PLC在矿井提升机变频调速中的应用毕业论文(内含开题报告和中期答辩)

平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）任务书姓名张熙专业机电一体化任务下达日期 2011 年 2 月 26 日设计（论文）开始日期 2011 年 2 月 26 日设计（论文）完成日期 2011 年 5 月 29 日设计（论文）题目：基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用A．编制设计B．设计专题（毕业论文）指导教师庞元俊董德铭系(部)主任年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第页毕业设计(论文)及答辩评语:平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录系专业,学生于年月日进行了毕业设计(论文)答辩。

设计（论文）题目：基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用专题(论文)题目: 指导老师: 庞元俊董德铭答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。

答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：，，，，，，，目录目录 (1)摘要.. (3)前言 (4)第一章十一矿新副井提升绞车电控系统概况 (8)1.1十一矿新副井绞车电控系统简介 (8)1.2十一矿新副井原来转子切电阻调速电动机运行方式 (8)1.3十一矿新副井绞车原来使用拖动系统系统框图及功能 (9)第二章双馈变频调速系统技术方案 (11)2.1 变频技术简介 (11)2.2 变频调速的基本原理 (15)2.3 双馈调速系统结构图和运行原理 (19)2.4 电平双PWM变换器 (21)2.5 全控双馈调速系统构成 (22)2.6 双馈调速系统运行方式 (23)2.7 矢量控制全控双馈调速方案 (24)2.8 全控双馈调节系统结构 (25)2.9 多PLC网络控制系统 (27)第三章操作台及外部设备的作用 (31)3.1操作台 (31)3.2 上位机监视部分 (32)3.3 外部传感器的安装与作用 (33)第四章两种方案比较 (34)总结 (37)参考文献 (39)致谢 (40)基于PLC控制的变频调速系统在矿井提升机中的应用摘要目前我国矿井提升机中的大多交流异步电机拖动系统，采用的电气控制系统采用转子串、切电阻调速，由继电器一接触器构成逻辑控制装置。

PLC与变频器在矿井提升机调速系统中的应用目前我国矿井提升机中的主要系统，通常选用的是电器控制系统，用转子串电阻调节速度，并由继电器和接触器组成的一种控制装置。

一般的提升机转子串电阻调速电控系统具有很多的缺点，例如在控制上不够简单、明了；应用时可靠性较差；调节速度的效果较低等。

鉴于以上种种因素，通过选择PLC和变频器并把两者组合到一起的控制措施，能够很好的对原来电控系统进行一定的改善，从而增强电控系统的整体效果，并对其安全性和可靠性，以及控制能力和速度调节上做出明显改善。

标签：提升机；电控系统；PLC；变频器引言提升机属于大型的提升机械设备，通常使用较为广泛的是矿井提升机，它所发挥的效果是连接地面和井下输送的枢纽。

因为它自身作用的关系，又被称作是矿井的“咽喉”，所以必须要确保提升机在井道内的安全性能，避免在井道中突发意外事故，给工作人员带来一定的危害，耽误工作正常运行。

传统的矿井提升机控制系统大多都是选用继电器和接触器组成的控制系统，但是，由于该控制系统有很多不完善的地方，使用性能和維护性能都比较差，所以导致了其很难跟上现今矿业发展的前进脚步。

综上所述，这种传统的继电器控制系统会逐渐地消失，而新式的PLC与变频器控制系统将会成为新的发展方向。

文章从安全、可靠、高效、经济等几个方面为主要出发点进行改革。

据统计，我国现在所使用的矿井提升机大多数是选择那种传统的交流电控制系统[1]。

该电控系统在起动和调速换挡时电流的冲击力过大，属于有级调速，且调速的平滑性较差，速度低时机械特性绵软，静差率较大，而且容易发生机械故障，节能效果低。

为了改善传统交流绕线式转子异步电动机串电阻调速系统上的不足[2]，通过PLC和变频器合二为一的控制措施针对传统电控系统实行完善处理，使提升电动机较为广泛区域中的无极平滑调速得到了很好的改善，并且在机器运行时可以结合电动机的实际使用状况，来确保电动机一直正常有序的进行运转，而且这样的控制系统还非常适用于环境较为恶劣的工作场地，还具有相当优良的节能省电性能。

