绞车变频提升系统设计

无极绳牵引绞车变频泵控调速及控制系统设计研究的开题报告一、题目无极绳牵引绞车变频泵控调速及控制系统设计研究二、研究背景和意义绞车是在煤矿、石油、地铁、水利等行业中广泛应用的工程机械设备。

在绞车的使用过程中，对于绞车的牵引与升降过程需要做出精准的控制，这对工作效率、安全性和能耗等方面都有极大的影响。

传统的绞车控制方式主要依靠手动控制，操作难度较大，效率低下，且容易出现误操作造成安全事故的风险。

为了解决这些问题，研究设计无极绳牵引绞车变频泵控调速及控制系统，能够实现对绞车操作的自动化、精准化控制，可以提高工作效率，减少工作人员的劳动强度，降低操作风险。

三、研究内容本研究将设计无极绳牵引绞车变频泵控调速及控制系统，该系统的主要研究内容如下：1. 系统架构设计：该控制系统主要包括无级变频器、PLC控制器、触摸屏显示器、传感器等组成。

需要设计整个系统的硬件架构，并实现各个组件之间的数据传输和控制方式。

2. 系统软件开发：针对无极绳牵引绞车操作的控制要求，需要设计相应的软件程序，并实现控制算法的编码与优化。

3. 控制效果评估：该控制系统在使用过程中，需要针对不同的操作场景进行控制效果评估，以验证其控制精度和实用性。

四、研究方法1. 进行文献调研，了解国内外关于绞车控制系统相关的研究现状和发展趋势。

对比不同技术的优劣，为本研究提供参考依据。

2. 利用CAD等软件工具进行系统硬件结构的设计图和方案设计，在3D软件中对系统进行模拟。

3. 用C++、Python等编程语言设计控制程序，实现控制算法的编码和优化。

4. 进行实际调试和测试，对控制系统的可靠性和精度进行评估。

五、预期成果1. 无极绳牵引绞车变频泵控调速及控制系统的设计方案和硬件结构图、系统的软件程序和编码程序。

2. 经过实际测试和评估的系统，能够实现对绞车运行过程的自动化、精准化控制，在提高工作效率、降低劳动强度、确保安全方面具有重要的实用价值。

六、进度安排第一学期：完成文献调研、进行系统硬件结构的设计和模拟。

提升绞车变频调速改造及效果分析摘要煤矿在用的提升绞车多数采用绕线电机转子回路串电阻调速，存在调速不匀，发热，能耗大，故障多等缺点。

变频调速可以实现提升绞车的无级调速控制，具有自动控制，消除电阻器发热，降低能耗，故障少，维护方便等优点。

本文叙述煤矿提升绞车变频调速的改造及应用效果。

关键词煤矿；提升绞车；变频调速；改造；节能；效果0引言煤矿提升绞车担负着斜井或立井的提升运输任务，是提升煤炭、矸石、材料及运送人员的关键设备。

煤矿在用的提升中，多数是采用绕线式电机转子回路串电阻调速，是能耗较大的设备。

变频调速的普遍应用，为煤矿提升绞车的调速改造，开辟了节能新途径。

在较少的投资改造后，能够实现无级调速，降低能耗，故障少，维护方便等良好效果，具有广泛的应用前景。

1 提升绞车串电阻调速的缺点1.1有极调速，变速冲击大提升绞车串电阻调速，在加速或减速过程，其速度呈阶梯式跃变，变速冲击大，对提升钢丝绳，提升容器及连接装置等都产生较大的冲击力，也容易造成提升容器脱轨掉道。

在提升运送人员时，其调速不匀称，让乘坐人员感觉不舒服。

变速冲击也给矿井提升安全带来隐患。

1.2电阻器易发热，能耗大提升绞车串电阻调速，在低速运行阶段，其能耗在转子回路的电阻器上消耗，电阻器易发热，造成了严重的能源浪费。

当下放重物时，电机处于发电状态，由于没有能量处理环节，大量的电能消耗在转子电阻上，据测定，约有30%的能量消耗在电阻器上，造成浪费。

同时也影响电阻器及电机的使用寿命。

1.3启动电流大，力矩小绕线式电机的启动电流达额定电流的2~3倍，给电网造成冲击，特别是较大功率的提升机更为明显。

启动力矩小，带负荷能力差。

在低速和爬行阶段。

需要依靠制动闸配合进行速度控制，速度控制性能较差。

1.4控制系统复杂，故障多提升绞车采用串电阻调速，其电控系统复杂，电器元件多，因频繁的调速切换过程中，很容易使接触器、电阻器、电机电刷等电器元件出现故障、失灵或损坏。

