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,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统概况,会计学1基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统概况,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,8.1.1,概况,8.2,基于,PLC,的给料分拣自动控制系统,8.2.1,I/O 分配,8.2.2,PLC 程序,8.1.2,改造方案,8.1.3,方案实施,8.1.4,提升机工作过程,8.1.5 PLC,控制程序,8.2.1,系统介绍,8.2.1,系统控制要求,8.2.1,系统动作流程,第1页/共18页,8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机的自动控制系统8.,8.1.1,概况,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,矿井提升机是煤矿、有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，,直接关系到企业的生产状况和经济效益。某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将,煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有,一绞车提升机，由电动机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别,挂上一列煤车车厢，在电动机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车,从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，,电动机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电动机频繁的正、反转启动，减速制动，而,且电动机的转速按一定规律变化。,第2页/共18页,8.1.1 概况8.1 基于PLC与变频器的矿井提升机,斜井提升机的动力由绕线式电动机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是：,电动机功率,55kW,，卷简直径,12 00mm,，减速器减速比为,24,：,1,，最高运行速度,2.5m,s,，,钢丝绳长度为,120m,。,目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电,动机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器一交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程,中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触点易氧化，引发设备故障。,另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。,提升机频繁的启动、调速和制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。这种交流,绕线式电动机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软；电,阻上消耗的转差功率大，节能较差；启动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行,140 PLC,与变频器,8.1.1,概况,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第3页/共18页,斜井提升机的动力由绕线式电动机提供，采用转子串电阻调速。提升,为克服传统交流绕线式电动机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，,可以实现全频率（,0,50Hz,）范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉,的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，,并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如,图,8-2,所示。,考虑到绕线式电动机比笼型电动机的力矩大，且过载能力强，所以仍用原来的,4,极,55kW,绕线式电动机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。提升机在运行过程中，,井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不运行。,8.1.2,改造方案,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第4页/共18页,为克服传统交流绕线式电动机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速,斜井提升负载是典型的摩擦性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电动机的电磁转,矩必须克服负载阻转矩，启动时还要克服一定的静摩擦力矩，电动机处于电动工作状态。在,重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电动机仍会处,于再生状态。当另一列重车上行时，电动机处于反向电动状态。另外，有占总运行时间,10%,的时候单独运送工具或器材到井下时，此时电动机长时间处于再生发电状态，需要进行有效,的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。,但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间,的,10%,，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。,8.1.3,方案实施,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第5页/共18页,斜井提升负载是典型的摩擦性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时,提升机的负载特性为恒转矩位能负载，启动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，,因此，选用三菱,75kW,变频器。由于提升机电动机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少,数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下行时的再,生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制动器用于,重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。