斜井提升机控制系统设计
本次的控制系统设计，采用了PLC和变频器相结合的方式来对提升机的速度进行调控。在重量检测装置满足要求之后，系统开始运行，通过编写的程序来传送信号给变频器，改变电机的正反转以及加减速，同时在运行过程中记录下提升机的位置。所有的操作以及位置、数量的显示都可以在人机界面上进行，在出现意外故障的时候，通过监控可以快速让提升机急停或者进入斜井里面的安全通道避免损失的发生。整个系统包括显示模块、检测模块、保护模块、控制模块。它不仅减少了传统的接触器—继电器控制方式的中间环节，而且大大地减少了控制线的数量，极大提升了整个系统的稳定性。 M000164
关键词：斜井提升机 变频调速 PLC可编程控
The Design Of The Inclined Shaft Hoist Control System
For the design of control system,Adopt the way of the combination of PLC and frequency converter for elevator speed control.The control system is running after meet the requirements of weight detection device, transmit signal to frequency converter by the program,to change the motor rotation speed and positive or negative,also record the operation of the elevator position an the same time.All the operation and location,the number was conducted on the man-machine interface.When unexpected fault by monitoring can quickly make the hoist urgent stop or go in to the inside safely channel,to avoid the happening of the loss.The whole system includes a display module, test module, protection module, control module, the system integration and debugging. It not only reduces the traditional way of contactor, relay control of the link and greatly reduce the number of the line of control, greatly improved the stability of the whole system
Key words: Shaft hoist; Frequency conversion; PLC programmable control
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1 绪 论 1
1.1 国内外斜井提升机发展状况 1
1.1.1 我国斜井提升机的发展历程与现状 1
1.1.2 国外提升机的发展趋势 1
1.2 本课题研究的目的与意义 2
2 方案设计 3
2.1 方案要求 3
2.2 调速方案的选择 3
2.2.1 斜井提升机对控制系统的要求 3
2.2.2 斜井提升机的电控方案 4
2.2 控制系统方案选择 5
2.2.1 单片机控制系统 5
2.2.2 可编程控制PLC控制系统 5
3 提升机系统硬件设计 7
3.1 总体结构 7
3.1.1 总体结构分析 7
3.1.2 斜井提升机原始资料 7
3.2 电动机的计算与选择 8
3.2.1 提升机运动过程的简单分析 8
3.2.2 钢丝绳 9
3.2.3 卷筒和天轮的选择 10
3.2.4 电动机的计算与选型 13
3.3 电动机功能的校核 14
3.4 重量传感器的选择 18
3.5 接触器的选择 19
3.6 断路器的选择 20
3.7 电磁制动装置 21
3.8 触摸屏 21
4 提升机变频调速系统 23
4.1 提升机变频调速基本原理 23
4.2 变频器的选择与参数设计 23
4.2.1 变频器的选择 23
4.2.2 变频器的参数设定与外围电路 24
4.3 PLC的选择与设计 26
4.3.1 PLC的选择 26
4.3.2 扩展模块的选择 27
4.3.3 PLC的外围电路设计 28
4.4 安全回路设计 29
4.4.1 抱闸设计 29
4.4.2 安全通道设计 29
4.5 系统原件列表 30