绞车变频调速系统设计开题报告.txt 选题的目的和意义变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系: n =60 f(1-s/p,(式中 n、f、s、p 分别表示转速、输入电源的频率、电机转差率、电机磁极对数;通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

变频调速技术已深入我们生活的每个角落,变频调速系统的控制方式包括 V/F、矢量控制(VC、直接转矩控制(DTC等。

V/F 控制主要应用在低成本、性能要求较低的场合;而矢量控制的引入,则开始了变频调速系统在高性能场合的应用。

绞车(winch又称为卷扬机,是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备。

绞车的驱动一般是采用手动、电动或者液压方式,但在大型化和自动化程度越来越高的形势下,电动的优势更明显,因而使用也越来越广泛。

电动驱动中主要是采用交流变频调速系统对绞车进行驱动。

通过变频调速系统对绞车进行控制其优势在于: 1、结构紧凑、体积小、移动方便、可节省大量运输和开拓费用; 2、安全防爆,适用含有煤尘,瓦斯或其它易燃易爆气体的场所; 3、变频绞车是以全数字变频调速为基础,以矢量控制技术为核心,使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。

表现在低频转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等; 4、采用 PLC 控制系统,使绞车的控制性能和安全性能更加完善; 5、操作简单、运行安全稳定、故障率低、基本免维护。

绞车是工业生产过程中一种常见的机械,具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术。

随着绞车制造技术的不断提高、加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展,绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。

目前,绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。

我国的绞车其调速原理经历了电阻调速,液压调速、变频调速及行星差动调速等几次大的改进,目前国产绞车所采用的调速装置主要有两种类型:一是液压传动调速装置(液压调速,其产品形式即为现有的液压绞车;二是电控调速装置(变频调控,其产品形式即为现有的传统 JT 系列绞车。

永安煤矿副井绞车及提升设施安装施工组
织设计
第一章工程概况
永安矿副井永久装备及提升系统已准备投入安装，副井临时装备即将拆除，副井永久装备将要安装，副井井径2.2m井筒全深83m提升方式为单马罐笼配平衡锤，装备为一套0.5吨单层单车提升罐笼，担负全矿提矸，材料下放，升降人员任务，副井提升机房已建成，提升机安装条件已具备，本工程副要内容有：提升机房设备安装：提升机房电气设备安装：天轮安装首尾绳安装。

该提升设备选用重庆工程矿山机械工业公司生产的直径为2m，型号为GKT2×2×1双滚筒绞车，副要组成部分：副轴装置、减速机、交流电机、制动装置、天轮装置、液压站、润滑油站等组成。

天轮选用配套直径为2m的天轮。

该工程由许昌钧州煤炭咨询设计研究院设计，河南理工大学工程建设监理所监理。

第二章施工准备
一、施工设备准备
施工副要用的机具、设备详见《用于本工程副要机具设备表》。

用于本工程副要机具设备表。

前言我国是个采矿大国，也是矿山机电设备制造和使用大国。

矿山提升机是井下和地面的工作机械。

它是用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成运送物料和人员的任务。

矿山提升机是由原来的提水工具逐步演变而来的，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。

随着国内矿井生产量的日新月异的提高，对矿井提升机的安全性、可靠性、生产效率以及整机自动化运行水平，降低操作者及维护人员的劳动强度，处理设备事故的速度与对策等成了迫切要求。

而矿井提升机卷筒绳槽的加工也与安全性密切相关，钢丝绳的磨损速度，卷筒衬木的使用寿命，以及生产成本等问题的解决都应予以考虑。

本次设计是关于JTK-1.4×1.2矿用提升绞车制动系统的设计，在本次设计中将大学四年所学的材料力学，机械加工工艺学，画法几何及机械制图，机械原理，机械设计，机械制造装备设计等知识进行了一次综合性的运用，为以后进入工作岗位后进一步深造奠定了一定的实践基础，积累了一定的经验。

在毕业设计过程中张高峰老师以及理工大学工程训练中心张益民老师给予了我们很大的帮助，我们在两位老师的指导和帮助下了解了矿井提升机制动系统的工作原理和其基本的构造，并对我们设计的全过程进行辅导，为我们能够圆满的完成设计任务奠定了良好的基础。

由于理论水平，实践经验所限，本设计难免有错误和考虑不足之处，敬请各位导师及阅读者提出宝贵的意见和建议。

第1章我国矿井提升机的使用状况提升机是矿山大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具，在矿山生产建设中起着重要的作用。

