矿井提升机交流变频驱动系统设计(附件)【字数：12688】
摘 要摘 要 矿井提升机，是一种大型的机械设备。作为煤矿生产系统的主要运输工具，不仅对矿井的安全生产至关重要，而且影响着工作人员的人身安全。由于矿井提升机控制系统在煤矿生产上的重要性，而传统提升机采用的转子回路串电阻的调速方式和继电器-接触器逻辑的系统控制方式都存在大量的不足，本次设计对矿井提升机的控制系统进行了全面的研究与改进。 本文根据矿井提升机变频调速系统的现状与发展，对提升机的调速控制方案进行了详细地分析。采用较为先进的变频器调速技术，代替传统的异步电机转子回路串电阻的方式进行电机的调速控制；并将传统的继电器电力控制方式改进为PLC系统控制方式，完善了系统控制功能。文章对变频器的主控电路进行了设计,并且对变频器及其外部设备进行了参数计算与选型。此外，完成了PLC控制电路的设计并进行软件分析，给出了详细的控制流程及关键的控制程序。 本次设计将变频器和PLC技术运用到提升机控制系统中，改善了传统提升机控制系统能源浪费、控制精度低等缺点，提高了矿山的生产效率与安全性；并且因为系统自动化水平的提高，在减少工作人员工作强度的同时，增强了故障的检测与处理能力，使提升机控制系统更加地稳定可靠。关键词矿井提升机；变频调速；电控系统；PLC；设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 矿井提升机控制系统现状与进展 1
1.2.1 国内研究现状与进展 1
1.2.2 国外研究现状与进展 2
1.3 研究内容及意义 3
1.3.1 主要研究内容 3
1.3.2 研究意义 3
第二章 变频器 5
2.1 变频器简介 5
2.2 变频器电路分析 6
2.3 变频器工作原理与控制方式 7
2.3.1 变频器工作原理 7
2.3.2 变频器控制方式 8
第三章 矿井提升机调速控制系统分析 9
3.1 提升机的工作原理和系统构成 9
3.1.1 提升机工作原理 9
3.1.2 提升机的系统构成 9
3.2 矿井提升机对电气控制系统的要求 10
3.2.1 电 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 矿井提升机控制系统现状与进展 1
1.2.1 国内研究现状与进展 1
1.2.2 国外研究现状与进展 2
1.3 研究内容及意义 3
1.3.1 主要研究内容 3
1.3.2 研究意义 3
第二章 变频器 5
2.1 变频器简介 5
2.2 变频器电路分析 6
2.3 变频器工作原理与控制方式 7
2.3.1 变频器工作原理 7
2.3.2 变频器控制方式 8
第三章 矿井提升机调速控制系统分析 9
3.1 提升机的工作原理和系统构成 9
3.1.1 提升机工作原理 9
3.1.2 提升机的系统构成 9
3.2 矿井提升机对电气控制系统的要求 10
3.2.1 电 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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控系统简介 10
3.2.2 提升机对电控系统要求 11
3.3 提升机控制方案分析设计 13
3.3.1 提升机电力控制方案选择 13
3.3.2 总体设计 13
第四章 提升机变频调速驱动系统硬件设计 15
4.1 变频驱动主电路设计 15
4.2 PLC控制电路设计 16
4.2.1 PLC简介 16
4.2.2 PLC控制电路设计 17
4.3 主要设备的选型 19
4.3.1 变频器的选型 19
4.3.2 变频器外部设备计算与选择 20
4.3.3 PLC的选型及特点 22
第五章 提升机变频调速驱动系统软件设计 25
5.1 PLC程序结构 25
5.2 PLC程序设计 26
