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矿井提升机电控系统原理设计摘要我国矿井提升机大多是采用交流异步电机拖动，其电气控制系统采用转子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装置。
本文以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，对矿井交流提升机电控系统进行研究设计，由可编程控制器(PLC)代替继电器-接触器构成的逻辑控制装置。
其中简单介绍了国内外矿井提升机发展概况，提升机机械结构、工作原理，分析了其技术经济性。
对于PLC的控制原理及应用做了一般性的介绍。
详述了提升机电控系统和调速原理，如：测速部分和保护部分。
本文以TKD-NT 单绳缠绕式矿井提升机为例，提出了研究设计方案，并且在实践中成功实施。
PLC电控系统实现了对提升过程的程序控制，精度高；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；实现无触点控制，寿命长，可靠性大大提高，具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录等有关数据的全部自动化。
关键词：矿井交流提升机，PLC，调速，电控技术研究THE DESIGN OF ELECTRIC CONTROL SYSTEMBASED ON MINE ELEVATORABSTRACTIn China, mine elevator whose electric control system uses speed regulation by means of stringing and slicing the rotor resistance, and it constitutes the logic control device by the relay and contactor adopting the means of the drive of AC asynchronous motor in most cases. This paper which studies and designs the electric control system of AC mine elevator, adopting PLC which takes the place of the logic control device constituted by the relay and contactor takes the security, reliability, high efficiency, economy as a starting point, and takes the reliability principle as the basis. There into, this paper gives a brief introduction on the development of mine elevator in home and abroad, its framework and theory, while doing some economic study. Then, it introduces the theory and application of PLC simply. On the side, it goes into particulars about electric control system, for example, speed measurement and safeguard. This paper sets TKD-NT elevator for an example, proposes the research and design plan which puts in practice successfully. The electric control system based on PLC has carried out the procedure control of hoist process and high accuracy, closed-cycle control of mine elevator through speed, electric current as well as digital switching of vector and so on, the monitor of important parameters such as the distance of travel, speed, the state of hoist. In addition, the system also has carried out contact less control, long life-span, reliability greatly improved, good control supervisory system and