摘要煤矿矿井提升机是煤矿的重要设备，随着计算机PLC和液压技术的不断进步，采用先进的控制技术和液压比例加载技术来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、安全性、防冲击能力得到很大发的改善，其控制系统和液压比例加载系统的技术性能和可靠性能直接影响煤矿的安全生产。

本设计重点对矿井提升机液压站系统和比例溢流阀应用上进行了重点研究。

电液比例控制系统与可编程控制器PLC相结合，压力传感器将采集的信号经处理后送入PLC中对信号进行处理从而发出控制信号，控制信号经放大控制器处理后作用在比例溢流阀上，控制比例电磁铁作用，控制液压源到液压缸的流量在液压缸中产生不同的压力从而达到控制盘闸制动器的目的。

关键词：提升机，电液比例，PIDAbstractMine hoist is the important equipment in coal mine, with the development of computer PLC and hydraulic technology, the traditional control system to transform the traditional mining industry to adopt the control technology and hydraulic proportional loading technology advanced, so that the mine safety machine anti impact ability obtained the very big development improvement, its technical performance control system and hydraulic proportional loading system and reliable performance directly affects the safety in production of coal mine. This paper adopts PLC technology to control the electro-hydraulic loading system. The PLC programmable controller so that it can be compared to the traditional mine safety system greatly improve the electro-hydraulic proportional loading system, running more stable and accurate. The reconstructed system can meet the stringent requirements of the mine production, but relatively little investment, high cost performance, has a strong practical value.Keywords: hoister ，electro-hydraulic，proportional PID目录第一章绪论 (5)1.1 课题研究意义 (5)第二章电液比例控制系统与PLC概述 (9)2.1电液比例控制系统 (9)2.2 PLC的简介 (10)第三章矿井提升机制动系统及其液压站设计 (14)3.1 盘闸制动器的工作原理 (14)3.2 制动过程分析研究 (15)3.3 性能参数的确定 (19)3.4 盘式制动系统的液压站 (20)第四章基于PLC的电液比例控制系统 (24)4.1 比例控制放大器 (25)4.2比例液压系统设计 (29)4.3 基于PLC的电控系统设计 (31)4.4建模与分析 (33)第五章电气控制要求 (41)5.1 I/O地址分配 (41)5.2 S7--200程序设计梯形图 (46)参考文献 (54)致谢词 (54)附录-外文文献及翻译 (56)前言矿井提升机是矿山生产的至关重要的大型设备，对矿井的生产和安全起着非常重要的作用，有着重要的国民经济意义。

基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计摘要本文针对提升机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。

根据提升机的运行特点，控制系统采用工控机监控提升机变频调速系统， PLC控制系统、变频调速系统等组成。

为了提高系统的可靠性，对提升机各种物理量与控制单元进行控制监控。

提升机的动态监测由工控机或触摸屏和组态软件组成。

用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程和工程所需要的信息报表以与结果打印等。

主控系统采用PLC系统，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，配合一些专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压带动动力制动或低频制动等。

