煤矿井下升降机安全控制系统的设计
2013年机械设计专业本科毕业设计(论文)
编号
无锡太湖学院
毕业设计(论文)
题目: 煤矿井下升降机安全
专业
学 号: 学生姓名:指导教师: (职称:副教授 )
2013年5月25日
2013年机械设计专业本科毕业设计(论文)
无锡太湖学院本科毕业设计(论文)
诚 信 承 诺 书
本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文) 煤矿井下升降
机安全控制系统的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究
所取得的成果,其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注
引用,表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他
个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班 级:
学 号: 作者姓名:
年月
无锡太湖学院
信 机 系 机械工程及自动化 专业
毕 业
一、题目及专题: 设 计论 文 任 务 书
1、题目
2、专题
二、课题来源及选题依据
的重任,还关系到作业员生命的安危。目前,我国煤矿井下升降机大多数调
速水平低下,反应滞后,调速方式落后,生产效率较低,安全性不高。 升降机工作效率、提高安全可靠性、防止和杜绝事故的发生具有重大意义。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:
①完成升降机的变频调速系统的改造,并利用矢量控制完成调速系统设计; ②基于PLC 控制系统的设计; ③设计升降机安全控制的主要环节包括过载、松绳、过卷等保护措施,使升降
机安全状况有所改善; ④利用MATLAB 进行仿真, 对设计的系统进行验证。
四、接受任务学生:
班 姓名 五、开始及完成日期:
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、设计(论文)指导(或顾问):
指导教师
签名
教研室主任
2012年11月12日
学科组组长研究所所长〔〕 签名
摘 要
煤矿井下升降机作为最重要的矿井运输设备,它不仅作为载体来运输煤矿,而且还肩负着运输人员的重任。矿井升降机运行时的状况直接决定了煤矿工人的生命安全。而我国当前的提升调速水平,大多数还停留在上世纪七十年代的继电器控制的基础上。尽管,这些年有了不少的提高,但从根本上来说仍是由接触器—继电器等组成的控制系统,其硬件的连接繁琐,事故的发生较为频繁。在本次课题的设计中,利用PLC 来控制煤矿升降机的
运行,接触器和继电器将被PLC 中大量的元件所代替,从而完成了利用 PLC 对原有系统的改造;同时将PLC 和变频器结合起来,运用到煤矿井下升降机的控制系统中,改善现有的升降系统,提高精度,使得升降机运行更加的平稳和安全。针对升降机的主要环节设置过载、松绳、过卷等安全保护措施,使升降机的安全状况有所改善。此外,本文还利用简化的数学模型建立了矢量控制仿真系统,对变频调速系统进行仿真,从而来验证设计的调速系统。
关键词:矿井升降机; PLC; 电控系统; 仿真
Abstract
Mine hoister is one of the main equipment in mine. It conveys not only mineral but also miners. So the performance of mine hoister is concerned with hundreds of mi ners’ lives. At present, the mine hoisting equipment in China are mainly rest on the TDK electric control which is used in 1960s and 1970s. Although interrelated renovations has been done in recent years, essentially it is still the contact control system which is made up of the contactor-relay. The hardware wring system of the contact control system is complex and has high hazard rate. During the renovation of this mine hoister system, the PLC is applied to the control system, and plentiful soft components of the PLC are applied to replace the contactor and PLC control
system has improved original electric control system. At the same time, Programmable logic controller (PLC) with the inverter applied to the production of the mine is to design the existing hoist control system. It will improve the accuracy and ensure the smooth progress of the mine production. As to the key elements of the lift, it makes senses to set speed alarm, overload protection, which is to enhance the security situation. In addition, it is also using a simplified mathematical model to establish vector control simulation system, which is to verify the feasibility of the speed control system.
Key words: Mine Hoister; PLC; Electric Control System; Transducer Simulation
目 录
摘 要 . ................................................................................................................................... II ABSTRACT . ......................................................................................................................... III
1 绪论 . .................................................................................................................................... 1
1.1 课题研究背景、意义及内容....................................................................................... 1
1.1.1 研究背景 . ............................................................................................................... 1
1.1.2 研究意义 . ............................................................................................................... 1
1.1.3 研究内容 . ............................................................................................................... 1
1.2 国内外煤矿升降机电气控制系统的发展现状........................................................... 2
1.2.1 我国煤矿井下升降机电气控制系统的现状 . ....................................................... 2
1.2.2 国外煤矿井下升降机电气控制系统的现状 . ....................................................... 2
2 煤矿井下升降机控制系统的设计方案 . ............................................................................ 4
2.1 矿井升降机概况 . .......................................................................................................... 4
2.1.1 矿井提升系统概述 . ............................................................................................... 4
2.1.2 矿井升降机主要组成部分及其工作原理 . ........................................................... 4
2.2 升降机电控系统的功能要求 . ...................................................................................... 5
2.2.1 升降机的工作过程 . ............................................................................................... 5
2.2.2 煤矿升降机的控制要求 . ....................................................................................... 7
2.3 煤矿井下升降机电气控制系统组成 . .......................................................................... 8
2.4 矿井提升机调速控制方式选择 . .................................................................................. 9
2.4.1 变频调速的控制 . ................................................................................................... 9
2.4.2 变频调速的频率控制方式——矢量控制 . ......................................................... 10
2.5 变频调速控制系统组成 . ............................................................................................ 10
2.6 小结 . ............................................................................................................................ 11
3 升降机控制系统的硬件和软件设计 . .............................................................................. 12
3.1 系统硬件选型 . ............................................................................................................ 12
3.1.1 提升电动机选择 . ................................................................................................. 12
3.1.1 变频器的选型 . ..................................................................................................... 12
3.1.2 PLC的选型 . .......................................................................................................... 13
3.2 矿井升降机主接线图 . ................................................................................................ 13
3.2.1 升降机的主要电气设备 . ..................................................................................... 15
3.3 I/O地址分配表 ........................................................................................................... 15
3.4 PLC 的I/O地址接线图 . ............................................................................................. 16
3.5 软件系统设计 . ............................................................................................................ 17
3.5.1 升降机调速设计 . ................................................................................................. 17
3.5.2 升降机运行中过卷保护设计 . ............................................................................. 21
3.5.3 升降机运行中限位设计 . ..................................................................................... 22
3.5.4 升降机安全报警系统的 . ..................................................................................... 24
3.6 小结: . ........................................................................................................................... 26
4 升降机变频调速控制系统的仿真 . .................................................................................. 27
4.1 变频调速控制系统的结构 . ........................................................................................ 27
4.2 仿真子模块功能 . ........................................................................................................ 28
4.3 仿真参数设置和结果分析 . ........................................................................................ 28
5 总结与展望 . ...................................................................................................................... 30
5.1 研究总结 . .................................................................................................................... 30
5.2 展望 . ............................................................................................................................ 30
致 谢 . .................................................................................................................................... 31
参考文献 . .............................................................................................................................. 32