提升机调速控制系统硬件实现...................................... - 15 -3.1引言............................................................ - 15 -3.2提升机电控系统总体结构.......................................... - 15 -3.3提升机电控系统变频器选择........................................ - 17 -3.4变频控制部分设计................................................ - 17 -3.4.1变频调速主系统设计........................................ - 17 -3.4.2变频器外部电路设计........................................ - 20 -3.5 PLC控制部分设计................................................ - 24 -3.5.1基本控制功能.............................................. - 24 -3.5.2位置检测电路.............................................. - 28 -3.6硬件调速控制系统保护措施........................................ - 29 -3.6.1热继电器过载保护.......................................... - 30 -3.6.2调速控制系统抗干扰处理.................................... - 31 -3.7小结............................................................ - 33 - 第4章提升机调速控制系统软件实现...................................... - 34 -4.1引言............................................................ - 34 -4.2矿井提升机中S型速度曲线建模及实现.............................. - 34 -4.2.1速度曲线的选择及给定方法.................................. - 34 -4.2.2提升机理想S形速度曲线数学模型............................ - 35 -4.2.3理想速度曲线的实现........................................ - 39 -4.3调速控制系统软件流程............................................ - 42 -4.4小结............................................................ - 44 - 第5章全文总结........................................................ - 45 -5.1提升机电控系统主电路部分........................................ - 45 -5.2控制系统软件设计部分............................................ - 45 -5.3提升机速度控制理论分析及抗干扰保护.............................. - 46 - 参考文献............................................................... - 47 - 致谢................................................................... - 48 -基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计摘要传矿井提升机是煤矿安全生产的关键设备之一，其作用是提升煤炭、矸石，升降人员和下放物料等，在整个煤矿生产中占有十分重要的地位。
PLC控制的矿井提升机系统设计
器及调速电阻 ，提高了系统的可靠性，改善了操作人员 的工作环境 ，使 作，进行安全制动，这样可有效减少紧急制动造成的危害。
噪音及室温降低了很多；调速连续方便 ，分段预置频率 ，能根据负荷 隋 ３．３ 减速段超速保护。在整个提升机运行过程中，减速段是非常关键
况连续平滑调节转速 ，无机械冲击现象 ；实现了低频低压 的软起动和 的阶段，提升事故多发生在减速 以后的行程段。提升机能否安全到
源 ，过载、过流保护。避开变频器投 ＾时直流回路电容器的充电电流峰 社 ．１９９７．
值 ，变频器配置的断路器容量为电机额定电流的 １．３ １．４倍 ，整定值为 ｆ２］陈伯时．自动控制系统：电力拖动控制［Ｍ】．北京：中央广播 电视 大学 断路器额定值的 ３～４倍；２）输入电抗器，降低谐波 ，抑制浪涌电压 ，改 出版 社 。１９９５．
民 营科 技 ２０１６耳 弟 Ｚ期
ＰＬＣ控制 的矿井提 升机 系统设 计
’
王 立 奎 刘 古炎
（黑龙江省双鸭 山市宝清县煤矿 安全监察 大队 ，黑龙江 宝清 １５５６００）