completely automation of relevant data’s demonstration, recording and so on.KEY WORDS: AC mine elevator, PLC, speed regulation, electric controltechnology research目录前言 (1)第1章国内外矿井提升机发展概述 (2)§1.1国外矿井提升机现状 (2)§1.2我国矿井提升机电气控制系统的现状 (2)第2章提升机机械结构及工作原理 (4)§2.1机械结构 (4)§2.2工作原理 (5)第3章串电阻调速系统 (7)§3.1串电阻调速系统原理 (7)§3.2串电阻调速程序 (8)第4章提升机电控系统构成 (14)§4.1引言 (14)§4.2主回路 (15)§4.3测速回路 (16)§4.4安全回路 (16)§4.5控制回路 (18)§4.5.1 信号回路 (18)§4.5.2 电机正反转回路 (18)§4.5.3 制动回路 (19)§4.5.4 转子电阻控制回路 (19)§4.6监控系统 (20)§4.6.1 上位机 (20)§4.6.2 操作台 (21)第5章PLC 操作主控系统原理及应用 (22)§5.1PLC系统组成 (22)§5.2各单元基本特点 (22)第6章技术经济性分析 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)前言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，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。
电控高压共轨系统的技术特点电控高压共轨系统的技术特点电控高压共轨技术是指在高压油泵、共轨管、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此分开的一种技术，由高压油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压进行闭环控制，喷压独立可调。
这种系统具有以下特点：可靠性：对轻型车来说系统零部件成熟且有长期使用考核验证、中型比较成熟；但是对重型柴油机使用寿命未经验证（单体泵供应商声称100万公里，而共轨供应商尚无一敢承诺30万公里）；υ继承性：结构简单，安装方便。
υ灵活性：共轨油压独立于发动机转速控制、整车控制功能强，适应轻型车特别是乘用车的要求；υ优化噪声：预喷技术可以降低怠速噪声；υ喷油规律：共轨系统的初始喷射率太高，不符合柴油机燃烧所需要的先缓后急的规律，不利于排放控制；υ喷油压力：一代共轨喷油压力1350~1450bar，二代做到1600bar，总体来说比单体泵和泵喷嘴要低，所以在油耗上有3%左右的劣势；将来做到1800barυ以上但是需要采用增压共轨技术，还没有成熟，成本增加较大。
多次喷射：可以实现多次喷射，目前最好的共轨系统可以进行6υ次喷射；共轨系统的灵活性好，但是势必带来匹配工作的难度。
时间和技术人员的水平，决定了一定阶段在中国使用太灵活的系统不一定能达到预期的效果；升级潜力：多次喷射特别是后喷能力使得共轨系统特别方便地和后处理系统配合，具有实现欧Ⅳ、欧Ⅴ排放法规的潜力；υ适应能力：燃油（水、灰份杂质）适应能力差，对用户使用条件要求高υ复杂性：系统特别是控制系统和控制策略复杂对整车厂、用户、售后维修均带来挑战；零部件更换成本高，特别是电控喷油器和电控喷油泵；υ相对于电控单体泵系统，高压共轨更轻巧、更适用于中轻型发动机。
图7为高压共轨系统示意图。
图7 高压共轨系统示意图目前，广泛应用于市场的电控高压共轨系统国外生产商主要有德国博世、美国德尔福、日本电装和德国西门子VDO。
TZK-3000系列矿用提升机交流电控设备使用说明书目录使用必读 (2)一、电控设备使用环境 (3)二、电控系统技术参数及型号含义 (3)三、电控系统的主要组成与控制功能 (4)四、系统的保护及联锁 (9)五、线路动作简介 (9)六、转子电阻计算 (11)七、常见的故障及排除方法 (11)八、易损件清单 (14)九、订货须知 (14)十、保修范围 (15)●使用必读■安全注意事项本设备为电控设备，当存在潜在危险情况时，如果处理不当，可能会导致人身伤亡。
所以为了您的人身安全，请您在设备安装、运行、维护或检查之前必须仔细阅读本说明书。
■注意1、各控制柜必须按照电路图正确连接；2、各电控部分用于提升机后不得再另作他用，以免影响系统运行效果；3、各个柜（台）体外壳必须可靠接地，操作台需单独做接地极接地，不得与其它接地共用；4、接线时要紧固螺丝，否则接线松脱将导致火灾或漏电等事故；5、运行前请仔细检查接线是否正确；6、运行中确保锁闭各个柜体门，钥匙和操作手柄应有专门人员保管；7、检修前，必须在进线电源和UPS应急电源关断后方可进行检修；8、本设备只有在安装人员完成安装并经调试人员调试后，检查无误，方可运行；9、对本设备的内部器件接线做不适当的改动或对PLC程序进行修改，可能会造成设备损坏，所受经济损失，本公司不承担由上述原因引起的事故责任；10、本电控设备由矿方负责进行安装接线，本公司负责派技术人员现场调试。
