毕业设计(论文)
题 目 院（系、部)专业及班级 姓 名 指 导 教 师 日 期
题 报 告
基于PLC的提升机变频调速控制系统 电气与控制工程学院
自动化
开
开题报告
题 目 基于PLC的提升机变频调速控制系统 选题类型 应用型 一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)： 1.国内外研究现状[6][7] 近几十年来，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。与此同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将PLC应用于提升机控制。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。就在国外科学技术突飞猛进发展的时候，我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况。直到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统，设备陈旧、技术落后。国产提升机安全性、可靠性差，在关键部位——上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置，就提升机控制技术而言，依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。 目前我国提升机90％以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统用于单绳缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机的有JKM、K／J系列。这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。尽管转子串电阻调速方法很不经济，低速特性也很软，稳定性差，但是由于这种调速方法比较简单易行，起动转矩较大在拖动起重机等中、小容量的绕线式异步电动机中仍然应用广泛。20世纪80年代，我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管——直流电动机控制系统。我国自己生产的晶闸管——直流电动机控制系统应用于20世纪90年代。这种控制系统的优点是：体积小、重量轻、占地面积小；基础省、安装方便、建筑费用低；无齿轮传动部分、总效率高、电能消耗少；单机容量大，适用范围广；调速平稳、调速范围广、调速精度高；易于控制，能实现自动化，安全可靠；节约电能。 矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得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。而在电力拖动方面，近几年国外出现了不少新拖动方式，交-交变频供电方式就是最有前途的一种。20世纪80年代西欧一些工业先进国家将交流变频调速技术应用于提升机，有代表性的是西门子公司和ABB公司。我国在20世纪90年代也引进了交流变频调速提升机控制系统。变频调速方式类似于它励直流电动机取得很宽的调速范围、很好的调速平滑性和有足够硬度的机械特性，在提升机应用中显示了其独特的优势。 2.选题目的、意义[5][6][7] 提升机是矿山生产中的关键设备之一，其安全性能的优劣，不但直接影响着全矿生产的正常进行，带来重大的经济损失和安全隐患,而且还与矿工的生命安全紧紧地联系在一起。因此，在提升机的各类性能中的安全性一直是人们最关注的焦点。本人热爱煤炭事业, 选择此题目是想结合自己所学理论知识并联系实际,设计出一套适用、经济、高效、可靠的提升机控制系统,来实现自己的个人价值。本设计提升机系统控制单元采用目前工控适用的PLC,再结合变频器来实现其自动化变频调速控制,为保证提升机无事故,在提升设备有可能出现故障的各个重要环节设有各种检测,控制,自诊断以及记录和保护装置。本设计对传统的提升机设计方案进行了控制方式的革新和改造,降低了成本,提高了控制的精度,加强了系统的安全性。 3.主要参考文献: [1] 黄向惠.现代电气自动控制技术.北京:人民邮电出版社,2009 [2] 洪晓华.矿井运输提升.徐州:中国矿业大学出版社,2007 [3] 王志江.煤矿电气控制技术.北京:煤炭工业出版社,2008 [4] 李华德.