5 提升系统的软件设计与调试 32
5.1 控制系统的接线图分析 32
5.2 提升调速系统的控制程序流程 33
5.3 提升调速系统的程序梯形图 34
6 人机界面设计 38
6.1 人机界面变量的定义 38
6.2 人机界面画面的编辑 39
7 抗干扰设计 41
7.1 变频器抗干扰设计 41
7.2 PLC抗干扰设计 41
结语 43
参考文献 44
致谢 45
附录 46
1.1 国内外斜井提升机发展状况
斜井提升机是矿业中的首要器材，伴随着科学的不断进步和生产现代化的不断进行，人们对提升机的依赖也变得越来越重要。同样，提升机的发展水平在一定程度上也反映了一个国家工业发展的水准。于是，世界上各大公司也都将最新的技术用于提升机的研发生产中，力求研制出更加先进的提升机或者控制体系。
1.1.1 我国斜井提升机的发展历程与现状
我国在很久之前就涌现出了了斜井提升机，早在公元前1100年左右我国就已经出现了矿井提升机的雏形，那时候我国古代劳动人民就发明了轱辘用于提升地下的矿物，再后来发展到畜力的操作系统，可以说我国是斜井提升机方面的始祖。
但是由于我国长时期处于封建社会闭关锁国的原因，在西方出现工业革命的时候我国却没有得到工业上的正常发展，以至于直到新中国成立的时候我国还不能独立生产斜井提升机。当然在新中国成立之后我国就赶紧成立了第一家斜井提升机制造厂——洛阳矿山机器厂。遗憾地，由于从前的技术断层，我国和国际仍是存在着巨大的落差，就是现在，在我国的提升机中，70%的仍是串电阻调速的交流拖动。这种调速方式在拖动过程中会出现较大的转差功率，调速范围小同时在经济上也不划算。不过到了现在，随着新政策的出现，那些高污染高消耗的老式设别正在被淘汰。
近年来提升机技术，正变得体积小，效率高，重量轻，性能稳定，运输能力增强，抗干扰变强，尤其是在智能化这一方面发展十分迅速。但在电控系统中，先进的PLC控制与变频调速的方式已然取代了过去的继电器控制串电阻调速方式。
1.1.2 国外提升机的发展趋势
在这几十年里面，国外的提升机却发生着翻天覆地的变化，从最初的减速器传动卷筒的提升机到后来的直流电机型的斜井提升机，再到现在的同步电机型的提升机。而在上个世纪七八十年代的时候，国外就已经开始出现用PLC可编程控制来对提升机系统进行控制的方式了。西门子公司独创的矢量控制的交—直—交变频控制，更是标志着新时代的来临。在对提升机安全保护和过程监控，到了现在已经达到了一个新的高度，使得比国内的提升机系统领先更多。与国内的提升机相比，国外的提升机具有以下几点方面的优势：
（1）提升行程准确度高
（2）提升工艺灵活方便
（3）提升过程监视程度高
（4）系统回路更加安全
1.2 本课题研究的目的与意义
中国是一个以矿业为主要能源的国家，矿业在中国的经济发展中扮演着一个无比重要的角色，而斜井提升机更是工矿运输的重中之重。它是井下与地面之间联系的重要工具，用来运输工矿、工具以及人员，它的状况好坏更是直接关系到生产的正常进行与人员的安全。
传统的斜井提升机控制系统一半选用的是继电器-接触器方式存在着可靠性差、质量惯性大、操作复杂、效率低下、电能消耗大、易出故障等诸多缺点，而且因为操作方面的原因或者现场情况的突变，很容易产生一些突发现象造成系统的故障或者提升的中断。利用现代技术可以高效、安全地对提升机的控制系统进行改进，而现在最理想的方式则是使用PLC来进行可编程控制。使用PLC与变频器结合调速的方式，通过变频器的无极调速，更可以使提升机的操作方式变得更加简单便捷。
传统的接触器—继电器控制系统，由于在调速过程中接触器的频繁操作，机器运转时段长，引起交流接触器主触头氧化，最后导致故障的发生。并且这种串电阻调速属于有级调速，调速的平稳性差；在低速时机械性较软，使得静差率较大；起动过程中和调速换挡过程电流冲击大；在中高速运行时震动较大，安全性也差。
采用PLC控制后，系统的硬件更加简洁，软件也更加灵活，调试方方便，大大减少了人工维护量，在低频制动或高压带动动力制动的同时还能检测系统的故障并送到人机界面上显示，相比于原先的继电器-接触器控制系统也减少了中间部分和硬件部分，控制线的数量与传统的相比也减少了许多，变得比较有条有理，提升了整个系统的稳定性与可靠性，同样，也较少了经济成本
2 方案设计
2.1 方案要求
斜井提升机控制，要求通过这个系统可以达到在斜井中按照要求随时改变电动机的转速以及正反转，并且在井上可以随时看到提升机的运行位置，而是系统可以对提升机运行过程由于过卷和进行监控，在出现紧急情况的时候，按下急停按钮就可以让提升机停下来，或者安全通道按钮，可以让电机反转，并且提升机抱闸，向下滑动进入到旁边的安全通道里面。
2.2 调速方案的选择
2.2.1 斜井提升机对控制系统的要求
根据相关章程规定，在设计的时候，必须根据斜井提升机本身的工艺和相关特征，对系统的静态性能和动态性能进行分析。
