基于变频器的矿井提升机的设计.doc
《基于变频器的矿井提升机的设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于变频器的矿井提升机的设计.doc(37页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、摘 要矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉,是矿山最重要的关键设备,是地下矿井与外界的唯一通道,肩负着运输矿石、物料、人员等的重要责任。对提升机来说,运行的安全性与可靠性是至关重要的。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,这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。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。因此对矿井提升机控制系统进行研究具有现实意义,也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。随着计算机和PLC技术的不断发展,采用先进的控制技术改造传统矿山行业的传统控制系统,从而使矿井提升机的控制性能得到极大的改善,其自动化水平、安全性
2、、可靠性都达到了新的高度,并采用现代化的管理和监视手段保障提升机的安全运行,保证矿井提升机可靠、准确地运行,实现矿井提升机的计算机控制。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术,它利用改变被控对象的电源频率,成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速,在运行过程中能随时根据电动机的负载情况,使电机始终处于最佳运行状态,在整个调速范围内均有很高的效率,节能效果明显。采用变频器对异步电动机进行调速控制,由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著,所以得到广泛应用。因此,应用变频器对矿井提升机的控制系统进行改造,将成为历史的必然趋势。关键词:矿井提升机,PLC,变频调速,控制系统 ABSTRACT
3、The mine elevator is entitled as the throat of mine, and it is the most vital equipment in mine. The mine elevator is the only channel to the underground mines, and it is shouldering the transportation of mineral, materials and people. The safety and security is the most vital to elevator. The tradi
4、tional shaft hoist control system is always controlled by the relaycontactor, and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvantages such as bad reliability, complicated operation, high fault rate, large energ
5、ywasting and low efficiency. So, carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings, and it is a subject for research by relevant experts and scholars, both at home and abroad too.Along with the development and application of computer and programmable logical controlle
6、r, the controller of mine elevator come forth new visage, the level of automatization and safety and security arrived at the new altitude, and provided a new and modern manage and monitor means. Advanced industry control computer are used to monitor and manage the course of elevator 18.Frequency con
7、version is developed as a new automatic control technology in recent years, which is used to change the power frequency of the controlled objects, it successfully achieve the speed step less adjusting of the Ac motor in a large scope, and it can make the motor be always in the best state according t
8、o the load conditions at any time. It has very high efficiency and the energy-saving effect is obvious in the whole range of speed. Adopting inverter speed to control the asynchronous motors is widely used because of it is convenient, high reliability and the economic benefit is remarkable. Therefor
9、e, adopting inverter to reform the control system of shaft hoist will become the inevitable trend of history.KEY WORDS:shaft hoist, PLC, frequency conversion, control system33目 录第1章 绪 论11.1 国内外矿井提升机研究现状与发展趋势11.1.1 国外矿井提升机的现状11.1.2 国内提升机的现状与发展趋向21.2 本文研究意义及内容21.2.1 研究意义31.2.2 研究内容3第2章 系统工艺流程及控制要求42.1
10、 矿井提升机系统简介42.2 提升机电动机运行方式52.3 提升机的速度要求及受力情况52.3.1 提升机的速度要求52.3.2 提升机的受力情况62.4 矿井提升机的电气传动方案8第3章 系统控制方案设计113.1 控制单元基本原理113.2 控制系统总体设计123.3 可编程控制器(PLC)介绍143.3.1 PLC的基本特点143.3.2 PLC的基本结构153.3.3 PLC的工作原理153.3.4 可编程控制器的编程语言163.4 变频器介绍173.4.1 变频调速基本原理173.4.2 变频器按中间直流环节方式分类19第4章 控制系统硬件设计214.1 引言214.2 提升机电控系
11、统变频器选择224.3 变频控制部分设计214.3.1 变频调速主控系统设计214.3.2 变频器外部电路设计214.4 PLC控制部分设计214.4.1 基本控制功能214.4.2 位置检测电路214.5 硬件调速控制系统保护措施214.6 小结21 第5章 控制系统软件设计285.1 控制程序流程图285.2 系统控制程序梯形图29第6章 人机交互界面316.1 触摸屏概述316.2 触摸屏在工业控制中的应用316.3 PWS3261触屏简介326.4 触摸屏在矿井提升机控制系统中的应用32第7章 结 论34参考文献35致 谢37第1章 绪 论1.1 国内外矿井提升机研究现状与发展趋势矿井
12、提升装置是采矿业的重要设备,随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高,人们对提升机工作特性的认识进一步深化,提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善,各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展。1.1.1 国外矿井提升机的现状近三十年来,国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展,而且两者相互促进,相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统,后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后,标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的