矿井提升机主要用于煤矿、金属矿和非金属矿中提升煤炭、矿石和矸石、升降人员、下放材料、工具和设备。

矿井提升机与压气、通风和排水设备组成矿井四大固定设备，是一套复杂的机械——电气排组。

所以合理的选用矿井提升机具有很大的意义。

矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，以较高的速度往复运行。

为保证提升工作高效率和安全可靠，矿井提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald75DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.25.075提升机变频调速系统的电路设计①王立科（焦煤集团职工教育培训中心 河南焦作 454000）摘 要:矿井提升机运行的安全性与效率决定了矿井生产是否安全与效率的高低,在矿井生产中，保证提升机的正常运行显得极其重要。

变频调速系统是影响提升机运行效率的关键所在,变频器作为一种新型的自动调速装置,广泛应用于现代矿井生产中。

本文以双PWM四象限变频器作为核心,采用闭环矢量控制的方法,实现提升机高效、安全运行的目的,主要介绍了提升机的变频调速系统的主电路和控制电路的设计。

关键词:变频器 调速 设计中图分类号:TD53文献标识码:A文章编号:1674-098X(2017)09(a)-0075-02矿井提升机是现代化矿山生产的四大系统之一，是综合化现代大型机电运输设备。

作为地面与矿井的主要运输通道，在煤矿的安全生产中，提升机发挥着不可替代的作用[1]。

调速系统在矿井提升机系统中极其重要，是保证提升机安全、高效运行的关键所在。

因此，提高提升机变频调速系统的性能，保证提升机的正常运行，进而保证整个提升系统的正常运行显得尤为重要。

提升机变频调速系统采用双PWM四象限矢量变频器，控制方式采用闭环矢量控制，具有功率因数高、动态响应快、电能利用率高等优点，同时解决了谐波污染的问题。

1 变频器主电路元器件的设计变频器的主电路设计特别重要，主要由低压断路器、电源滤波器、上电缓冲电阻（R 0）和变频器输入侧电磁接触器(MC)等组成，如图1所示。

1.1 低压断路器根据所选择变频器的参数（额定电压380V、额定电流400A）确定低压断路器的参数。

选择的低压断路器额定电压与变频器一致为380V；为避开变频器启动时冲击电流峰值，电流容量应为变频器额定电流的1.5～2(即为600～800A），整定值为断路器额定值的3～4倍。

变频调速技术在矿山提升绞车中的应用摘要：绞车作为运输设备之一，其多应用于煤矿开采作业，但是偶电气控制水平的影响，出现安全事故的可能性较大，而较好的变频技术可以促使绞车实现无极调，换言之，在绞车系统中融入变频技术，可以提高电气控制水平，提高绞车作业的安全性，不仅如此，其还能在一定程度上优化绞车作业的质量、效率，因此，本文在分析矿用提升系统以及变频技术原理、应用效果的基础上，提出了提升绞车变频技术的建议，希望可以为相关人员提供参考。

关键词：提升绞车；变频调速；PLC绞车作为煤矿常用设备，其主要作业范围包括煤矿开采运输、煤矿挖掘运输，而电气控制水平会直接影响绞车实际运行的经济性、安全性以及可靠性，因此，为了保证绞车拥有良好的作业水平、经济效益，优化电气控制措施势在必行，而其中至关重要的一项便是变频技术，对PLC系统不断进行改革与完善，可以提高变频绞车的节能性、安全性以及可靠性，从而降低事故发生频率，提高作业水平。

