基于PLC的变频调速系统在矿井提升机中的应用

摘要

本文主要设计了矿井提升机的PLC控制系统、变频调速系统及上位机操作与监视系统。通过对矿井提升控制系统运行要求的分析，阐明了提升机能否实现安全、平稳、可靠地运行，关键在于其控制方式。
　　通过分析比较提升机各种调速方式，并基于各种变频方法目前的发展趋势，本系统选用ABB瑞士生产的全数字交流变频器ACS6000作为矿井提升机电机的驱动装置，带有源前端(AFE)的交-直-交变频器直接控制电机定子回路绕组，采用先进的直接转矩控制技术，并根据调速系统的要求设计了变频器的外部电路；通过对电控系统各类故障的处理要求，选用西门子公司S7-400作为主控PLC及数字监控器PLC形成双PLC双线制控制，操作系统完成提升机加减速度控制、自动停车控制及矿井各种工况的控制要求，实现提升全过程位置控制、行程监视保护、双PLC互相冗余保护及双安全回路保护等；考虑到实际生产过程中可能出现的问题，设计了PLC的外部硬件电路，并在此基础上对PLC程序做了初步的设计；根据实际的生产需要，提升机操作控制系统具有过卷、超速、深度指示器失效、油压等监视保护功能；为了更好地便于操作，监控系统采用西门子公司WINCC软件平台，设计了友好的人机界面，具备动态画面显示，实时监测提升机的运行状态；操作系统、传动系统、监控系统、信号系统之间通过现场总线网络进行系统通讯及信号交换，并预留与全矿综合自动化联网RJ45（TCP/IP上传协议）接口，具有远程监控功能。
　　近年来，直接转矩控制被广泛应用，它具有操作简单快捷、控制原理直观明了、转矩响应性良好等优点。另外，同步电机因其具有结构简单、运行可靠性高的优点，在大功率驱动电机中具有很高的地位。本文探讨了同步电机直接转矩控制的原理及优缺点，并预测将改进直接转矩控制的同步电机在低速时期的特性作为以后的发展趋势。

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1 绪论

1.1背景及研究的意义

1.2国内外矿井提升机电控系统的发展现状

1.3论文工作及结构安排

2 矿井提升机控制与监控系统的设计与选型

2. 1矿井提升系统的工作状态

2. 2提升机控制系统基本原理

2.3 PLC概述及其系统组成

2.4 系统设计

2.5控制与监控系统设计与选型

2.6 PLC外围硬件回路

2.7 本章小结

3电气传动系统

3.1 电气传动主回路

3.2 提升主电机供电

3.3 定子变压器

3.4 ACS6000变频器

3.5 主要技术参数

3.6 励磁变压器

3.7 励磁变流器

3.8 高压电源柜配置

3.9 低压电源配置

3.10同步电动机直接转矩控制原理

3.11水冷系统

3.12 本章小结

4 提升机变频调速系统软件设计

4.1上位机的软件设计

4.2 PLC程序设计

4.3系统抗干扰措施

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文

附录B 系统图