由于提升机的最大速度和加速度都是已知的，那么，根据动力学方程式： （2—1）
公式中，—电动机的电动转矩；—传动系统的经阻转矩；—传动系统的天轮转矩，其中，是其转动惯量值，是本地的重力加速度；—传动系统的动态转矩；—加速度。 查看完整请+Q:351916072获取
关键词：斜井提升机 变频调速 PLC可编程控
The Design Of The Inclined Shaft Hoist Control System
For the design of control system,Adopt the way of the combination of PLC and frequency converter for elevator speed control.The control system is running after meet the requirements of weight detection device, transmit signal to frequency converter by the program,to change the motor rotation speed and positive or negative,also record the operation of the elevator position an the same time.All the operation and location,the number was conducted on the man-machine interface.When unexpected fault by monitoring can quickly make the hoist urgent stop or go in to the inside safely channel,to avoid the happening of the loss.The whole system includes a display module, test module, protection module, control module, the system integration and debugging. It not only reduces the traditional way of contactor, relay control of the link and greatly reduce the number of the line of control, greatly improved the stability of the whole system
Key words: Shaft hoist; Frequency conversion; PLC programmable control
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1 绪 论 1
1.1 国内外斜井提升机发展状况 1
1.1.1 我国斜井提升机的发展历程与现状 1
1.1.2 国外提升机的发展趋势 1
1.2 本课题研究的目的与意义 2
2 方案设计 3
2.1 方案要求 3
2.2 调速方案的选择 3
2.2.1 斜井提升机对控制系统的要求 3
2.2.2 斜井提升机的电控方案 4
2.2 控制系统方案选择 5
2.2.1 单片机控制系统 5
2.2.2 可编程控制PLC控制系统 5
3 提升机系统硬件设计 7
3.1 总体结构 7
3.1.1 总体结构分析 7
3.1.2 斜井提升机原始资料 7
3.2 电动机的计算与选择 8
3.2.1 提升机运动过程的简单分析 8
3.2.2 钢丝绳 9
3.2.3 卷筒和天轮的选择 10
3.2.4 电动机的计算与选型 13
3.3 电动机功能的校核 14
3.4 重量传感器的选择 18
3.5 接触器的选择 19
3.6 断路器的选择 20
3.7 电磁制动装置 21
3.8 触摸屏 21
4 提升机变频调速系统 23
4.1 提升机变频调速基本原理 23
4.2 变频器的选择与参数设计 23
4.2.1 变频器的选择 23
4.2.2 变频器的参数设定与外围电路 24
4.3 PLC的选择与设计 26
4.3.1 PLC的选择 26
4.3.2 扩展模块的选择 27
4.3.3 PLC的外围电路设计 28
4.4 安全回路设计 29
4.4.1 抱闸设计 29
4.4.2 安全通道设计 29
4.5 系统原件列表 30
5 提升系统的软件设计与调试 32
5.1 控制系统的接线图分析 32
5.2 提升调速系统的控制程序流程 33
5.3 提升调速系统的程序梯形图 34
6 人机界面设计 38
6.1 人机界面变量的定义 38
6.2 人机界面画面的编辑 39
7 抗干扰设计 41
7.1 变频器抗干扰设计 41
7.2 PLC抗干扰设计 41
