足球比分直播

基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计与仿真.pdf

返回
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计与仿真.pdf_第1页
第1页 / 共66页
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计与仿真.pdf_第2页
第2页 / 共66页
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计与仿真.pdf_第3页
第3页 / 共66页
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计与仿真.pdf_第4页
第4页 / 共66页
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计与仿真.pdf_第5页
第5页 / 共66页
点击查看更多>>
资源描述:
内蒙古大学硕士学位论文THE SIMULATION AND DESIGN OF VARIABLE FREQUENCYSPEED REGULATION OF HOIST SYSTEM BASED ON PLCAB STRACTAs the key to mine production,the operating perance and reliability of minehoist is of great importance.Once any accident happens,it will lead to the damages toequipment,even serious casualties,which affect the security of the entire mineproduction.At present,the most of mine hoist system adjust speed by the andremoval of resistors in series to rotor circuits.Although the equipment operation issimple and the initial investment is not enormous relatively,this control mode lead toexcessive energy consumption,mechanical and electrical shock,meanwhile,the speedperance is also limited.It cannot be carried out to satisfy the process of real-timemonitoring and safety production standard.As the rapid development of electronictechnology and automatics,variable-行equency drive with programmable logiccontroller which have proven its excellent powering-saving and speed features aregradually replacing the motor speed control system of rotor resistance.Based on the research about auxiliary shaft of‘‘Jiahe’’colliery,this papercompleted the simulation of mine hoist control system and the design of hardwareand software of speed regulation.The work focus on the configurations ofhardware;the ladder programming;the debugging and simulation of speed regulationsystem;the project of supervisory control and configuration;the design of内蒙古大学硕士学位论文user-friendly interfaceHMI;the system communication;the parameter setting ofvariable-frequency drive and SO on.This design uses SIEMENS S7-3 00programmable logic controller and MM 420 to achieve the control strategy and thes-type velocity curve.The simulation of ladder diagram is carried out through thePLCSIM.Host computer uses the WlNCC configuration monitoring software toacquire the system