一、矿用提升系统概述现阶段，我国交流异步电机所采用的逻辑控制措施主要有两个组分，即继电器、按触器，以转子串切电阻有级调速为主要方式来实现对绞车的有效控制。

基于此种条件，当电机处于开机状态，或是换挡状态下，电流较大会直接影响设备的使用情况，不仅会弱化控制精度，同时还会损耗电机的使用寿命。

除此之外，其还具备较多的弊端，例如，调试相对较为困难、维护缺乏便捷性、电能耗损较大等等，无法符合我国煤矿所提出的的现代化、综合化以及高效化要求。

而PLC变频技术因具有相对较广的调速范围、操作简易、安全性能好，而且启动时稳定性较强，因此备受推崇。

由此可见，以PLC变频技术为基础，针对矿用绞车的变频系统进行优化，势在必行。

二、变频技术原理与应用分析首先，在原理方面。

变频调速是通过改变电机定子供电频率而实现的一种转速技术，工作内容有两个重点：电机回馈能量于发电机；电机逆变。

其中，电机逆变是调速的中心内容，主要包括三个过程，即整流、滤波、逆变。

简述变频绞车在煤矿提升系统的应用我矿2012年在井下+150水平安装一套变频绞车JTPB-1.6×1.2/20电机功率160kW为六采区主下山提升服务。

绞车机械部分由重庆远和矿山机械制造有限公司生产，绞车电控系统由洛阳源创电气有限公司生产的提升机变频控制系统。

电控设备由变频控制柜、PLC控制柜、司机操作台等组成，于2012年8月2日调试完毕进行提升运行，系统实现PLC控制、变频调速，系统实现过卷、减速过速、急停、通讯故障、变频器故障、测速断线保护、制动油压过高、深度指示器断轴、松绳等故障的检测，并进行安全制动。

1 变频调绞车应用效果分析1.1 节电效果好据相关的调查资料显示，新型的变频调速器具有不同程度的能量回馈功能，能够在提升绞车下放的过程中将机械的能量转化为电能并顺利地输送到电网当中。

同时，新型的变频调速器在运行过程中还能够有效消除和减少调速过程中电阻能耗所散发出的热量。

改造后的变频绞车的节电率与改造前的变频绞车节电率提升了20%～25%。

1.2 安全性能高新型的变频调速器在启动过程中对电流频率的要求较小，正常情况下，都能十分顺利地完成启动，起步的平稳性较之前也得到了较为明显的提高，运行速度受负载量变化程度的影响较小，安全性能在整体上得到了提高。

1.3 维修成本低新型的变频调速器在运行过程中极少出现故障，即使出现故障也都是一些较小的问题，所需的维修成本较低，从而在侧面上减少了维修工作量。

同时，由于新型变频调速器的节电效果较好，从而有效地避免了因电阻发热影响作业质量的现象。

1.4 工程量小变频绞车机房峒室相对较小，比较简单，与老绞车相比可节省10平方米面积，土建工程量较小，费用较少。

1.5 设备简单变频绞车设备相对较简单，安装调试方便。

2 变频器的工作原理交流电动机的转速表达式：n=60f（1-s）/p （1）式中：n——异步电动机的转速f——异步电动机的频率s——电动机转差率p——电动机极对数由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。

128 /矿业装备 MINING EQUIPMENT煤矿无极绳绞车变频调速控制方案设计□ 班旭凯　山西焦煤汾西矿业水峪煤矿煤矿辅助运输系统中的车辆主要有电驱梭车、电驱铲车、蓄电池机车以及无极绳绞车等。

无机绳绞车以钢丝绳为牵引并运行于普通股轨道，主要应用于距离较长、路面倾斜剧烈、坡度角度较大的工作面。

无极绳绞车的使用，大大提高井下运输的安全性，防止跑车事故的发生；精简井下工作人员，提高的设备生产效率，并且可以实现连续运输；可以满足不同工况的需求。

无极绳绞车电气控制系统中，调速控制方案是一个核心部分，也是一个难点，在结合绞车实际运行中遇到的问题的基础上，提出一种基于无极绳绞车的变频调速控制方案。

1　方案设计煤矿无极绳绞车变频调速控制方案系统设计如图1所示，该方案主要由PLC 控制器、变频器以及编码器+变频器电机实现。

PLC 控制器以硬接线或者通信的方式将控制变频器的指令发送给变频器，进而由变频器控制变频电机的启动、停止、正转、反转、加速、减速以及复位等操作。

在此过程中，编码器反馈电机的实时速度。

1.1　硬件选型PLC 控制器选用EPEC 6100型，该控制器体积小巧，支持CAN 通信、CanOpen 通信以及Modbus 等多种通信制式，有丰富的数字量输入、数字量输出以及模拟量输入、模拟量输出等扩展接口，满足该变频调速方案设计要求。

变频器选用ABB 的ACS880-7型，该变频器设计紧凑，便于安装和维修，支持各种电机类型，包括同步磁阻电机，支持各种现场总线、速度反馈装置和输入/输出控制单元，配备有用于调试和配置的PC 工具Driver Composer，同时具备速度控制模式或开关控制功能的冷却装置。

电机和编码器选用的是永济电机厂定制的变频器电机和编码器。

1.2　软件设计1.2.1　PLC 软件流程煤矿无极绳绞车变频调速控制方案PLC 软件流程图见图2所示，一共分为七个部分，主要包括系统初始化、变频器初始化、通信建立、延时处理、逻辑控制、电机控制、故障处理。