plc和触摸屏的变频调速提升系统设计(附件)【字数：12168】
摘 要矿井提升变频调速系统已广泛使用在各大煤矿、铁矿、盐矿等矿产业的开采与提升之中，它具有以往国内提升机技术所不具备的优点，比如自动化的程度大为提高，调速更加平滑，可以实现无极调速，而非以前的串电阻调速，其安全性能更好，并且可以实时测量当前参数。本设计中的机械设计采用的是单绳缠绕式矿井提升机，双滚筒模式，用可编程控制器及其模拟量模块进行控制，并用触摸屏进行人机交互，实现控制目的。运用变频器和测速电机来实现提升变频调速的功能，使得矿井提升容器可以在斜井提升过程中能够实现在任何情况下以规定的速度提升与下放，并且可以停在规定的位置上。运动液压系统为制动器提供可以调节的压力油，使提升机获得特定的力矩，从而实现提升系统的安全制动。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题简述 1
1.2.1国外矿井提升变频调速系统的发展 1
1.2.2国内矿井提升变频调速系统的发展 2
1.3本次毕业设计研究的内容和意义 3
1.3.1研究的内容 3
1.3.2研究的意义 3
第二章 总体方案设计 4
2.1机械结构设计 4
2.1.1系统结构设计 4
2.1.2机械部分的主要机构 4
2.1.3系统的负载分析 5
2.1.4电机的功率及额定转速的确定 5
第三章 变频调速提升系统机械部分设计 7
3.1钢丝绳的设计 7
3.1.1钢丝绳的型号 7
3.1.2钢丝绳的校核 7
3.2卷筒的设计 8
3.3提升机电动机的设计 8
3.4提升机减速器的设计 9
3.4.1齿轮的设计 9
3.4.2传动轴的设计 11
3.5提升容器与井筒的相对位 12
3.5.1天轮的型号 12
3.5.2井架的高度确定 13
3.5.3滚筒到井筒的最小距离 13
3.5.4弦长的计算 13
3.5.5内外偏角的计算 13
3.5.6下出绳角的计算 13
3.6提升机的运行状态 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.6.1总变位质量 14
3.6.2提升机正常运行时的加减速度 14
3.6.3提升过程中的各阶段速度、时间与行程 15
3.7提升机制动系统的设计 17
3.7.1盘形制动器的设计 17
3.7.2制动油压 18
3.8多齿块径向离合器的设计 19
3.8.1离合器组成 19
3.8.2离合器工作原理 19
3.8.3外齿轮毂的齿数确定及调绳精度 19
3.8.4齿块的数量以及齿块齿数 20
第四章 变频调速提升系统控制部分设计 21
4.1控制原理 21
4.2硬件的选择 21
4.2.1PLC的选择 21
4.2.2变频器的选择 21
4.2.3触摸屏的选择 22
4.2.4传感器的选择 22
4.3 软件设计 23
4.3.1流程图 23
4.3.2 I/O分配表的绘制 24
4.3.3 PLC编程 25
4.4.3触摸屏画面设计 34
4.3.5触摸屏画面的仿真 38
结 语 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1课题简述
矿井提升变频调速系统是由机械、电气以及液压等相结合的系统，是用于地下煤矿等资源运输的重要工具，也用于升降人员与设备。由于它是联系着井上和井下的必要设备，其安全性和经济性不容小觑。对于矿井提升变频系统的设计，应该充分考虑各类受力以及电动机等一系列情况，选择最优的配套设备，并且在编写控制程序时，要严格调试，只有这样，才能保证矿井的生产效率以及矿井中工作人员的人身安全，并取得最大的经济效率。
1.2国内外矿井提升变频调速系统的发展
随着科学技术的飞速发展，矿井提升变频调速系统也在不断地趋于完善。各种新的技术和一些好的工艺都在逐步地运用到提升机中来。特别是现在的各种触摸屏软件上都会有仿真模拟功能，可以对变频调速的工况进行系统的仿真，在虚拟的工业环境下调试，从而减少了很多工业风险和工业投入成本，以完成整个提升变频调速系统的设计。
1.2.1国外矿井提升变频调速系统的发展
晶闸管电动机（以下都简称为SCR D）直流低速提升系统
欧洲的一些国家如德国用SCR D来取代之前的交流提升机，当采用直流的形式时，它的传动系统便为低速，可以不必加上减速机，从而简化了系统的结构。德国的AEG公司就是采用的这种系统，电动机的额定功率为3000KW,电动机的额定转速为60r/min，滚筒的直径为6m，提升时钢丝绳的最大速度为20m/s，提升的距离超过1千米，系统相对而言比较成熟，其电抗器能使信号平稳，且能够检测提升容器所在的深度，不仅如此，它的特定桥式电路能够实现整流的功能，从而提高电动机的功率因素。德国的西门子公司等也都有类似的产品，其相同的性能有：体积较小，质量较轻，拆卸方便，无减速装置，结构简单，电耗小，调速便捷，控制性强，这些性能都使得变频调速的安全性高，节约用电成本，可以在短期内回本等等。当然，也有一定的缺点：例如电机的功率因素太低，就算是三相桥，它的平均功率因素也不到0.5，且具有较大的冲击力，而且如果存在高次谐波的话，对电网的影响也较大。为此，需要加上滤波器来减轻影响。
交流变频调速同步机驱动提升系统