摘 要 ：对 ＰＬＣ控 制的矿 井提 升机 系统 总体设计进行 了介绍 ，并重点 分析 了矿 井提 升机 系统 变频调速设计与提升机保护。 关 键 词 ：ＰＬＣ控 制 ；提 升 机 ；安频 洞速
１ 总体 设计
脚踏制动、闸瓦保护 ，超速、低速保护等 ，提升机在运行中，它们始终监
矿井提升机控制系统各部分关系如图 １所示。
视提升机的安全运行 ，如有上述不正常的状态 ，即会发出报警声光信
号并紧急制动 ，以确保提升的种保护都是以行程为依据的 ，
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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矿井提升机变频控制系统设计
பைடு நூலகம்IV
第 1 章 引言
1.1 国内外矿井提升机发展现状
矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统 的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平，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。 1.1.1 我国矿井提升机电气控制系统的现状 在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用，它是矿山生产的关键设备。 提升机电控装置的技术性能，既直接影响矿山生产的效率及安全，又代表着矿井 提升机发展的整体水平。目前，我国的矿井提升机 90% 以上是采用单机容量在 1000kW 以下传统的交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器—接 触器构成逻辑控制装置。其中多半为电动机—发电机组（F-D 机组）供电，采用晶 闸管整流传动（SCR-D）的只占一部分。 传统交流拖动系统的显著缺点是：调速性能差，调速时能量要大量消耗在电 阻上，给定方式落后，控制精度低，安全保护和监测环节不完善，安全可靠性差， 维护工作量大，而且运行不经济[1]。 由于异步电动机在低速运行时特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的 制动力矩 ，因而难于准确地控制提升机的停车位置。目前多采取动力制动或低频 拖动加制动的方式完成减速、爬行和停车。目前在用的动力制动及低频电源大多 数为采用模拟技术控制的晶闸管装置，仍存在调速困难、维护量大的问题。传统 交流电控系统可靠性差的另一个原因是安全保护、闭锁及监测系统不完善，均为
III
3.1.1 提升机变频器的容量选择 ..................................... 17 3.1.2 提升机电控系统变频器选择 ................................... 17 3.2 提升机系统变频器外部电路设计 .................................. 18 3.2.1 提升机调速系统的声光报警回路 ............................... 20 3.2.2 提升机调速系统的制动控制回路 ............................... 20 3.3 提升机调速系统的 PLC 控制部分设计 .............................. 24 3.3.1 提升机调速系统的 PLC 的 I/O 端口 ............................. 25 3.3.2 提升机调速系统的 PLC 外部电路设计 ........................... 26 3.3.3 提升机调速系统各部分的 PLC 控制 ............................. 28 第 4 章 提升机调速控制系统软件设计和调试 ............................. 32 4.1 提升机调速系统的控制程序流程 .................................. 32 4.1.1 提升机调速系统的中断子程序功能 ............................. 33 4.1.2 提升机调速系统的故障处理子程序功能 ......................... 33 4.2 提升机调速系统的程序梯形图 .................................... 33 4.3 提升机调速系统的程序调试 ...................................... 33 第 5 章 结论 ......................................................... 37 参考文献 ............................................................ 39 谢 附录 辞 .............................................................. 41 矿井提升机调速系统的控制程序 .................................. 42
基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计
基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计摘要本文针对提升机控制系统中存在的上述问题,把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。