交流调速控制系统.北京:电子工业出版社,2009 [5] 郭秀才.监测监控系统原理及应用.北京:中国电力出版社,2010 [6] 李金金. 基于PLC控制的变频调速在矿井提升机中的应用[学位论文].太原理工大学,2007 [7] 刘瑞虎. 基于PCC的矿井提升机变频控制系统研究与应用[学位论文].西安科技大学,2008 [8] 乔磊明. 矿井交流提升机电控系统研究[学位论文].辽宁工程技术大学,2007 [9] 谭波.变频调速矿井提升机闭环控制系统的研究与应用[学位论文].中南大学,2006 [10] 辛广龙、向云霞等.运输与提升.北京:煤矿工业出版社 [11]矿井提升机故障处理和技术改造编委会编著.矿井提升机故障处理和技术改造.北京:机械工业出版社 二、主要研究(设计)内容、研究（设计）思路及工作方法或工作流程 1.设计内容[6][] 本设计的内容是通过PLC来控制变频器实现提升机的变频调速。该提升系统为运送人员设计，为立井形式的三档人员运送提升机。 可实现功能：1. 提升机启、停时以S型曲线运行，能加减速、平稳运行以及紧急制动等；2.可实现不同档位的提升控制，本设计为三档，即地面、中间和井底；3.可以动态显示目前提升机的运行速度和相对位置（位置以深度显示）；4. 发生故障或者遇到紧急事故会立即报 警并进行自动处理，同时人员可以进行紧急呼救。 提升机系统构成：本设计系统主要由动力装置、液压站、PLC、变频器、安全保护、操作显示系统等组成；其中动力装置主要包括主电机、减速器、制动装置等。 2.设计思路 当提升机启动时，系统首先会进行自检测，以决定能否正常工作，若系统无故障，则PLC开始控制变频器按指定指令进行动作，提升机开始运行。显示模块会显示当前的运行状态,PLC会不断检测运行数据,按照指定指令来控制变频器实现提升机各种状态的转换(包括启停,加减速等动作),以实现人员的运送。 ~380V 方向、速度等给定 可调闸 安全保护信号 [5]制动 单元 变频器 可编程控制器 PLC 电流 检测 转速 检测 模拟量 输出块 操作、显示模块 液压站 M 减速器 提升机 图1 提升机变频控制系统原理图 控制系统各主要环节介绍： (1) 变频器 变频器是控制系统的核心，是通过改变电动机供电电源的频率而调节电动机的转速。此处选用的变频器能实现四象限运行。 (2)PLC 选用计算功能较强，且可接收多路旋转编码器信号的PLC。能扩展模拟量输出模块，给液压站提供模拟信号。 (3)安全保护环节 根据有关规定，提升机必须设置完备的保护环节，主要的保护有：失压、松绳、断电、等速过速、低速过速、深度指示失效、测速机构失效等。 (4)检测单元 电流检测环节可以按传统方式采用电流互感器，经信号调理后输入变频器，构成电流环；也可以直接利用变频器内部的电流保护环节，只要正确设置就可以了。 转速检测环节，采用增量型旋转编码器，其输出直接输入PLC，经标度变换可测量电动机的转速；其累计值为提升深度，代替了深度指示器；还可以计算出加速度。但旋转编码器必须在 硬件与软件上设置完备的失效保护措施。 (5)可调闸 可调闸是保证提升机的安全运行的重要环节，正常运行时，液压站接收PLC模拟量输出模块的信号，根据可调闸手柄的位置，正比输出制动力矩；安全制动时，在不大于0.5s的时间内，实现紧急制动。 (6)显示单元 显示单元采用符合操作人员习惯的排列，选用醒目的显示器件，一般采用信号灯；速度、深度、频率等选用LED显示。 3.工作流程 [9]系统初始化 行程处理 行程和速度显示 速度处理 停车点处理 减速点处理 继电器动作画面显示继电器动作是否 过卷? 等速超速? 减速超速? 限速超速? N正 常 运 行 画面显示YN超速或过卷换 面显示并报警 超速或过卷紧急停车继电器 正常运行 Y 图2 系统工作流程 三、毕业设计(论文)工作进度安排 4.6号之前:查阅提升机相关文献资料,学习,并完成开题报告; 4.7号-4.20号:提升机控制系统硬件图和分析流程图的设计; 4.21号-5.5号:PLC软件的设计; 5.6号-5.25号:搭建实物图,调试系统; 5.26号-6.1号:论文目录编写; 6.2号-6.20号:论文正文编写; 6.21号-6.25号:翻译,整理装订论文资料; 6.25号之后:论文答辩; 指导教 师意见 指导教师签字:____________ 年 月 日 难度 院系 部毕业设计（论文）指导委员会审核意见 份量 综合训练程度 是否隶属科研项目 教学院长(主任)____________ （公 章） 年 月 日