液压机,械制动器受,PLC,和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，启,动时当变频器的输出频率达到设定值，如,1Hz,时，变频器,SU,、,SE,端口输出信号，表示,电动机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行；减速过程中，当变频器的频,率下降到,1Hz,时，表示电动机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按,下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的,8.1.3,方案实施,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第6页/共18页,提升机的负载特性为恒转矩位能负载，启动力矩较大，选用变频器时,提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电动机,正、反转和三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，,STF,、,STR,控制正反转，,RH,、,RM,、,RL,为三段速度。,8.1.3,方案实施,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第7页/共18页,提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操,、,提升机工作过程,提升机经过变频调速改造后，操纵杆控制电动机正反转三段速度。不管电动机正转还,是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电动机工作在正转和反转电动状态，只有在满,载拖车快接近井口时，需要减速并制动。,图,8-4,中，提升机无论正转、反转，其工作过程是相同的，都有启动、加速、中速,运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等,7,个阶段。每提升一次运行的时间，,142 PLC,与变频器,与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，,运行的时问由操作工人根据现场的状况自定。图中,8.1.4,提升机工作过程,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第8页/共18页,、提升机工作过程8.1.4 提升机工作过程8.1 基于,中各个阶段的工作情况说明如下：,8.1.4,提升机工作过程,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,1,）第一阶段,0,t1,：车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操,作工人，操作工人再回复一个信号到井底，然后开机提升。重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。,2,）第二阶段,t1,t2,：重车启动后，加速到变频器的频率为,f2,速度运行，中速运行的,时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。,（,3,）第三阶段,t2,f3,：再加速段。,（,4,）第四阶段,t3,t4,：重车以变频器频率为,f3,的最大速度稳定运行，一般这段过程最长。,（,5,）第五阶段,t4,t5,：操作工人看到重车快到井口时立即减速，如减速时间设置较短,时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快跳闸。,（,6,）第六阶段,t5,t6,：重车减速到低速以变频器频率为,f1,，速度低速爬行，便于在规,定的位置停车。,（,7,）第七阶段,t6,t7,：快到停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，操作工人,发一个联络信号到井下，整个提升过程结束。,第9页/共18页,中各个阶段的工作情况说明如下：8.1.4 提升机工作过程,PLC,控制程序如图,8-5,所示。,绕线式电动机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差,功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在,电动状态，节能十分显著，经统计节能,30%,以上，取得了很好的经济效益。另外，提升机,变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时节,省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。,8.1.5 PLC,控制程序,8.1,基于,PLC,与变频器的矿井提升机的自动控制系统,第10页/共18页,PLC 控制程序如图8-5 所示。8.1.5 PLC 控制程,本系统是由一个给料汽缸、三个分拣槽汽缸、一个机械手升降汽缸、机械手爪汽缸、,机械手移动电机、运输带、三相异步电动机、变频器、各种材质检测传感器、各种限位开,关、按钮组成，如图,8-6,所示。,8.2.1,系统介绍,8.2,基于,PLC,的给料分拣自动控制系统,第11页/共18页,本系统是由一个给料汽缸、三个分拣槽汽缸、一个机械手升降汽缸、,系统控制要求如下：,（,1,）按下回零点启动按钮，机械手回到原点，机械手原点位置状态为：机械手处于皮,带位置的垂直上方，机械手爪处于松开状态。,（,2,）按下启动按钮，系统开始工作，给料机构动作，送料至传送带，然后根据工件的,性质进行分拣。若机械手处于非原点状态，则按下启动按钮系统不能运行。,（,3,）按下停止按钮或急停开关动作时，系统停止，停止指示灯亮。,8.2.2,系统控制要求,8.2,基于,PLC,的给料分拣自动控制系统,第12页/共18页,系统控制要求如下：8.2.2 系统控制要求8.2 基于,8.2.3,系统动作流程,8.2,基于,PLC,的给料分拣自动控制系统,给料分拣装置,第13页/共18页,8.2.3 系统动作流程8.2 基于PLC 的给料分拣,（,1,）按下启动按钮，当送料汽缸在缩回的位置时，该电磁阀得电，将仓内的元件推出，,当汽缸到达完全伸出的位置时，该电磁阀失电。送料动作完成。,（,2,）送料动作完成后，皮带通过变频器启动。,146 PLC,与变频器,（,3,）通过安装在皮带上的各种检测传感器，将元件区分开来。,（,4,）黑色（非金属）的元件到达,3,号槽时，其对应的,3,号槽汽缸将它推出。,（,5,）白色（非金属）的元件到达,2,号槽时，其对应的,2,号槽汽缸将它推出。,（,6,）蓝色（非金属）的元件到达,1,号槽时，其对应的,1,号槽汽缸将它推出。,（,7,）金属元件到达皮带到位开关时，机械手立即上升，机械手臂从原点位置下降，并,夹住工件,1s,后上升，上升到上限位时左移，左移到左限位时下降，下降到下限位时松开释,放工件,1s,，然后再回到原点。,（,8,）每当放好一个元件后，送料汽缸动作，推出下一个元件，系统循环动作。,8.2.3,系统动作流程,8.2,基于,PLC,的给料分拣自动控制系统,系统动作流程如下,：,第14页/共18页,（1）按下启动按钮，当送料汽缸在缩回的位置时，该电磁阀得电，,I/O,分配表见表,8-1,，其中,Y012,控制皮带电动信号接至,G110,变频器的启动运行控制端,子。,I/O,接线图如图,8-7,所示。,Y010,控制机械手左移，,Y011,用来切换机械手移动的方向，,即右移。注意：左移时,Y010,动作，右移时,Y010,和,Y011,都要动作。当,Y006,为,OFF,时，,机械手上升到上限位，如,Y006,为,ON,，则机械手下降。当,Y007,为,O
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