parameters,the perception of the operational status of the hoistwell bore in real time.On the whole,the design of variable frequency speed regulationcontrol system of mine hoist basically realize the requirements.KEYWORDSvariablefrequency speed regulationmine hoist;SCADA;s-typevelocity curve内蒙古大学硕士学位论文目录第一章绪论l1.1课题背景l1.2矿井提升机及其电控系统发展11.2.1矿用提升机l1.2.2矿用提升机系统电控系统分析21.3研究内容与结构介绍3第二章矿井提升机调速控制系统分析52.1矿井提升机系统构成52.2提升设备的运行受力分析62.3矿井提升机运行参数计算82.3.1五阶段式S型速度曲线82.3.2矿井提升机加速度的确定92.3.3矿井提升机减速度的确定..102.3.4矿井提升机系统速度参数确定..1l2.4矿井提升机电力拖动方案分析设计.142.5电控系统设计.142.6本章小结.16第三章矿井提升机变频调速系统硬件设计..1 73.1变频调速系统方案设计.173。2变频器简介.1 73.2.1变频器的工作原理..183.2.2变频器的控制方式..193.2.3变频器的控制电路..2l3。2.4变频器的电气制动..223.3变频器选型及参数设定.223.3.1变频器设备选型..223.3.2变频器的快速调试一22内蒙古大学硕士学位论文3.3.3变频器的频率给定方式一273.4可编程逻辑控制器简介.283.4.1 PLC的主要特点283.4.2 S7.300 PLC常用模块..293.4.3 S7.300通讯功能3 l3.4.4系统I/O设计323.5系统抗干扰设计.333.6本章小结.33第四章矿井提升机变频调速系统软件设计..344.1 STEP7简介..344.1.1 STEP 7设计步骤.354.1.2 PG/PC接口设置384.2 STEP7程序设计.384.2.1程序所要实现功能设计一384.2.2程序设计..394.2.3 STEP 7程序调试.404.3上位机监控组态软件设计.4l4.3.1 Wince简介.4l4.3.2 TAG SIMIⅡ.ATION434.3.3矿井提升机变频调速系统Wince监控组态软件设计要求一444.3.4监控组态画面设计一444.4本章小结.45第五章总结与展望..47参考文献.49致谢.5 l读研期间参加的科研项目52附录.53内蒙古大学硕士学位论文第一章绪论弗一早殖比1.1课题背景矿井提升机,作为煤矿生产系统中关键的运输设备,起着提升和下放矿材物资以及升降工作人员和设备的重要职责,是联系井上井下的枢纽运输设备【·】。矿井提升机系统主要由以下几个部分构成提升容器、拖动电机、井架、电控设备、制动装置以及辊筒、钢丝绳和减速器等,其主要功能为1.将工作面采掘煤炭中所混夹矸石运往地面加工厂或矸石山;2.将所开采煤炭运至地面,准备进行运输或者洗选;3.人员升降;4.运送生产所必须的各种设备物资。同时,作为矿井的“咽喉”,其控制性能以及安全可靠性亦直接关系到煤矿的生产能力和相关作业人员的生命安全。当前,伴随着我国经济的飞速发展,煤炭,作为能源架构中的重要工业原料以及基础能源,在国民经济中占据重要战略地位。同时,伴随着电力电子技术和自动化控制手段的不断发展,煤矿提升机电控系统迎来了新的发展契机,煤炭行业的不断发展也对提升机系统的数字化控制提出了新的要求。1.2矿井提升机及其电控系统发展1.2.1矿用提升机至今,矿井提升机技术已经走过两百多年的发展历程,第一阶段蒸汽拖动矿井提升机时期,伴随着工业革命时期蒸汽机在煤炭行业广泛应用,煤炭行业的生产效率得到了很大程度的提高。第二阶段电力拖动提升机时期。随着控制理论和电力电子技术的不断发展,矿井提升机系统的控制水平有了质的飞跃。相对在提升机领域有着较好的技术积累和应用实践的欧美国家,我国在矿井提升机领域起步较晚。改革开放后,工业实力的不断增强以及煤炭行业的不断发展,对矿井提升机技术以及技术人员配套提出了新的要求,提升机产业迎来了新的发展契机。其中,Ⅸ以及JKE单内蒙古大学硕士学位论文绳缠绕式提升机和多绳摩擦式提升机,以及相关的技术人员和设备配套,都取得了长足的进步【2】。单绳缠绕式提升机,大致可以分为双卷筒和单卷筒两种类型,其工作原理就是通过主导轮,钢丝绳一端连接箕斗或者罐笼等提升容器,另一端固定,当电机拖动卷筒转动时,即可实现人员升降以及物料运输。多绳摩擦式提升机,在很多不同的煤田开拓地质环境中,都有着广泛的应用,尤其在规模较大的矿企中较为多见,大致可以分为落地式和井塔式两种类型。不同于单绳缠绕式提升机结构,摩擦式提升机的主导轮一端悬挂平衡锤,另一端悬挂提升容器,或者两端全都悬挂罐笼等提升容器,通过主导轮的转动来实现人员升降和物资运输目的。当煤炭资源埋藏深度较大时,可利用布尔雷提升机,即双强卷筒缠绕式提升机来完成运输任务。徐矿集团夹河煤矿提升机系统,如图1.1所示图1.1夹河煤矿提升机系统Figure 1.1 The mine hoist system ofJiehe colliery随着采矿工业和科学技术的不断向前发展,矿井提升机在机械设计、自动化控制手段、运行监测以及安全保护等方面正在朝着高集成、大功率以及综合自动化等方向不断的发展。