5.2.1 主程序设计 26
5.2.2 提升、下放子程序 27
5.2.3 变频驱动子程序 28
5.2.4 故障处理子程序 30
总结 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题背景
矿井提升机是一种大型提升机械设备，由原始提水工具逐步发展而来。在世界范围内普遍用于金属、非金属、煤炭及化工等矿井，是煤矿生产系统的主要运输工具。作为联系地面与井下的直接途径，提升矿材、下放物资以及升降人员、设备都是通过矿井提升机来实现的。因此，提升机能否长期稳定地工作，不仅对矿井的安全运行、生产效益至关重要，甚至影响着井下作业人员的人身安全[]。正是因为矿井安全可靠运行的重要性，我国陆续颁布了许多煤矿开采过程的相关规定，对提升机正常运行状态下提升、下放、停车、制动等各阶段的速度、位置调控要求十分严苛。因此，长久以来学术界对矿井提升机控制系统的研究从未间断。
随着社会经济与工业技术的发展，煤矿产业的规模逐渐扩大,建设现代化矿井已成为必然的趋势。交流变频理论诞生于20世纪20年代，60年代后，随着新型大功率电力电子器件的开发和先进的微处理器的出现，变频调速技术得到迅速的发展，并最终广泛应用到实际生产中去。变频器的调速控制不仅具有十分明显的节能效果又降低了意外事故的发生几率。因此将变频调速技术用于矿井提升机的控制前景很好。矿井提升系统不仅结构复杂，而且计算困难，因此，将PLC技术用于其控制系统能够很好地解决这个问题。这也是矿井提升机电气传动系统目前的发展方向。
1.2 矿井提升机控制系统现状与进展
1.2.1 国内研究现状与进展
过去，交流矿井提升机在调速控制方面通常是采用转子回路串电阻的控制方式[]。转差功率消耗较大，国家已明文禁止了该控制方式用于提升机控制系统中。为了适应矿井提升的工作特点和安全要求，近30年来，提升机从减速器传动卷筒形式到直流慢速和直流电机悬臂安装直接传动，逐渐进步，直至交交变频调速传动的出现才迎来了同步电机调速的技术时代。我国在八十年代以前，矿井提升机的电气传动一般是采用绕线式转子异步电机转子串电阻交流调速系统，少数情况则采用发电机—电动机组的直流调速系统; 八十年代以后，由于晶闸管的出现，提升机电气传动则主要采用晶闸管交流装置流供电的直流电传动系统（VM系统）[]。我国较早采用的交流传动方式虽然易于维护、技术简单、费用低且所占面积小，但也存在诸多问题。
调速过程中的实际加、减速度是波动值，调速性能不佳，改善空间较大。在减速及爬行阶段需增设动力制动、低频传动等传动装置，即便对此阶段的调速性能有所改进，却使得设备投资增多和系统复杂性增加；调速时电阻消耗电能的40%至50%，以消耗转差功率来降低转速，能耗大却效率低；继电器控制系统运行时，功耗高、噪声大、稳定性能差且精度低；动作频繁以致使用寿命短；缺乏故障诊断功能以及保存运行参数的功能，以至于排查故障非常困难。
为了更有效地控制交流异步电动机，国内还曾尝试用液体电阻代替金属电阻，以实现晶闸管串级调速和无级调速方案，但因为技术、经济、维护等因素最终未能推广应用。实践证明，PLC控制技术、低频制动技术、串级调速技术等系统局部性能的改造更值得推广。
目前，交－直－交变频器供电的交流提升机是现阶段我国矿井提升技术的发展方向。国内除了常规的通风机和泵类负载的交－直－交变频器应用，只有极少数专业自动化技术开发公司的三电平变频调速系统能让交－直－交变频器在具有位能负载的提升机系统中四象限运行。近年来，国内也开始借用国外变频器的新技术，将无速度矢量控制技术以及电流双闭环方式运用到矿井提升机控制系统中。使电动机即使低频运行也能产生较大启动力矩，并保证提升机在负载变化幅度较大的情况下，利用其制动单元实现恒减速。
1.2.2 国外研究现状与进展
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