■检查本电控设备在出厂之前均已经过测试和品质检验。
在购买后，开箱之前请检查产品的包装是否因运输不慎而造成损伤，产品的规格型号是否与订购的机种相符。
如有问题，请及时联系我们。
■警告本提升机电控设备在正常使用中严禁有以下操作行为或情况发生：1、提升机装置严禁超载运行！2、严禁超速运行！3、严禁电控设备在停电时和单用手闸控制时对提升机溜放！一、电控设备使用环境1、安装使用地点的海拔高度不超过1000米；如超过这个海拔高度，元器件在功率、容量方面应按海拔高度的增加，适当降容使用，并考虑一些元器件的安全爬电距离等的安全参数；2、周围空气温度不得超过40℃，且在24h周期内的平均温度不得超过+35℃，周围空气温度的下限是-10℃；3、周围空气相对湿度不得超过85%，无凝结；4、无腐蚀、破坏金属或绝缘的气体、蒸气或尘埃；5、本产品安装于户内，无剧烈振动，无强磁场作用和机械冲击，安装倾斜度不得超过5°；6、不必防爆的场所。
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全数字交流高压串电阻电控技术说明
一、总体说明：
本提升机电控系统符合下列文件的规定和基本要求：
1）《煤矿安全规程》。
2）《金属非金属地下矿山安全规程》（GB16424-1996）。
3）《矿井提升机和矿用提升绞车 安全要求》（GB20181-2006）
4）《煤矿地面多绳摩擦式提升系统设计规范》（MT5021-1997）。
5）《直流传动矿井提升机电控设备 第二部分晶闸管电控设备》（JB/T6754.2-93）
6）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》（GB/T13926-92）
7）《低压配电设计规范》（GB50054-95）
8）《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》（GB4859-84）。
9）（89）中煤总生机字第128号文件规定的各项保护及后备保护功能。
10）现行国家电工委员会及其它标准。
11）进口电气设备遵守国际电工委员会IEC 标准。
12）《3-110KV 高压配电装置设计规范》（GB50060-92）。
13）《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》（GB50062-92）。
14）《矿用一般型电气设备》（GB12173-90）。
15)《外壳防护等级的分类》（GB4208-84）。
16)《电能质量 公用电网谐波》（GB/T14549-1993）
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二、设计依据及使用环境：
1、设计依据：
提升机技术参数：
提升机型号：
提升高度： m
提升速度： m/s
提升水平： 1个水平
配套交流电机： 800kW/10KV
2、使用环境条件：
1）、环境温度不高于40℃，不低于-10℃。
2）、相对湿度不超过85%（+25℃）。
3）、没有导电尘埃及对金属和绝缘有破坏作用的气体。
4）、没有剧烈的振动和颠簸。
5）、不必防爆的地方。
6）、供电电压等级：高压AC10KV 、低压AC380V/220V
三、电控系统技术说明：
3.1 电控系统总体说明：
电控型号：TKDG-PC-800KW/10KV ；
（型号含义：单绳缠绕式式提升机PLC 控制转子串电阻调速，电机额定功率800KW/额定电压10KV ，具有足够的过载倍数。
）
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整个电控系统分为：高压供电系统、电阻调速系统、操作控制系统、上位监视系统。
高压供电系统采用双回路电源供电，装有真空断路器并具有欠电压、过电流、缺相等保护功能。
同时装有正、反换向真空接触器，来控制电机运行方向同时完成对电动机主回路供电。
调速系统采用转子串电阻调速。
操作控制系统采用双PLC 双线制控制，主、辅PLC 之间相互通讯及监视，可以实现一套运行监视，配网络化控制操纵台。
整个电控系统之间通过进行系统通讯及信号交换，并预留与信号系统进行连接的接口。
该系统硬件配置整洁、功能强大、技术先进、安全可靠。
3.2电控系统技术说明：
1) 采用电阻调速，通过改变接入转子电阻从而达到调节速度的目的。
2) 操作和安全保护系统选用两套PLC ，主PLC 装于PLC 主控柜辅PLC 装于操作台。
主、辅PLC 之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视，可以正常工作并满足《煤安规程》的九项保护。
3) 操作控制系统能完成提升机手动、检修各种运行方式的控制要求。
控制系统能自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率。
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4) 具有两条安全保护回路，其中，软件安全回路一条、硬件安全回路一条，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速等。