根据提升机的运行特点,控制系统采用工控机监控提升机变频调速系统, PLC控制系统、变频调速系统等组成。
为了提高系统的可靠性，对提升机各种物理量及控制单元进行控制监控。
提升机的动态监测由工控机或触摸屏和组态软件组成.用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程和工程所需要的信息报表以及结果打印等。
主控系统采用PLC系统,硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小,配合一些专用电子模块组成的提升机控制设备,可供控制高压带动动力制动或低频制动等。
同时能检测各电机故障现象并送往上位机显示。
减少了传统继电器接触式控制系统的中间环节，减少了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性。
关键词：矿用提升机；变频调速；矢量控制；可编程控制器The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTElevator Control System In this paper, the above problems exist in the PLC and frequency converter used in elevator control system，and for a more in—depth feasibility study. According to the operation of hoist features，the control system IPC VVVF elevator control system，PLC control systems, frequency control system components. In order to improve system reliability，and various physical quantities on the elevator control unit to control monitoring。
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。
基于plc的矿井提升机调速控制系统设计
基于plc的矿井提升机调速控制系统设计摘要：本文主要介绍了基于 PLC 的矿井提升机调速控制系统的设计及其实现。
该系统采用了三菱 FX3U 系列 PLC 作为控制主机，利用变频器对提升机的电机进行控制，实现了电机的有序启停和调速功能。
通过对系统进行仿真和实际测试，证明了该系统的稳定性和可行性，具有较高的应用价值。
关键词：PLC，提升机，调速控制，变频器1.引言矿井提升机作为矿井井下运输系统中的一种主要设备，其稳定性和可靠性对矿山产能和生产效率具有重要影响。
目前，国内外矿井提升机控制系统的设计和研发已经得到了广泛的关注和开发，通过对传统矿井提升机控制系统进行升级和改进，不仅可以大幅提高矿井提升机的运行效率，还可以降低管理成本、提高安全性。
本文基于 PLC 技术，设计了一种可控的矿井提升机调速控制系统。
该系统利用 PLC 控制器和变频器对提升机的电机进行控制，实现了提升机电机的有序启停和调速功能。
通过对该系统进行仿真和实际测试，证明了该系统具有高度的稳定性和可靠性，具有较高的应用价值。
2.系统设计2.1系统结构图 1 所示为基于 PLC 的矿井提升机调速控制系统的结构框图。
系统分为三个部分：上位机、PLC 控制器和提升机电机。
其中，上位机负责控制系统的运行状态和参数设置；PLC 控制器利用变频器对提升机电机进行控制；提升机电机通过传感器检测提升机的运行状态，并将状态反馈给 PLC 控制器。
2.2系统功能该系统主要实现以下功能：（1）控制提升机电机的有序启停和调速功能。
（2）通过传感器检测提升机的运行状态，并将状态反馈给 PLC 控制器。
（3）实现上位机对系统参数的设置和监测。
3.系统实现3.1PLC 编程在本系统中，采用三菱 FX3U 系列 PLC 作为控制主机，使用 GX Works2 编程软件进行编程。
PLC 主要负责控制变频器的输出频率，实现提升机的有序启停和调速控制。
程序流程如下：（1）初始化：读取提升机电机的初始状态；（2）监测信号：通过传感器检测提升机的状态，并将状态反馈给 PLC 控制器；（3）参数设置：上位机通过 Modbus 协议向 PLC 控制器输入控制参数；（4）控制变频器：根据输入的控制参数计算出变频器的输出频率，控制提升机电机的速度；（5）循环：根据变频器的输出频率不断调整提升机的运行状态。
基于PLC的矿井提升机控制系统
摘要矿井被称作地下矿井系统的咽喉,是井下与地面最重要的通道.矿井提升机承担着矿井与井下人员、矿料、设备等物资运输的重任,是整个矿井系统中的核心部分，矿井提升机的安全可靠运行至关重要。
所以设计一套安全可靠的矿井提升机控制系统具有极大的意义.PLC出现后以其显著优点迅速成为工业生产控制系统的主流发展方向，其可靠性高,抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制程序可变,具有很好的柔性功能完善;扩充方便，组合灵活,极大减少控制系统设计及施工工作量；体积小，重量轻；非常适用“机电一体化"设备。
基于PLC设计矿井提升机控制系统，极大满足对大型机械控制安全与可靠性的要求,且节能环保，便于操作与维护。
