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基于PLC的矿井提升机控制系统

摘要矿井被称作地下矿井系统的咽喉,是井下与地面最重要的通道。

矿井提升机承担着矿井与井下人员、矿料、设备等物资运输的重任,是整个矿井系统中的核心部分,矿井提升机的安全可靠运行至关重要。

所以设计一套安全可靠的矿井提升机控制系统具有极大的意义。

PLC出现后以其显着优点迅速成为工业生产控制系统的主流发展方向,其可靠性高,抗干扰能力强;编程简单,使用方便;控制程序可变,具有很好的柔性功能完善;扩充方便,组合灵活,极大减少控制系统设计及施工工作量;体积小,重量轻;非常适用“机电一体化”设备。

基于PLC 设计矿井提升机控制系统,极大满足对大型机械控制安全与可靠性的要求,且节能环保,便于操作与维护。

关键词:矿井提升机;PLC;控制系统。

AbstractThe mine is called the throat of the underground mine, which is the most important channel of the underground mine. The mine hoist bears the heavy responsibility of the mine and the underground personnel, the ore material, equipment and so on. It is the core part of the entire mine system, and the safe and reliable operation of the mine hoist is very important. Therefore, it is of great significance to design a safe and reliable control system of mine hoist. PLC appears with its remarkable advantages quickly become industrial production control system of the mainstream of the development direction of, the high reliability, strong anti-interference ability; programming is simple, easy to use; variable control procedures, with perfect good flexible function; to facilitate the expansion, flexible combination, greatly reducing the control system design and construction work; has the advantages of small volume, light weight; very applicable electromechanical integration equipment. Design of mine hoist control system based on PLC, which greatly meets the requirements of safety and reliability of large mechanical control, and energy saving and environmental protection, easy to operate and maintain.Key words: mine hoist; PLC; control system.目录中文摘要......................................... .. (Ⅲ)英文摘要......................................... .. (Ⅲ)目录 (Ⅴ)1 绪论 (1)课题研究的背景 (2)提升机国内外发展现状 (2)课题主要研究内容 (3)2 矿井提升机概述矿井提升机的简介 (3)矿井提升机的分类 (4)矿井提升机的主要组成部分及工作原理 (6)矿井提升机的运行 (7)提升机故障及保护 (8)3 矿井提升机控制系统的设计矿井提升机控制要求 (9)硬件的选择及其电气连接 (10)控制系统的参数推导及设置 (14)提升过程参数推导 (14)变频器参数设置 (17)控制系统的软件设计 (18)4 矿井提升机的保护设计安全报警与监控板的设计 (19)抗干扰措施 (20)5 总结 (21)6 参考文献 (22)7 致谢 (24)8 附录 (25)控制流程图 (25)MM440说明书(部分) (26)软件设计指令表 (26)程序梯形图 (30)仿真结果图 (33)1 绪论采矿业是国民经济的重要组成部分,采矿业的健康发展对社会主义建设具有重大的意义。

我国幅员辽阔,矿产资源丰富,但是开采难度大,露天矿山屈指可数,众多的矿产资源都埋在深土里。

我国的采矿大都是地下做业,对矿井提升机这种矿山的核心设备需求极大。

美国通用汽车制造公司(GM)最先于1968年提出研制一种新的控制器,并且在用户角度给出了设计要求。

第二年美国数字设备公司(DEC)研制出了第一台可编程控制器(ProgrammableLogicController)PDP-14,用于通用汽车生产线。

随后日本西欧等国也引进PLC制造技术,反展自己的PLC技术。

随着计算机技术与PLC 技术的融合,PLC的功能得到了巨大的飞跃,其超高的运算速度,可靠的抗干扰设计能力,数字模拟量处理功能,强大的PID功能,极小的体积,极高的性价比,让它在众多工业化国家中得到大量使用。

通过对PLC的大量实践应用国外的PLC厂家积累了大量的开发设计经验,凭借技术优势,发达国家生产PLC的公司在PLC的全球份额占到了80%,几家大型PLC 制造公司主导了全球的PLC行业,这几家公司是德国的西门子(SIEMENS)公司、AEG公司、法国的TE公司。

日本的三菱、欧姆龙、松下、富士,韩国的三星(SAMSUNG)、LG。

PLC技术是现代控制技术的主流技术,代表了高度发达的自动化,智能化水平,PLC技术在工业生产中的蓬勃发展,得益于其优良的可靠性,抗干扰能力;简单的编程要求,方便的使用方法;可变的控制程序,良好的柔性且功能完善;扩充方便,组合灵活,极大减少控制系统设计及施工工作量;体积小,重量轻。