虽然直流系统可以用一些方法来提高电机的功率因素，但是其仍然偏低，当提升容量越大时，对电网产生的影响就越大。除此以外，直流电机的制造价格较高，且限制了提升容器的装载量，而且故障率高，需要做大量的维护工作，综合上述情况，新的交流系统又产生了。在上个世纪末，交流拖动凭借着技术性和经济性迅速占领了提升机变频调速系统的市场。这种系统，在提升机的装载量不变的情况下，功率可达1万KW，这是直流系统所无法做到的，同时，拿走了整合电流和换向刷这一短板，使得电机可以平稳地运行，同时也降低了损耗。在调速方面，真正意义上实现了无极调速。当然，它也存在着缺点，首先该系统必须要有专用的电源，在产生高次谐波时，和直流系统一样，对电网也有一定的影响，也需要加上滤波器来进行一定的补偿。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题简述 1
1.2.1国外矿井提升变频调速系统的发展 1
1.2.2国内矿井提升变频调速系统的发展 2
1.3本次毕业设计研究的内容和意义 3
1.3.1研究的内容 3
1.3.2研究的意义 3
第二章 总体方案设计 4
2.1机械结构设计 4
2.1.1系统结构设计 4
2.1.2机械部分的主要机构 4
2.1.3系统的负载分析 5
2.1.4电机的功率及额定转速的确定 5
第三章 变频调速提升系统机械部分设计 7
3.1钢丝绳的设计 7
3.1.1钢丝绳的型号 7
3.1.2钢丝绳的校核 7
3.2卷筒的设计 8
3.3提升机电动机的设计 8
3.4提升机减速器的设计 9
3.4.1齿轮的设计 9
3.4.2传动轴的设计 11
3.5提升容器与井筒的相对位 12
3.5.1天轮的型号 12
3.5.2井架的高度确定 13
3.5.3滚筒到井筒的最小距离 13
3.5.4弦长的计算 13
3.5.5内外偏角的计算 13
3.5.6下出绳角的计算 13
3.6提升机的运行状态 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.6.1总变位质量 14
3.6.2提升机正常运行时的加减速度 14
3.6.3提升过程中的各阶段速度、时间与行程 15
3.7提升机制动系统的设计 17
3.7.1盘形制动器的设计 17
3.7.2制动油压 18
3.8多齿块径向离合器的设计 19
3.8.1离合器组成 19
3.8.2离合器工作原理 19
3.8.3外齿轮毂的齿数确定及调绳精度 19
3.8.4齿块的数量以及齿块齿数 20
第四章 变频调速提升系统控制部分设计 21
4.1控制原理 21
4.2硬件的选择 21
4.2.1PLC的选择 21
4.2.2变频器的选择 21
4.2.3触摸屏的选择 22
4.2.4传感器的选择 22
4.3 软件设计 23
4.3.1流程图 23
4.3.2 I/O分配表的绘制 24
4.3.3 PLC编程 25
4.4.3触摸屏画面设计 34
4.3.5触摸屏画面的仿真 38
结 语 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1课题简述
矿井提升变频调速系统是由机械、电气以及液压等相结合的系统，是用于地下煤矿等资源运输的重要工具，也用于升降人员与设备。由于它是联系着井上和井下的必要设备，其安全性和经济性不容小觑。对于矿井提升变频系统的设计，应该充分考虑各类受力以及电动机等一系列情况，选择最优的配套设备，并且在编写控制程序时，要严格调试，只有这样，才能保证矿井的生产效率以及矿井中工作人员的人身安全，并取得最大的经济效率。
1.2国内外矿井提升变频调速系统的发展
随着科学技术的飞速发展，矿井提升变频调速系统也在不断地趋于完善。各种新的技术和一些好的工艺都在逐步地运用到提升机中来。特别是现在的各种触摸屏软件上都会有仿真模拟功能，可以对变频调速的工况进行系统的仿真，在虚拟的工业环境下调试，从而减少了很多工业风险和工业投入成本，以完成整个提升变频调速系统的设计。
1.2.1国外矿井提升变频调速系统的发展
晶闸管电动机（以下都简称为SCR D）直流低速提升系统
欧洲的一些国家如德国用SCR D来取代之前的交流提升机，当采用直流的形式时，它的传动系统便为低速，可以不必加上减速机，从而简化了系统的结构。德国的AEG公司就是采用的这种系统，电动机的额定功率为3000KW,电动机的额定转速为60r/min，滚筒的直径为6m，提升时钢丝绳的最大速度为20m/s，提升的距离超过1千米，系统相对而言比较成熟，其电抗器能使信号平稳，且能够检测提升容器所在的深度，不仅如此，它的特定桥式电路能够实现整流的功能，从而提高电动机的功率因素。德国的西门子公司等也都有类似的产品，其相同的性能有：体积较小，质量较轻，拆卸方便，无减速装置，结构简单，电耗小，调速便捷，控制性强，这些性能都使得变频调速的安全性高，节约用电成本，可以在短期内回本等等。当然，也有一定的缺点：例如电机的功率因素太低，就算是三相桥，它的平均功率因素也不到0.5，且具有较大的冲击力，而且如果存在高次谐波的话，对电网的影响也较大。为此，需要加上滤波器来减轻影响。
交流变频调速同步机驱动提升系统
虽然直流系统可以用一些方法来提高电机的功率因素，但是其仍然偏低，当提升容量越大时，对电网产生的影响就越大。除此以外，直流电机的制造价格较高，且限制了提升容器的装载量，而且故障率高，需要做大量的维护工作，综合上述情况，新的交流系统又产生了。在上个世纪末，交流拖动凭借着技术性和经济性迅速占领了提升机变频调速系统的市场。这种系统，在提升机的装载量不变的情况下，功率可达1万KW，这是直流系统所无法做到的，同时，拿走了整合电流和换向刷这一短板，使得电机可以平稳地运行，同时也降低了损耗。在调速方面，真正意义上实现了无极调速。当然，它也存在着缺点，首先该系统必须要有专用的电源，在产生高次谐波时，和直流系统一样，对电网也有一定的影响，也需要加上滤波器来进行一定的补偿。
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