关键词：矿井提升机;PLC；控制系统.AbstractThe mine is called the throat of the underground mine, which is the most important channel of the underground mine。
The mine hoist bears the heavy responsibility of the mine and the underground personnel，the ore material，equipment and so on。
It is the core part of the entire mine system，and the safe and reliable operation of the mine hoist is very important。
Therefore, it is of great significance to design a safe and reliable control system of mine hoist。
PLC appears with its remarkable advantages quickly become industrial production control system of the mainstream of the development direction of, the high reliability, strong anti—interference ability; programming is simple, easy to use；variable control procedures，with perfect good flexible function；to facilitate the expansion，flexiblecombination，greatly reducing the control system design and construction work；has the advantages of small volume, light weight；very applicable electromechanical integration equipment。
基于PLC矿井提升机控制系统设计
PLC智能控制系统的优势
5、便于维护：PLC智能控制系统具有较小的体积和较轻的重量，安装和维护 较为方便，同时具有自我诊断和故障修复功能，能够减少维护工作量和维修成本。
四、系统测试与评估
最后，在系统正式投入使用后，应持续对控制系统的运行情况进行监控和维 护，及时处理潜在的问题和故障，确保控制系统的稳定性和可靠性。
五、总结与展望
五、总结与展望
基于PLC的矿井提升机控制系统在设计、实现和测试过程中，都取得了较好的 结果。通过合理选择硬件设备和优化软件算法，控制系统在提升机的安全性和可 靠性方面得到了显著提高。严格的测试与评估为控制系统的稳定运行提供了有力 保障。
在硬件实现方面，选择具有较高可靠性和稳定性的PLC控制器，如Siemens S7系列或Rockwell AB系列。输入输出模块根据实际需要选择相应的型号，以满 足信号类型和电压等级的要求。通信模块可采用以太网或RS485串口通信方式， 具体取决于上位机和其他设备的通信协议。执行器则根据控制信号的特性选择合 适的电液比例阀或变频器等设备。
三、系统实现
在软件实现方面，采用模块化编程方法，将控制算法、故障诊断和安全保护 等功能划分为不同的模块，便于维护和升级。同时，使用实时数据库技术，实现 数据共享和交互，提高整个控制系统的响应速度和稳定性。
四、系统测试与评估
四、系统测试与评估
为了确保基于PLC的矿井提升机控制系统的稳定性和可靠性，需要进行严格的 测试与评估。
五、总结与展望
然而，随着矿山生产技术的不断发展和自动化水平的提高，基于PLC的矿井提 升机控制系统仍有许多可以改进和完善的地方。例如，可以引入更多智能控制算 法，如神经网络、模糊控制等，以提高控制系统的复杂度和适应性。加强与上位 机等其他设备的通信协议和数据交互，实现提升机控制系统的远程监控和故障诊 断，提高
最新【毕业设计】基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计摘要传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制。
这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。
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，提高整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。
本文把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。
论文根据矿井提升机的运行特性要求，对变频器和PLC 进行选型，并对系统的软、硬件进行设计，其中包括检测模块、控制模块、保护模块、显示模块和抗干扰模块的设计，最后进行系统集成和调试。
采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。