同时能检测各电机故障现象并送往上位机显示。

减少了传统继电器接触式控制系统的中间环节，减少了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性。

关键词：矿用提升机；变频调速；矢量控制；可编程控制器The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTElevator Control System In this paper, the above problems exist in the PLC and frequency converter used in elevator control system, and for a more in-depth feasibility study. According to the operation of hoist features, the control system IPC VVVF elevator control system, PLC control systems, frequency control system components. In order to improve system reliability, and various physical quantities on the elevator control unit to control monitoring. Dynamic monitoring of elevator or the touch screen by IPC and configuration software. User environment, complete the animation in the configuration design, equipment connections, control flow and project preparation of the required information statements, and the results of printing. Master control system uses PLC systems, hardware simplicity, the software flexibility and easy commissioning and maintenance of small, specialized electronic modules with a number of the elevator control equipment, drive dynamic braking for control of high pressure or low-frequency braking. While the motor symptoms can be detected and sent to the host computer display. Relay contact to reduce the traditional control system of the intermediate links, reducing hardware and control lines, which greatly improves system stability and reliability.KEY WORDS:：Shaft hoist；Frequency conversion；Vector control；PLC目录前言1第1章绪论21.1课题概述21.2国外矿井提升机的发展状况21.2.1国外矿井提升机的现状21.2.2国提升机的现状与发展趋向51.3 本文容与研究的意义71.3.1研究容71.3.2 研究意义8第2章矿井提升机调速系统的设计92.1 矿井提升机对控制系统的要求92.2 提升机调速控制系统方案设计112.2.1 控制单元基本原理112.2.2 调速装置132.2.3 主控系统设计15第3章变频调速系统的设计183.1变频调速的发展与在提升机系统中的应用183.2 变频调速基本原理203.3 变频器的选择213.3.1变频器的选型213.3.2 变频器容量的选择223.3.3 变频器主电路设计与参数设定23第4章PLC在提升机变频控制系统中的应用264.1 PLC概述264.2 本系统中PLC的选型与特点274.3 PLC控制系统设计274.3.1 PLC的I/O分配274.3.2 PLC接线图33第5章PLC控制程序设计345.1 PLC软件概述与提升机PLC控制要求345.2 程序设计355.3系统抗干扰措施40结论42辞43参考文献44附录46外文资料翻译47前言在煤炭生产中提升机担负着提升煤炭、岩石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井“咽喉”之称。

矿井提升机电控系统的PLC改造开题报告终极版太原理工大学现代科技学院信息系本科毕业论文（设计）开题报告毕业设计(论文)题目矿井提升机电控系统的PLC改造学生姓名武静蕾导师姓名专业自动化报告日期班级08-2班指导教师意见签字年月日专业(教研室)主任意见年月日系主任意见年月日1.选题意义矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备，提升机的安全，可靠，有效高速运行直接关系到企业的生产状况和经济效益，矿井提升系统具有环节多，控制复杂，运行速度快，惯性质量大，运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换，虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，以及操作者的人为过失和对行程监测研究的局限性，是的现有保护未能达到预期的效果，只是提升系统的事故至今仍未能消除，一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速，过卷事故，造成楔形罐道萁斗的损坏，影响矿井正常生产，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失，所以提升机调速控制系统的研究一直是社会各界人士共同关注的一个重大课题，并且根据提升机的运行方式和煤矿企业的固有特点，国产矿井提升机电控制系统中应用plc也发展很快。

但从现场使用情况来看，目前，在国产煤矿提升机控制系统中，plc主要用于处理开关量，以替代老式提升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统，而涉及到提升机安全运行的制动系统中的模拟量和自动调节过程，大多还是通过用半导体器件、运算放大器等可调闸和可控硅动力制动的普通电子模式来处理。