结语 43
参考文献 44
致谢 45
附录 46
1.1 国内外斜井提升机发展状况
斜井提升机是矿业中的首要器材，伴随着科学的不断进步和生产现代化的不断进行，人们对提升机的依赖也变得越来越重要。同样，提升机的发展水平在一定程度上也反映了一个国家工业发展的水准。于是，世界上各大公司也都将最新的技术用于提升机的研发生产中，力求研制出更加先进的提升机或者控制体系。
1.1.1 我国斜井提升机的发展历程与现状
我国在很久之前就涌现出了了斜井提升机，早在公元前1100年左右我国就已经出现了矿井提升机的雏形，那时候我国古代劳动人民就发明了轱辘用于提升地下的矿物，再后来发展到畜力的操作系统，可以说我国是斜井提升机方面的始祖。
但是由于我国长时期处于封建社会闭关锁国的原因，在西方出现工业革命的时候我国却没有得到工业上的正常发展，以至于直到新中国成立的时候我国还不能独立生产斜井提升机。当然在新中国成立之后我国就赶紧成立了第一家斜井提升机制造厂——洛阳矿山机器厂。遗憾地，由于从前的技术断层，我国和国际仍是存在着巨大的落差，就是现在，在我国的提升机中，70%的仍是串电阻调速的交流拖动。这种调速方式在拖动过程中会出现较大的转差功率，调速范围小同时在经济上也不划算。不过到了现在，随着新政策的出现，那些高污染高消耗的老式设别正在被淘汰。
近年来提升机技术，正变得体积小，效率高，重量轻，性能稳定，运输能力增强，抗干扰变强，尤其是在智能化这一方面发展十分迅速。但在电控系统中，先进的PLC控制与变频调速的方式已然取代了过去的继电器控制串电阻调速方式。
1.1.2 国外提升机的发展趋势
在这几十年里面，国外的提升机却发生着翻天覆地的变化，从最初的减速器传动卷筒的提升机到后来的直流电机型的斜井提升机，再到现在的同步电机型的提升机。而在上个世纪七八十年代的时候，国外就已经开始出现用PLC可编程控制来对提升机系统进行控制的方式了。西门子公司独创的矢量控制的交—直—交变频控制，更是标志着新时代的来临。在对提升机安全保护和过程监控，到了现在已经达到了一个新的高度，使得比国内的提升机系统领先更多。与国内的提升机相比，国外的提升机具有以下几点方面的优势：
（1）提升行程准确度高
（2）提升工艺灵活方便
（3）提升过程监视程度高
（4）系统回路更加安全
1.2 本课题研究的目的与意义
中国是一个以矿业为主要能源的国家，矿业在中国的经济发展中扮演着一个无比重要的角色，而斜井提升机更是工矿运输的重中之重。它是井下与地面之间联系的重要工具，用来运输工矿、工具以及人员，它的状况好坏更是直接关系到生产的正常进行与人员的安全。
传统的斜井提升机控制系统一半选用的是继电器-接触器方式存在着可靠性差、质量惯性大、操作复杂、效率低下、电能消耗大、易出故障等诸多缺点，而且因为操作方面的原因或者现场情况的突变，很容易产生一些突发现象造成系统的故障或者提升的中断。利用现代技术可以高效、安全地对提升机的控制系统进行改进，而现在最理想的方式则是使用PLC来进行可编程控制。使用PLC与变频器结合调速的方式，通过变频器的无极调速，更可以使提升机的操作方式变得更加简单便捷。
传统的接触器—继电器控制系统，由于在调速过程中接触器的频繁操作，机器运转时段长，引起交流接触器主触头氧化，最后导致故障的发生。并且这种串电阻调速属于有级调速，调速的平稳性差；在低速时机械性较软，使得静差率较大；起动过程中和调速换挡过程电流冲击大；在中高速运行时震动较大，安全性也差。
采用PLC控制后，系统的硬件更加简洁，软件也更加灵活，调试方方便，大大减少了人工维护量，在低频制动或高压带动动力制动的同时还能检测系统的故障并送到人机界面上显示，相比于原先的继电器-接触器控制系统也减少了中间部分和硬件部分，控制线的数量与传统的相比也减少了许多，变得比较有条有理，提升了整个系统的稳定性与可靠性，同样，也较少了经济成本
2 方案设计
2.1 方案要求
斜井提升机控制，要求通过这个系统可以达到在斜井中按照要求随时改变电动机的转速以及正反转，并且在井上可以随时看到提升机的运行位置，而是系统可以对提升机运行过程由于过卷和进行监控，在出现紧急情况的时候，按下急停按钮就可以让提升机停下来，或者安全通道按钮，可以让电机反转，并且提升机抱闸，向下滑动进入到旁边的安全通道里面。
2.2 调速方案的选择
2.2.1 斜井提升机对控制系统的要求
根据相关章程规定，在设计的时候，必须根据斜井提升机本身的工艺和相关特征，对系统的静态性能和动态性能进行分析。
由于提升机的最大速度和加速度都是已知的，那么，根据动力学方程式： （2—1）
公式中，—电动机的电动转矩；—传动系统的经阻转矩；—传动系统的天轮转矩，其中，是其转动惯量值，是本地的重力加速度；—传动系统的动态转矩；—加速度。 查看完整请+Q:351916072获取
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