关键词：矿井提升机， PLC，变频调速The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTThe traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy –wasting and low efficiency. we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system.The paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and frequency converter to the system，and have carried on deeper research in feasibility.Paper based on the operation of mining properties hoist requirements，the selection of frequency converter and PLC，and the system software and hardware design. Including the detection module，control module，protect module，display module and anti-jamming module design，the final system integration and debug.Adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.KEY WORDS: Shaft hoist，PLC，Frequency conversion目录前言 (1)第1章矿井提升机变频调速系统的设计 (3)1.1 矿井提升机对电气控制系统的要求 (3)1.2 提升机调速控制系统方案设计 (4)1.2.1 控制单元基本原理 (4)1.2.2 调速基本原理 (6)1.2.3 系统设计 (8)第2章矿井提升机变频调速系统的硬件设计 (11)2.1 PLC的设计 (11)2.1.1 PLC简介 (11)2.1.2 PLC的选型 (12)2.1.3 PLC外围电气控制 (13)2.2 矿井提升机及电机的选型 (14)2.2.1 矿井提升机 (15)2.2.2 箕斗的选定 (16)2.2.3 预选提升电机 (17)2.2.4 参数计算 (17)2.2.5 电机容量校核 (21)2.3 变频调速系统 (21)2.3.1 变频器 (21)2.3.2 变频调速基本原理 (24)2.3.3 变频器的选型 (25)2.3.4 变频器主电路设计及参数设定 (27)第3章矿井提升机变频调速系统软件设计 (30)3.1 提升机PLC控制要求 (30)3.2 程序设计 (30)第4章系统抗干扰措施 (35)4.1 PLC的抗干扰 (35)4.2 变频器的抗干扰及其防止 (36)结论 (37)谢辞 (39)参考文献 (40)附录 (41)外文资料翻译 (42)前言本文以某煤矿主立井提升机调速控制系统为工业背景，在已经非常成熟但调速方法比较落后的交流拖动技术基础上，通过基于PLC的变频控制技术在矿井提升机行程、速度和制动控制中的应用，阐述了新型矿井提升机调速控制系统的设计与应用情况。
基于PLC的矿井提升机电控系统研究
基于PLC的矿井提升机电控系统研究1. 引言1.1 研究背景矿井提升机作为矿山生产中的重要设备，其电控系统的稳定性和安全性对矿山生产起着至关重要的作用。
传统的矿井提升机电控系统存在着操作复杂、维护困难、故障率高等问题，严重影响了生产效率和安全性。
随着工业自动化技术的发展，基于PLC的矿井提升机电控系统逐渐成为研究的热点。
PLC具有可编程、灵活性强、可靠性高等优势，能够实现对提升机的精确控制和实时监测，提高了提升机的运行效率和安全性。
目前国内外对基于PLC的矿井提升机电控系统的研究还比较有限，尤其是在系统设计方案和效果分析方面存在较大的空白。
对于基于PLC的矿井提升机电控系统的研究具有重要的实践意义和指导意义。
通过本文对矿井提升机电控系统的研究，可以提高矿山生产的效率和安全性，推动矿山智能化技术的发展，为矿山生产带来更加可靠和高效的解决方案。
1.2 研究意义矿井提升机在矿山生产中起着至关重要的作用，其电控系统的性能稳定性和可靠性直接影响到生产效率和安全性。
本研究旨在通过引入PLC技术，提高矿井提升机电控系统的自动化水平和智能化程度，解决传统电气控制系统存在的问题，提升提升机运行的安全性和稳定性。
通过基于PLC构建的矿井提升机电控系统，可以实现各种复杂的控制功能，提高系统的响应速度和准确度，降低系统的故障率和维护成本。
PLC技术具有模块化、可编程性强和易于扩展的特点，便于系统的升级和优化，适应矿井提升机在实际生产中的不断变化需求。
研究基于PLC的矿井提升机电控系统不仅可以提高矿井提升机的运行效率和安全性，还可以为相关领域的研究和工程应用提供参考和借鉴。
通过本研究的深入探索和实践，可以进一步推动我国在矿山机电控制领域的发展和创新，提升我国矿山生产的技术水平和竞争力。
1.3 国内外研究现状在国内外，矿井提升机电控系统的研究已经取得了一些重要进展。
国内研究方面，目前主要集中在提升机的控制策略和系统设计上。
基于PLC的煤矿提升机控制系统设计
的核心ꎬＰＬＣ 主要采集速度信号、运动状态等信号ꎬ 并控制其运行过程ꎬ上位机实时监控整个系统ꎬ并将 数据实时存储和进行运算ꎮ 如果出现故障ꎬ则分析 故障并将故障记录下来[３] ꎮ 系统控制流程图见图 ４ꎮ
图 ４ 系统控制流程
图 １ 煤矿提升机组成示意
２ 基于 ＰＬＣ 的控制系统设计
２. １ ＰＬＣ 控制系统总体方案设计
图 ２ 煤矿提升机变频调速控制系统
２. ２ 硬件的选择及电气连接 Ｓｉｅｍｅｎｓ ( 西 门 子 ) 公 司 ＰＬＣ 的 Ｓ７ － ２００ －