安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。
轻重故障具有声、光报警。
5) 采取必要的硬件、软件的抗干扰措施（滤波、合理的结构及布线），确保整个系统不受电磁干扰、供电电源的干扰，并对其他设备不产生危害性的干扰；
6) 经过优化设计，使设备的性能更加强大，硬件包括接线更加整洁，使继电器数目减少到最少的必要程度。
7) 控制柜结构形式：新型的电控柜结构、全密闭，大玻璃门、喷塑面板、美观并且便于维修。
8) 安全保护分为两类：
第一类严重故障，立即断开安全回路实施安全制动；
第二类为轻故障，允许一次开车，本次运行结束后不维修好不能再次开车；
第一类严重故障包括：等速过速、两米过速、过流、、断路器欠压、液压油过压、深度指示器失效、过卷等；
第二类轻故障：液压油温高/低等。
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4、主要电控设备的主要特点：
4.1、高压电源柜、换向柜：
采用双隔离开关，可以实现双回路进线供电，装有高压真空断路器可以实现过电流、欠电压、缺相等保护功能。
同时装有正、反换向真空接触器，来控制电机运行方向同时完成对电动机主回路供电。
4.2、转子柜：
采用真空接触器用于切除电机转子八段电阻器或可控硅装置。
4.3、PC 主控柜:
1) 选用三菱或西门子系列主控PLC 。
PLC 应用软件能完成提升机手动、检修等运行方式的控制要求。
2) 完成提升机运行工艺要求的控制功能及各项安全保护。
3) 实现对调速系统行程速度给定的控制，两道以上自动减速保护，停车时自动抱闸停车。
4) 与信号系统之间的提升信号闭锁。
5) 实现完善的保护功能，对于过负荷、欠电压、减速过速、等速过速、过卷、减速、弹簧疲劳、信号联锁等安全保护具有独立保护。
6) 实现数字行程给定功能，并实现数字行程罐位位置显示，在井口（或深度指示器）设置同步开关对光电编码器进行同步校正。
7) 保护功能按下列两类设置：
立即施闸的紧急停车；
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◆ 完成本次提升后，不允许再次开车。
8) 软件和硬件冗余的安全回路。
9) 利用PLC 内部安全回路和外部硬件安全回路共同构成两重安全保护。
在PLC 内部也可设置多重保护回路，以实现对各种故障的综合判断，具有所要求的各种保护。
4.4、网络化操作台：
仿ABB 一体结构,带两个副台。
操纵台内装有三菱或西门子辅控PLC ，需要从PLC 输入、输出口进行接线的信号均从辅控PLC 就近接线，并与主控PLC 进行网络通讯，各种信号线通过通讯电缆完成，实现网络化控制。
操作台上装有10寸触摸屏、指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备；能实现提升机运行的各种控制工艺要求。
——触摸屏可实时监控运行过程中的深度、速度、勾数以及工作信号和故障报警信号。
——仪表主要显示的内容；主电压、主电流、工作闸电压、制动油压等。
——指示灯的内容包括：提升绞车运行状态显示和安全状态指示两大类。
——选择开关及按钮包括：过卷复位开关、调闸调绳开关、辅助开关等。
◆ 操纵台进行人性化设计，便于操作、观察，司机工作时比较舒适。
5、人性化设计：
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我公司提升机电控系统在追求技术先进型的同时，更注重于电控设备人性化的设计。
下面是在我公司电控设备中已贯彻实施的部分人性化设计措施：
5.1 造型美观大方：
我公司电控设备均采用全新的电控柜结构、喷塑面板、美观并且便于维修。
5.2 全中文化标识：
所有指示、操作、执行等元件标识全部中文化，使操作维护人员无须查看图纸，任意元件的控制作用一目了然。
5.3 出厂前连柜调试：
出厂前将成套控制设备，柜与柜、柜与操作台之间进行模拟现场使用工矿联机调试，这样在常规检验、试验的基础上又多了一道性能试验，确保产品质量。
6、技术资料：
提供完整的文件资料：
1）原理图、布置图、端子图、说明书、安装尺寸等。
2）其中在合同签订后一周内提交1份设备外形及安装尺寸图。
3）在合同生效后3周内提交原理图及端子图等。
4）其中随机图纸（含原理、布置、接线、说明书）一套。
7、调试：
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用户安装条件具备后，我公司立即派人到现场负责现场指导安装、调试。
8、售后服务制度及承诺:
（1）解决问题和保证矿井安全生产为前提，不推诿扯皮；
（2）对安装和使用过程中的有关产品使用和质量问题做到；
① 一般问题，立即做出答复；稍大些的问题2小时内做出答复；
② 重大问题4小时内做出答复；
③ 对确需到现场解决处理的问题，24小时内技术人员到现场。
（3）对所提供设备提供终身技术支持。
电控成套供货表
编制单位：山西新富升自动化工程有限公司。