使用过程中经常会出现零点漂移、电子元件损坏，并且存在维修及重新调试难、可靠性差等缺点，因而使提升机电控系统的可靠性降低。

针对上述问题，深入研究用plc控制煤矿提升机控制系统是非常必要的。

2.国内外研究现状概述矿井提升机对安全性，可靠性和调速性能的特殊要求，是的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，因此世界各大公司纷纷将成熟的技术应用于提升机电控系统，首先，我国矿井提升机电器控制系统的现状是，在煤矿生产中，矿井提升机起着非常重要的作用，它是矿山生产的效率及安全，又代表着矿井提升机发展的整体水平，目前我国机90%以上是采用单机容量在1000KW一下传统的交流异步电机拖动，采用转子串，且电阻调速，由继电器接触器构成逻辑控制装置，其中多半为电动机，发电机供电，采用晶闸管交流传动的只占一部分，传动交流拖动系统的显著特点是：调速性能差，调速时能量要大量消耗在电阻上，给定方式落后，控制精度低，安全保护和监测环节不完善，安全可靠性差，维护工作量大，而且运行不经济，由于异步电动机在低速运行时特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的制动力矩，因而难于准确的控制提升机的停车位置，目前多采取动力制动或低频拖动加制动的方式来完成减速，爬行和停车，目前在用的动力制动及低频电源大多数为采用模拟技术控制的晶闸管装置，仍存在调试困难，维护量大的问题，传统交流电控系统可靠性差的另一个原因是安全保护，闭锁及检测系统不完善，均为单线系统，且与控制系统想混联，多数公用一套线路，互相影响，1986年以来，针对制约提升安全的主要环节，陆续增设了深度指示器，自动减速，限速，等安全检测及后备保护功能，初步实现了对提升容器的定点位置检测及几项重要安全保护的双线制，使提升安全状况有所改善，在试试提升机电器控制系统技术改造时，即要有超前一步的意识紧盯国际先进水平，也要考虑我国国情，依靠自己的力量，加强与先进国家的合作，采取引进，消化吸收，合作生产，联合改造等多种形式，实现符合中国国情的煤矿提升机。

啊第一章绪论1.1 课题来源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: l)转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。

2)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。

3)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。

4)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。

5)电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。

6)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，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，配合一些提升机专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。

操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器。

主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式的控制要求。

本设计将在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，运用现在先进的矢量控制技术，不但适合提升机运行工艺的要求，还将解决整套提升机系统的电力拖动方面的一系列问题。

1.2 国内外提升及研究状况近三十年来，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。

PLC技术在矿井提升机控制系统中的应用[摘要] 矿井提升机是矿山的重要设备，其控制系统的技术性能和可靠性直接影响矿山的生产安全。

老式的矿井提升控制系统线路复杂，调速精度低，可靠性低，故障率高，而基于PLC技术的矿井提升系统具有系统安全性高，运行更加平稳、准确，可以适应不同矿山生产的苛刻要求，性价比很高，具有很强的实用性。

本文对PLC强大的逻辑、控制功能及在矿井提升及控制系统中的应用进行了简单阐述。

[关键词] 矿井提升PLC技术性价比实用性前言提升机是矿井生产中的关键大型设备，其工作环境是很恶劣的，温度变化大，灰尘多，工作现场存在振动和冲击等影响，同时电磁干扰比较严重，供电质量较差，这些现实条件都导致了矿井提升机电控系统故障概率增加，提升机安全可靠性能差，不但直接影响着全矿生产的正常进行，而且还直接关系到广大矿工的生命安全，因此，有必要采取适当的措施来提高提升机系统的安全可靠性。

一、PLC控制系统简介PLC控制系统在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年保持在20%~30%增长率。

随着自动化程度的不断提高和PLC市场容量的不断扩大，PLC在工业发达国家的增长速度有所放慢，但是在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速，尤其是在矿井提升机方面。

综合资料显示，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域中占据着举足轻重的位置。

二、PLC控制系统的原理及在矿井提升中的运行模式PLC按顺序（从上到下、从左到右）将所有输入新号读入到输入映象寄存器中存储，此时输入映象寄存器被刷新。

接着进入程序执行阶段，在本工作周期内的程序执行阶段和输出刷新阶段，无论输入信号如何变化，输入映象寄存器的内容保持不变；PLC对最新从输入映象寄存器和输出映象寄存器读入的输入信号数据进行运算、处理，再将结果暂时存到输出映象寄存器中；在执行完用户所有程序后，PLC一次性地将输出映象寄存器中的执行结果送到输出锁存器中去，在去驱动外部负载。

基于PLC控制的变频调速在矿井提升机中的应用的开题报告一、题目背景矿井提升机是煤矿、金属矿山等地的重要设备之一，它的作用是将在井下采掘出来的矿石、煤炭等物质从井下运出。