收稿日期:２０１８���０���４���０���９ 作者简介:原鹏程(１９８６ － ) ꎬ男ꎬ山西长治人ꎬ助理工程师ꎬ从事机电工作ꎮ
煤矿用提升机变频调速控制系统在 ＰＬＣ 基础 上设计完成ꎬ主要由如下几部分构成ꎬ动力装置、变 频器、液压站、操作台与监控系统ꎬ如图 ２ 所示ꎮ 工 作原理为:首先ꎬ采取必要的安全措施ꎬ完成一系列 准备工作ꎮ 当接受到开车指令时ꎬ将启动按钮按下ꎬ 此时ꎬＰＬＣ 将通过操作给变频器接入 ３８０ Ｖ 的电ꎬ随 后ꎬＰＬＣ 会通过操作机构使液压制动闸在松开状态ꎬ 同时 ＰＬＣ 会使主令控制器到达正向ꎬ提升机此时开 始工作ꎬＰＬＣ 控制运动速度ꎬ具体为数字信号通过 Ｄ / Ａ 转换器变为模拟信号ꎬ然后由输出模块输出ꎬ 变频器则由输出模块输出的模拟信号来驱动ꎬ但变 频器的输出频率可由操作台上的速度控制手柄来控 制ꎮ 电动机的转动可由旋转编码器检测ꎬ并将检测 信号传输给编码控制器ꎬ此时ꎬＰＬＣ 通过分析可得提 升机的速度和行程ꎬ提升机的速度和行程则实时显 示在监视屏上[２] ꎮ
３７
２０１８ 年 ６ 月 原鹏程:基于 ＰＬＣ 的煤矿提升机控制系统设计 第 ２７ 卷第 ６ 期
基于PLC的煤矿提升机控制系统设计
总第214期2021年第2期机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTTotal214No.2,2021自动化技术与设计D01:10.16525<l4-1134/th.2021.02.090基于PLC的煤矿提升机控制系统设计张旭（晋能控股煤业集团有限公司马脊梁矿，山西大同037027）摘要：为提高煤炭生产安全性和高效性，进一步提高煤矿生产自动化水平，设计了基于PLC的煤矿提升机控制系统。
通过研究变频器控制原理，完成硬件电路设计和软件程序优化实现对提升过程的控制、ModBus通信及监控功能，通过增加过载、超速等监测装叠，提高煤矿井下生产设备控制系统稳定性和安全性。
关键词：煤矿提升机PLC控制中图分类号:TD421.5文献标识码:A文章编号:1003-773X（2021）02-0206-03引言煤炭作为我国主要能源来源，其安全高效生产对于能源安全至关重要，煤矿提升机作为煤炭开采运输的重要组成部分，担负着矿井上下人员快速安全运输的重要任务切。
机械化采煤装置的大规模使用进一步提高了煤矿生产效率和自动化水平，并极大地节省了人力物力，同时随着生产水平的提高，对控制系统的安全性和可靠性要求进一步提高，传统继电控制系统主导的控制系统难以满足生产需求閃。
为了进一步提高煤矿提升机系统控制的自动化水平,增强煤炭生产运输过程的精确性和可靠性,需要使用PLC数字控制技术，其具有编程语言直观、抗干扰能力强、系统稳定性好、便于功能添加等优点,更适应于煤矿井下的复杂生产环境。
1控制系统整体方案为确保提升工作安全进行，煤矿提升机系统（见图1）主要由以下6部分组成:执行单元、减速单元、制动单元、润滑单元、电子控制单元和保护单元等，其中执行单元由轴承、卷筒及其附属基座等结构构成,主要完成负载力矩输出并达到提升物品的目的；减速单元通过调节齿轮转速转比，完成输出力矩的调节,从而调整提升速度;制动单元作为平稳控制执行单元停止的装置,主要由盘式制动器组成；润滑单元控制润滑油的输送量完成系统整体运行摩擦力和设备温度的调节工作，保证设备的机械性能满足运行要求并提高其使用寿命叫电子控制单元在传感器采集数据的基础上，对提升机的位置、速度等当前状态信息进行判断，利用既定策略完成对提升机的启动、运行、停止的控制;保护单元通过旋转编码器等装置检测当前系统状态,防止发生失速、超载等故障，保证系统运行安全凶。
矿井提升机的PLC控制系统设计
而在本设计中，也特别需要在安全方面做出应有的装置，安全回路，故障报警等等设计内容都为矿井提升机的安全运行提供了更好的保障。
调速方式
矿井提升机调速基于异步电机，转速公式为：
（2-1）
因此想要改变电机转速，可通过的方式有：改变转差率s，改变电机的极对数p，改变供电频率f。
从调速的本质来看，可分为改变同步转速或者不改变同步转速两种。
在本次设计中选择了三菱公司的一款PLC产品，它的功能强大，能够很好地满足本次的设计任务。通过该款PLC产品，配合变频器的使用，能够很好地控制矿井提升机正常运行，也为将来的功能调整提供便利。
变频技术简介
异步电机的转速主要有电压和频率决定。而现代变频器技术则是通过改变电源频率的方法来进行调速的控制设备，是一种整合了微电子技术和变频技术的新型调速方式。变频器主要由整流、滤波、逆变三大部分组成。其中对于频率的调整是选择了电力电子开关器件来实现的。通过对于多个电力电子开关器件的正确连线，在使用中通过开关的通断可以进行无极的频率电压参数调节，这种新型的调速方法不但可以达到调速的预期目的，相比传统的电阻调速，它还在节能方面有更突出的优势。市面上绝大多数变频器均拥有自己的丰富的辅助功能，在电力控制的流程中，一旦产生了过载，过压等等危险的故障现象，变频器能够通过安全回路和过载保护功能来很好的保护电机，同时提升了矿井提升机运行中的安全系数。正是由于变频技术随着自动化技术的提升而越来越先进，目前，已经在各类工业级电机的运行控制调速系统中，已经成为了不可忽视的一种先进调速思路。
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基于 PLC 的矿井提升机控制系统设计2010-2-9 20:25:00 来源：1 引言 目前， 我国绝大部分矿井提升机（超过 70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a 为代 表）。
tkd 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。