发展PLC理论,应用PLC控制,能极大的解放生产力,极大的缓解中国“老龄化”所带来的生产力不足和国家产业转型的政策要求。

采矿业中的地下做业是及其危险的,矿井下环境复杂,塌方沁水等问题层出不穷,矿石采掘及其繁重。

作为矿山生产中的核心设备—矿井提升机,它的安全可靠运行就几乎决定了整个矿井的安全。

我国对于矿井提升机的研发较晚,一直以来,国有大型厂矿都使用国外设备,这即推高了企业的运行成本,也不方便维护,若发生意外事故,还拖延救援的黄金时间。

所以,将PLC技术应用于矿井提升机的研发中来,具有极大的经济价值,科研价值和社会价值。

课题研究的背景矿井是矿山的咽喉,是井下与地面沟通最重要的通道;矿井提升机是矿井工作系统中的核心部分,承担着矿料、设备、人员的进出,矿井提升机的安全可靠至关重要。

传统矿井提升机控制系统,需要数量众多的继电器设备,布线复杂,体积庞大,耗能多,启动,停车,制动,逻辑控制等方面难尽人意。

工作过程中整车下行,体积大,重量高,维护困难,产生大量的热,有电火花,给安全生产带来巨大隐患。

采矿业作为现代工业的重要组成部分,伴随着控制技术的进步,由人工控制,半自动控制,逐步向自动化,智能化发展。

PLC代表了现代工业控制的先进水平,相对于传统控制,其可靠性高,抗干扰能力强;编程简单,使用方便;控制程序可变,具有很好的柔性功能完善;扩充方便,组合灵活,极大减少控制系统设计及施工工作量;体积小,重量轻,是“机电一体化”的理想设备。

基于PLC设计的矿井提升机控制系统,能极大改善提升机的控制,提升整个矿井生产的安全性,可靠性与自动化水平,符合社会生产力反展与国家的产业技术升级政策。

提升机国内外发展现状工业革命刺激了对矿料的需求,第一次工业革命时国外就开始研制矿井提升机控制系统,20世纪60年代国外开始研制矿井提升机监控系统,长时间的技术积累使国外在提升机状态监控方面水平较高。

特别是对闸控和速度监控等一些重要保护环节,设计更加合理,有些环节设置双重保护,如过速保护,过卷保护等。

这些监控保护措施,对提升机的运行安全都是可靠的保证,如瑞典ABB公司的矿井提升机速度保护功能齐全,系统可靠,能实现全自动开车;德国西门子公司全数字式提升机实现了数字驱动,具有紧急制动时恒减速,提升钢丝绳张力动态监视,提升系统及设备动态显示和故障自诊断功能。

国内有关提升机控制系统的研究起步较晚,相对于国外设备性价比不高。

国内大型矿井一般引进国外提升机设备,但是国外企业实行严格的技术保密措施,其核心技术(如程序等)无法掌握,在使用、维修和零部件的供应上都受到限制,且价格昂贵,推高了矿井的生产成本,中小矿井更是难以承担,只好使用质量较差的设备,给安全生产带来隐患。

改革开放后国内积极开展了提升机的研制工作,取得了长足进步,但是与国外同类产品比较,还是存在着巨大差距。

以交流电控系统主要以TKD交流拖动为代表,主令操作及故障监控仍采用传统的继电器控制线路,每台提升机需要数百个甚至上千个触点的继电器,系统可靠性差,故障率高,且不易维修,数目众多的控制线要和各种动力电缆通过狭小的井筒空间并行下井,安全性差,电磁干扰大。

随着技术进步,当代的矿井提升机控制走向自动化,小型化,节能化。

以PLC为代表的控制理论技术是矿井提升机控制未来的发展方向。

课题主要研究内容本文阐述部分阐述现代主流矿井提升机的主要机型,运行、保护方式,控制系统主要性能指标。

设计部分基于PLC设计出一套满足实际生产的矿井提升机控制系统。

包括硬件选择,参数推导,PLC外部接线示意图,控制流程图,主电路图,I/O分配表,控制版面,安全保护。

2 矿井提升机概述矿井提升机的简介矿井提升机又称“提升绞车”,是一种大型提升机械电气设备。

主要用于地下采矿作业,通过电机带动钢丝绳连接的容器在井筒中升降,完成输送任务。

现代矿井提升机的控制由继电器控制,分离元件控制,模拟电路控制到微电子(PC,PLC)的全自动化控制,不过,出于安全考虑,提升机的自动化控制还是相对的,需要人工监测,设计中都会给人工控制留出较高的控制等级。

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