13、技术时代已经到来。1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世,1988年由MAVGHH和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德国Romberg矿诞生了,这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时,电子技术和计算机技术的发展,使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代,国外就将可编程控制器(PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初,计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用,使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度,并提供了新的、现代化的管理、监视手段。特别要
14、强调的是,此时期在国外一著名的提升机制造公司,如西门子、ABB、ALSTHOM都利用新的技术和装备,开发或完善了提升机的安全保护和监控装置,使安全保护性能又有了新的提高。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17。比较国内外矿用提升机系统,具体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下几个方面:(1)提升工艺过程微机控制提升工艺过程大都采用微机控制,由于微机功能强,使用灵活,运算速度快,监视显示易于实现,并具有诊断功能,这是采用模拟控制无法实现的。(2)提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制,要保证
15、提升容器在预定地点准确停车,要求准确度高,目前可达到2cm。采用微机控制,可通过采集各种传感信号,如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理,计算出容器准确的位置而施以控制和保护。一般过程控制用微机作监视,行程控制也采用单独下位机完成。(3)提升过程监视提升过程监视与安全回路一样,是现代提升机控制的重要环节。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视:提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视;各主要设备运行状态监视;各传感器(如位置开关、停车开关)信号的监视。使各种故障在出现之前就得以处理,防止事故的发生,并对各被监视参数进行存储、保留或打印输出,甚至与上位机联网,合并于矿井
16、监测系统中。(4)安全回路安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态的极为重要的环节。为确保人员和设备的安全,对不同故障一般采用不同的处理方法12。安全回路极为重要,它是保护的最后环节之一。1.1.2 国内提升机的现状与发展趋向目前国内的矿井提升机大多采用以下两种拖动方式:(1)交流拖动方式目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。有单绳和多绳两种系列,大都采用改变转差率S的调速方法,在调速中产生大量的转差功率,使大量电能消耗在转子附加电阻上,导致调速的经济性变差19。极少数提升机采用串级调速方法,其调速范围窄,且投资大。(2)直流拖动方式我国提升机采用直流拖
17、动有两种系统:直流发电机直流电动机机组(FD)和晶闸管直流电动机(SCRD)系统。国内矿井提升机的发展趋势如下。国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。大功率变频调速电控提升机其效率可达98%,国内正在组织研究这种系统,不少院校和研究单位都在着手研制。如天津电气传动研究所已研制了一台300kw的变频调速装置。可编程序控制器在提升机电控系统的应用。可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易,基本免于维护等独特优点,特别适用于对我国占大部分的交流提升机继电接触器电控系统进行技术改造。因此有不少单位都在着手研制,如焦作矿务局,韩城矿务局均用可编程序控制器对TKD电控系统进
18、行改造,已投入正常运行和使用,已经显示出了很强的生命力20。这是今后一段时期乃至几十年对我国占绝大多数采用继电控制的交流提升系统进行技术改造的必由之路。1.2 本文研究意义及内容采用新技术、新设备、新工艺来装备煤炭生产的各个环节,以达到减人提效、确保安全生产的目的,是科技兴煤的必由之路。矿井提升设备,其中主要是提升机及其控制和安全设备,也同样要面临着这一必经之路11。多年来,矿井提升机及其拖运、安全保护系统等设备的技术水平和安全水平一直是困扰煤炭安全生产和效益提高的重要因素。为改变这一状况,煤炭行业的科研、高校、生产企业和待业主管部门以及行业的科研和生产企业的工程技术人员做了大量的工作,已开发
19、了众多适用的产品和技术,积累了丰富的经验,取得了长足的进步。大家可以看到,目前我国已经可提供多种技术先进、性能可靠、安全性高的矿井提升设备,大多数已在煤矿基建、生产和技术改造等方面获得了成功的应用。1.2.1 研究意义在调研中发现,目前国内各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采用继电器接触器控制的转子串电阻调速。该方案耗能大,占地面积大,已不能适应现代矿业发展的需要。因此有必要对其调速方案进行改造。在广泛考察现行的变频调速方案后,本文提升机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制器来控制,具有编程简单和控制可靠性高的优点,电力拖动系统中,选用先进的变频传动装置,运用先进的矢量控制技术,优化了
20、调速系统的性能,这一控制方法目前仍为现代交流调速的重要研究方向之一16。采用先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术,按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则,研制生产适合矿井提升机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的理想选择。为保证提升设备无事故,在提升设备有可能出现故障的各个重要环节上,设有各种检测、控制、自诊断以及记录和保护装置(如超载、速度、加减速等记录)1。1.2.2 研究内容在煤矿生产中,矿井提升机起着非常重要的作用。矿井提升机是矿井生产过程中的一个重要环节,它的任务是提升有用矿物和矿石、升降人员和设备、下放材料等。提升机电控装置的技术性能,既直接影响矿山生
21、产的效率及安全,又代表着矿井提升机发展的整体水平,是矿井安全生产中重中之重的一大环节。当前国内提升机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段控制的交流绕线式电机继电器接触器系统,设备陈旧、技术落后。而且这种控制方式存在着很多的问题:转子回路串接电阻,消耗电能,造成能源浪费;电阻分级切换,为有级调速,设备运行不平稳,容易引起电气及机械冲击;继电器、接触器频繁动作,电弧烧蚀触点,影响接触器使用寿命,维修成本较高;交流绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题,容易引起设备事故;电动机依靠转子电阻获得的低速,其运行特性较软;提升容器通过给定的减速点时,由于负载的不同,而将得到不同的减速度,不能达到稳定的低速爬行
22、,最后导致停车位置不准,不能正常装卸载。上述问题使提升机运行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此,需要研制更加安全可靠的控制系统,使提升机运行的可靠性和安全性得到提高。在提升机控制系统中应用计算机控制技术和变频调速技术,对原有提升机控制系统进行升级换代。就计算机技术在工业现场应用情况而言,可编程控制器(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型,它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。采用PLC控制,硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小,PLC技术己经广泛应用于各种提升机控制。第2章 系统工艺流程及控制要求2.1 矿井提升机系统简介矿井提升机是一种
23、大型绞车。用钢丝绳带动容器(罐笼或箕斗)在井筒中升降,完成输送物料和人员的任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大,速度高,已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。矿井提升机可分为竖井提升机和斜井提升机两种。矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒(或摩擦轮)、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成,采用交流或直流电机驱动。提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种,钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳,连接一个容器。双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳,连接两个容器,运转
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
10 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 变频器 矿井 提升 设计