经过多年的发展，tkd-a 系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之 处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提 升机因电气故障停车事故不断发生。
采用 plc 技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提 升实践，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控 技术发展的趋势。
2 总体设计方案 基于 plc 技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图 1 所示，要由以下 5 部分组成： 高压主电路（包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控 plc 电路、提升行程 检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控 制电路。
图 1 矿井交流提升机电控系统框图 工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。
司机将制动手柄 向前推离紧闸位置，主电动机松闸。
司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向） 极端 位置，主控 plc 通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电 动机接入全部转子电阻启动，然后依次切除 8 段电阻，实现自动加速， 最后运行在自然机械 特性上。
交流提升机运行时， 旋转编码器跟随主电动机转动，输出 2 列 a/b 相脉冲，分别接到 主控 plc 的高速计数器 hsc0 的 a/b 相脉冲输入端，由主控 plc 根据 a/b 脉冲的相位关系，自动确 定 hsc0 的加、减计数方式。
根据 hsc0 的计数值，就可以计算出提升行程并显示。
同时只根据 旋转编码器输出的 a 相脉冲，主控 plc 进行加计数。
根据 hsc1 在恒定间隔时间内的计数值，就 可以计算出提升速度。
3 硬件设计 3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。
主回路 由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、 提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的指 示电流表和电压表等组成。
系统原理图如图 2 所示。
图 2 提升机主回路系统原理图 图 2 提升机主回路系统原理图 主拖动电机选择：鼠笼式异步电动机尽管结构简单、价格便宜、维护方便，但很难满足提升机 启动和调速性能的要求，因此，矿井提升机交流拖动系统均选用绕线式异步电动机作为主拖动主拖动电机选择：鼠笼式异步电动机尽管结构简单、价格便宜、维护方便，但很难满足提升机启动和 调速性能的要求，因此，矿井提升机交流拖动系统均选用绕线式异步电动机作为主拖动电动机，绕线 式异步电动机转子串电阻后能限制启动电流和提高启动转矩，并能在一定范围内进行调速。
地面变电 所送来的二路 6kv 电源，一路工作，一路备用，经 tgg-6 型高压开关柜的隔离开关 glk1、油开关 gyd、 高压换向器线路接触器 xlc 的主触头、正向（或反向）接触器 zc（或 fc）后到主电机的定子。
在高压 开关柜内还设有电压互感器 yh，失压服扣线圈 syq，电流互感器 lh 和过流脱扣线圈 glq，用于失压或 过流保护。
在 syq 线圈回路中还串联接有紧急停车开关 jtk1 和换向器室栏栅门闭锁开关 lsk。
3.2 制动回路设计 矿井提升机大多数采用绕线式异步电动机来拖动， 且多数场合下采用有级切换转子回路电阻来实现调 速。
其制动系统多采用可控硅动力制动和可调闸制动系统。
前者为电气制动，后者为机械制动。
提升 机在减速段运行中， 当速度在 0～5%范围内， 电气制动起作用， 可调闸不起作用； 当超速在 5%～10% 范围内， 电气制动限幅， 并维持最大制动功率， 同时可调闸起作用， 总制动力矩增大； 当超速 10%时， 过速继电器 gsj1 作用于安全回路，可调闸将提升机滚筒闸住。
晶闸管动力电源装置主要有两部分组成，一部分为主回路，另一部分为触发回路。
本文设计中采用 kzg 型三相可控硅动力制动系统。
此系统为单闭环动力制动系统，系统方框图如图 3 所示，从图中可 以看出速度偏差控制和脚踏控制是“或”的关系，哪个信号大，就允许哪个信号通过，亦即相应的控制 方式发挥作用。
因此，单闭环控制时司机可以脚踏制动进行控制，而在脚踏控制时，如提升机超速， 闭环系统又可起监视保护作用。
图 3 单闭环动制动系统方框图 3.3 速度给定回路 速度给定方式就是按行程原则产生速度给定信号。
在矿井提升机电控系统中，通常是采用凸轮板给定 方法， 即由凸轮板控制自整角机的输出电压。
由于自整角机没有可滑动的触点， 因此电压变化较平稳， 工作较可靠，维护量较小。
原理图如图 4 所示。
图 4 速度给定电路 自整角机作为给定装置应用时是将激磁绕组通以单相 110 伏交流电， 在三相同步绕组中任取两相的输 出作为给定电压的输出。
其输出电压为交流，如需要直流则应通过桥式整流输出。
3.4 动力制动回路 晶闸管整流器及其触发装置成套地装在电源柜中， 动力制动电源装置输出电压的大小与触发装置输入 的控制信号电压的高低有关。