随着现代工业的快速发展和自动化技术的飞速发展，矿井提升机逐渐从传统的机械式控制逐步向电气自动化控制方向发展，其中变频调速技术作为一种目前广泛应用的先进控制技术受到越来越多的关注和应用。

二、问题概述在矿井提升机中，由于运输材料的重量巨大，一旦控制不当会造成严重的事故，所以控制系统必须要稳定可靠，且能快速响应外部变化。

此外，为了更好的满足生产需求，矿井提升机还需要开展精确的载重计算，并实现对电机运行状态的监控和保护等功能。

三、研究目标与意义本研究旨在探究PLC控制的变频调速在矿井提升机中的应用，主要目标包括：研发适合矿井提升机运行特点的PLC控制方案，实现矿井提升机的变频调速控制及相关功能，提高矿井提升机的安全性、稳定性和运行效率。

该研究的意义主要体现在以下几个方面：1.提高了矿井提升机的智能化程度，更好地满足了生产需求。

2.减少了设备的损耗和维护成本，提高了设备的使用寿命。

3.为矿井提升机的可靠性和安全性保驾护航，降低了事故发生的概率和风险。

四、研究内容1.研发适合矿井提升机的PLC控制方案，并建立其控制系统框架。

2.选用合适的变频器，并对其进行参数配置及调试。

3.实现矿井提升机的载重计算和电机运行状态的监测与保护功能。

4.结合实际情况，优化控制算法和控制参数，提高矿井提升机的控制精度和稳定性。

五、研究方法本研究主要采用文献研究、实验论证和案例分析等方法。

通过对相关领域的文献资料的梳理和研究，掌握PLC控制和变频控制的原理和技术，了解矿井提升机的控制系统架构和传统控制方法。

基于矿井提升机的运行特点，设计PLC控制方案，并通过实验验证其性能，最终结合案例分析确定优化方案。

六、研究预期结果1.完成PLC控制方案的设计，并建立完整的控制系统框架。

Internal Combustion Engine &Parts0引言近些年我国计算机技术快速发展与进步，计算机技术与工业融合已成为趋势。

矿井提升机控制中运用新型技术PLC ，实践表明可以提升产生效力，降低人工成本，改善传统生产时存在的缺陷。

分析矿井提升机控制系统中运用PLC 技术的措施，本文就此展开论述。

1PLC 技术特点分析PLC 技术具有其本体的技术特点，将其与计算机技术相结合可以在最大程度上发挥出机电一体化的功能。

如今伴随着我国机电一体化水平的不断提高，对其产品储存量与计算速度的要求也越来越高。

PLC 技术的应用便可以很好的解决这一问题，为人们生产生活提供了方便。

相对于其他技术在应用到器件设备中具有更加优质的抗干扰性能。

通过对现有的PLC 技术的应用情况以及生产水平进行研究统计，可以发现该技术中应用了大规模集成电路技术，同时大规模集成电路技术表现出极高的可靠性。

通过市场调查可以发现，日本三菱公司生产的可编程逻辑控制器在无故障的情况下可以工作较长的时间。

主要是因为在生成PLC 的过程中，使用的硬件具有自我检测功能，一旦检测到问题，可以及时进行发布警报，便于进行及时处理。

由于集成电路以及半导体材料的不断发展，芯片的集成度不断提高，同时电路元件在芯片上的集成度也不断升高。

因此PLC 产品的型号以及规模也已经发生了相当大的变化，主要体现在集成器件的功能上。

PLC 产品的功能规模相当丰富，更好地满足工业控制的各种需要。

同时器件本身具备完整的数据运算和逻辑处理功能，因此具有一定的应用优势。

2矿井提升机的类别矿井提升机在具体使用时，通过合理使用变频调速控制系统，有助于提升机工作效率与质量的提升，直接影响到设备运行的安全稳定性。

需要根据实际情况，全面掌握矿井提升机的特点。

2.1依据提升机用途分类矿山生产过程中不同提升机提着不同的用途，根据提升机用途将其分成主井与副井两类。

主井提升机主要提到开采过程中提升矿石的作用。