1.2.2矿用提升机系统电控系统分析当前,我国大多数的矿用提升机依旧采用绕线式异步电机转子回路串电阻的的方式来实现其调速要求,且多通过继电器.接触器控制单元实现控制目的,效率低下,控制效果亦不够理想。当然,转子回路串电阻调速方式具有起动转矩较大,设备简单,对相应操作技术人员要求较低,设备初期投资较小等优点,尤其在以单绳缠绕式提升机为主要提升手段的中小型矿企较为多见【3】。同时,伴随着采矿行业的不断向前发展,其缺点亦日益凸显2内蒙吉大学硕士学位论文1.因为大量电能消耗在了电阻之上,造成能源浪费;2.作为一种有级调速,因为是通过电阻的投切来实现调速要求,存在一定程度的机械冲击和电气冲击,提升容器运行不够平稳,控制效果不够理想;3.继电器、接触器动作频繁,电弧烧蚀触点,影响使用寿命;4.控制精度不够理想,系统综合自动化程度较低,实时监测和可靠性欠佳5.系统低速运行时其特性较软,运行不够稳定,较难实现提升机的准确停车。随着可编程逻辑控制器、变频器、智能仪表以及监控组态和计算机控制技术等的不断发展成熟,传统的继电接触器控制系统正在逐渐被淘汰,同时,对新的矿井提升机电控系统,亦提出了新的要求1.准确的速度、行程控制对提升机的加速、匀速、减速以及匀速副状态和减速停车副状态速度实现精准控制,行程位置准确。2.四象限运行矿井提升机在每个提升周期内,存在着正反转以及加速、电气制动等多阶段不同运行工况,所以要求提升机拖动电机具备四象限运行能力。3.过程监控提升过程中对工况参数的实时监测,以及主要设备的运行状态监视,变量记录和联网存储。4.完备的系统故障监测、保护提升机系统一旦出现故障,监控系统实时显示,安全回路及时动作,以确保设备和作业人员的安全1倘若提升机停车设备出现异常,应立即进行动力制动2倘若提升机过卷或超速,应立即进行安全制动;3当出现电机温度过高或者绕组过热等异常情况时,应立即报警。1.3研究内容与结构介绍1.针对提升机系统传统电控方式与调速性能中的固有缺点,利用STEP7编制梯形图,实现所设计S型速度曲线控制逻辑;利用PLCSIM软件进行仿真,观测相应输入输出继电器、中间继电器以及定时器等的状态变化并完成调试。内蒙古大学硕士学位论文2.搭建由上位机.PLC.变频器.电机所构成的变频调速开环仿真控制系统组态硬件并下载程序至PLC,变量表监视运行,并进行变频器快速调试以及参数设置。调试系统,于每个提升周期的五个运行阶段内,使电机转速输出符合S型速度变化规律。3.利用Wincc组态软件,完成提升机变频调速系统的上位机监控组态设计。其中,提升机主画面实现对现场运行参数、工况的实时监控,参数画面用于便捷的了解相关参数设定值,并进行参数设定。报警画面用来实现报警提示以及记录等功能。4.安全保护设计。通过对旋转编码器、压力变送器以及磁开关、行程开关、霍尔元件等的介绍选型,以及上位机的报警组态设计,可以在系统运行出现上过卷以及深指失效等异常情况时,安全回路及时动作,确保设备和人员安全。4内蒙古大学硕士学位论文第二章矿井提升机调速控制系统分析2.1矿井提升机系统构成矿井提升机的系统构成主要为主轴装置、电动机、液压制动系统、电控系统、深度指示以及减速器。提升机系统i i , , l l l幸撼■ 减速嚣 电动机 菠匿翻动系统 深麟示嚣 屯控系统辗■ 锻 液压 盘形备件 寓台矗 站 爿苛器图2.1提升机系统构成Figure 2.1 The consitution of mine hoist system1.主轴装置矿井提升机的主轴装置主要由辊筒以及主轴轴承构成,对于双滚筒提升机而言,还存在调绳离合器,以便于在换绳或者调节钢丝绳长度时,可实现对多绳摩擦式提升方式中罐笼等提升容器相对位置的调节。2.减速器电机通过弹性联轴器与减速器的高速轴相连,主轴装置通过齿轮联轴器与减速器的低速轴相连,减速器的作用大致可以总结为以下两点1增加电动机的输出力矩,增加工作机械力矩2降低电机的输出转速,达到调速要求。3.电机通过与减速器相连,拖动辊筒旋转,从而实现箕斗罐笼等提升容器的上升和下放。矿井内蒙古大学硕士学位论文提升机用电动机有直流电机和交流电机之分。4.深度指示器作为矿用提升机系统不可或缺的一部分,用来指示提升容器当前所处的行程位置。矿井提升机系统所使用的深度指示器大致可以分为牌坊式以及圆盘式深指器两种类型。5.制动系统矿井提升机系统中,制动系统占据着具足轻重的位置,直接关系到企业生产效率和相关作业人员的生命安全。制动系统由闸和液压站两部分构成,其中,制动力矩依靠闸瓦侧压制动盘产生,我们将用于在制动盘或者制动轮上产生制动力矩的称为盘形制动器。6.液压站液压站的作用可以概括为以下三点1安全制动时,能够快速回油,以实现二级制动的目的;2工作制动时,通过油压控制来实现对盘形闸的控制;3方便实现双滚筒提升机通过调绳离合器的钢丝绳长度调整。2.2提升设备的运行受力分析提升机在每一个提升周期内,存在加减速运行、匀速运行、以及电气制动等多种运行状态。其中,减速器齿轮、提升机卷筒以及天轮等做圆周旋转运动;箕斗等提升容器做直线运动【11。如图2-2所示,M为电机所产生的拖动力矩;鸠为静阻力矩,Md为系统惯性力矩力矩平衡方程式为MMd一哆20依据达朗贝尔原理,上式所示力矩平衡方程式可转变为力平衡方程式,即F一‘一凡20或者F一‘一∑mao式中F为电机所输出的拖动力大小,N;62.12.22.3
展开阅读全文
收藏
下载资源

加入会员免费下载





足球比分直播