图 5 动力制动电压形成回路 控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，如图 5 所示。
只要其中之一达到触发要求时，即可使晶 闸管触发起制动作用。
这两个回路，一个是由实际速度与给定速度形成的速度偏差值，自动控制 cf3 磁放大器的输出和动力制动输出，另一条回路由司机控制自整角机 cd2 的输出以实现人工调节。
在人工控制动力制动系统时，由司机控制脚踏板带动自整角机 cd2 发生控制电压。
调整时应使其与磁 放大器 cf3 的输出相配合。
当脚跟刚刚踩下，脚尖尚未下踏时，相当于控制开关闭和，使 dzc 得电吸 合，晶闸管动力制动投入，但此时自整角机 cd2 输出很小，动力制动电流最小。
当司机脚尖踏下后， 自整角机 cd2 输出最大。
在脚踏动力制动与 cf3 输出回路中，分别由 z1 和 z2 两个二极管组成一个或门电路，此两种控制信号 成并联关系，互不影响。
3.5 行程检测与显示 利用旋转编码器将提升机的运行位置转化为脉冲，plc 对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动 生成提升机位置的相关数据，传送到 plc 内部高速计数器的存储单元。
为了提高计数器的脉冲精度， 选用日本 omron 公司的 e6c-cwsc 型可逆旋转编码器，其脉冲准确精度高，在低速时不会丢失脉冲。
为了便于提升机司机操作，提升机电控系统需设置可靠的行程显示装置（又称深度指示器）用于显示 提升容器在井筒中的位置。
本文设计根据编码器所测的运行距离（0～570m），采用 3 个 led 七段显 示器作为提升机位置的显示。
图 6 plc 数字显示电路 图 6 所示电路中，用具有锁存，译码，驱动功能的芯片 cd4513 驱动共阴极 led 七段显示器，三只 cd45 -13 的数据输入端 a～d 共用可编程控制器的 4 个输出端，其中 a 为最低位，d 为最高位。
le 是锁存使 能输入端， le 信号的上升沿将数据输入端输入的 bcd 数锁存在片内的寄存器中， 在 并将该数译码后显 示出来。
如果输入的不是十进制数， 显示器熄灭。
为高电平时， le 显示的数不受数据输入信号的影响。
显然，n 个显示器占用的输出点数为：4+n。
3.6 辅助回路设计 辅助回路是用于对辅助设备进行供电和控制的。
辅助回路的电源电压为交流 380v，两回路供电。
辅 助回路所带负荷有：晶闸管动力制动电源装置、制动油泵电动机、润滑油泵电动机等。
4 提升机主电动机转子电阻计算 电动机转子电阻的计算，对提升设备的正常运转有着重要的作用。
进行启动电阻计算时，首先应确定 预备级级数和加速级级数。
因为所选的级数直接影响到最大切换力矩的增大或减小及平均启动加速度 的提高或降低，甚至由于过载能力不够而需加大电动机容量，故应全面考虑，选出经济合理的级数。
一般情况下，预备级级数和加速级级数的选择见附表所示。
三相平衡启动电阻的计算方法很多， 但基本上可分为两种类型： 一类是按给定加速度来计算启动电阻， 另一类是以充分利用电动机的过载能力为出发点来计算。
因第一类方法计算简便准确，故本文中采用 此方法计算。
5 plc 控制系统设计 5.1 主控 plc 控制电路设计根据提升机的运行方式和煤矿企业的固有特点，国产矿井提升机电控制系统中应用 plc 也发展很快。
但从现场使用情况来看，目前，在国产煤矿提升机控制系统中，plc 主要用于处理开关量，以替代老 式提升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统，而涉及到提升机安全运 行的制动系统中的模拟量和自动调节过程，大多还是通过用半导体器件、运算放大器等可调闸和可控 硅动力制动的普通电子模式来处理。
使用过程中经常会出现零点漂移、电子元件损坏，并且存在维修 及重新调试难、可靠性差等缺点，因而使提升机电控系统的可靠性降低。
针对上述问题，深入研究用 plc 控制煤矿提升机控制系统是非常必要的。
本文中主控单元可编程序控制器 （plc） 设计， 由一个 cpu226 主机和两片 i/o 扩展模块 em223 和 em222 组成，设计含有 40 个输入点 40 个输出点， 则具体 i/o 接线如图 7 所示。
图 7 主控 plc 电路及扩展 i/o 接线 5.2 plc 控制软件设计图 8 主程序控制流程图 plc 控制软件主程序流程图如图 8 所示。
（1） 初始化子程序用于对高速计数器 hsc0 和 hsc1 进行以下操作： 写控制字， 定义工作模式， 清零， 写设定值， 设置定时中断， 连接中断， 启动计数。
（2） 制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和安全阀电磁铁等的控制 属于交流提升机安全运行所需辅助设备的控制。
（3） 制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。
（4） 调绳闭锁回路是在调绳过程中起安全保护作用。
双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关 1hk-3 断开，使调绳连锁环节串入安全回路。
正常运行时，lhk-3 接通，调绳连锁不起作用。
（5） 提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。
（6） 位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置。