核心内容摘要
解锁味蕾的奇妙之旅：大香蕉久久，甜蜜的幸福滋味
基于 PLC 的矿井提升机智能型电控系统的设计与研究(设计源文件万字报告讲解)支持资料、图片参考_相关定制_文章底部可以扫码摘 要矿井提升机的任务是实现矿井地面与矿下的联系其主要负责矿井工作人员、物料以及机械设备的运输。
在矿井日常生产中矿井提升机需要不断的实现提升和下放其工作的安全性及可靠性直接关系到矿井生产安全和矿工的生命安全 一旦发生故障轻则停产停工、机械设备损坏重则发生重大人员伤亡事故造成恶劣社会影响因此对提升机电控系统可靠性和安全性的要求更加严苛提高提升机电控系统的可靠性和安全性更是当前提升机电控系统研究的热点方向。
本文以山西省大同市白洞矿电控系统升级改造为典型案例对其整个电控系统进行了升级改造。
先从该矿的技术参数和提升机系统入手介绍了提升机系统的组成及各个组成部分的作用接着分析了电气传动的方案从而确定了整个电控系统的改造方案。
通过将智能控制算法中的模糊自适应整定 PID 控制算法与传统 PID 控制算法的建模仿真比较证实了模糊自适应整定 PID 控制算法的控制效果的优越性并可将该算法应用于提升机的行程控制之中。
在对可编程控制器和高压变频器进行简单介绍之后最终在硬件方面选择了德国西门子公司生产的S
系列 PLC 和山东新风光公司生产的交交变频器。
并在 STEP 7 编程软件中对电控系统进行了软件部分设计通过上位机组态软件对万维触摸屏进行组态 通过触摸屏可以对提升机运行情况进行实时监控最后在试验台完成了电控系统的调试。
提升机电控系统的发展的水平直接影响着矿井的生产水平采用 PLC 作为主控系统交交变频技术作为电气传动方案的提升机电控系统更是今后提升机电控系统发展的趋势。
图 [52] 表 [9] 参 [47]关键词矿井提升机电控系统模糊自适应整定 PIDPLC交交变频调速分类号TP29IAbstractAbstractThe task of the mine hoist is to achieve the contact between the mine floor and the mine. It is mainly responsible for the transportation of mine workers, materials and mechanical equipment.In the daily production of mines, mine hoists need to be continuously upgraded and decentralized. The safety and reliability of their work are directly related to the safety of miners and the safety of mine production.In the event of a breakdown, the suspension of production, machinery and equipment damage, heavy casualties, and adverse social impacts will occur.Therefore, the requirements for improving the reliability and safety of the electrical and electronic control system are more stringent, and the reliability and safety of the electrical and electronic control system are improved. It is also the focus of current research on the electrical and electronic control systems.This paper takes the upgrading and reconstruction of the electronic control system of Baidong Mine in Datong City, Shanxi Province as a typical case, and upgrades its entire electronic control system.Starting with the technical parameters of the mine and the elevator system, the composition of the elevator system and the role of each component are introduced.Then analyzed the scheme of the electric transmission, thus determined the entire electric control system transformation plan.By comparing the fuzzy adaptive tuning PID control algorithm and the traditional PID control algorithm in the intelligent control algorithm, the superiority of the control effect of the fuzzy adaptive tuning PID control algorithm is verified.The algorithm can be applied to the lift control.After a brief introduction of programmable controllers and high-voltage frequency converters, the S
series PLC manufactured by Germany’s Siemens AG and the cross-converter produced by Shandong New Vision Co., Ltd. were finally selected in terms of hardware.And in the software of STEP 7 programming software for the electronic control system part of the designer.Through the configuration software of the upper computer, the Wanwei touch screen is configured, and the operation condition of the hoist can be monitored in real time through the touch screen.Finally, the electronic control system was debugged on the test bench.Raising the level of development of electrical and electronic control systems has a direct impact on the production level of mines. PLC is used as the main control system,III安徽理工大学硕士学位论文and AC frequency conversion technology is used as the upgrade of the electrical transmission scheme. The electrical and electronic control system is the trend of the development of electrical and electronic control systems in the future.Figure [52] table [9] reference [47]Key WordsMine hoist, Electronic control system, Fuzzy adaptive tuning PID, PLC, AC-AC frequency conversion speed regulationChinese books catalog:TP29IV目 录目 录摘 要 IAbstract III目 录 VContents VII插图清单 IX表格清单 XI1绪论
1
1课题的背景及研究意义
1
2国内提升机电控系统发展与现状
2
3提升机电控系统未来发展方向
3
4本文主要研究内容 32提升机电控系统结构及其改造方案
5
1主井主要技术参数
5
2提升机系统组成
6
3提升机电控系统电气传动方案
8
4提升机电控系统改造方案
1
5本章小结 123提升机行程控制实现方法
1
1提升机提升速度图
133.
1提升机理想速度曲线的确定
133.
2提升机速度图计算
1
2模糊自适应整定 PID 控制在提升系统中的应用
153.
1模糊控制原理介绍
153.
2模糊自适应整定 PID 介绍
1
3模糊自适应整定 PID 控制器的设计
1
4模糊自适应整定 PID 控制仿真
243.
1模糊自适应整定 PID 与传统 PID 仿真模型的建立
243.
2仿真结果对比及分析
2
5模糊自适应整定 PID 控制实现方法
2
6本章小结 29V安徽理工大学硕士学位论文4提升机电控系统硬件设计
3
1PLC 简介
314.
1PLC 发展历史概述
314.
2S
PLC 硬件系统组成及选型
324.
3电控系统 I/O 分配
3
2高压变频器的介绍
434.
1高压变频器概述
434.
2高压变频器结构
444.
3高压变频器的选型
444.
4高压变频器工作原理
4
3本章小结 485提升机电控系统软件设计
4
1编程软件 STEP7 简介
4
2硬件配置及网络组态
4
3PLC 程序设计
515.
1安全保护模块介绍
545.
2模拟量处理模块介绍
5
4上位机程序设计
5
5本章小结 606系统调试
6
1调试内容
6
2过卷保护调试
6
3本章小结 667
总结与展望
6
1
总结
6
2 展望 67参考文献 69VIContentsContentsAbstract(chinese) IAbstract IIIContents(chinese) VContents VIIIllustration list IXForms list XI1Introduction
1
1Background and significance of research
1
2Hoist Electric control system for domestic development and current situation…
2
3Hoist the future development direction of electronic control systems
3
4The main research contents of this subject 32The structure of hoist electronic control systems and the renovation plan
5
1The main technical parameters of the main mine
5
2Hoist system composition
6
3Hoist electrical control system electrical drive scheme
8
4The transformation plan of the hoist electrical control system
1
5Chapter summary 123Hoist stroke control method
1
1Hoist lifting speed diagram
133.
1Determination of the ideal speed curve of hoist
133.
2Hoist speed diagram calculation
1
2Application of fuzzy adaptive tuning PID control in lifting system
153.
1Introduction to fuzzy control principle
153.
2Introduction of fuzzy adaptive tuning PID
1
3Design of fuzzy adaptive tuning PID controller
1
4Fuzzy adaptive tuning PID control simulation
243.
1Establishment of fuzzy adaptive tuning PID and traditional PID simulation model
243.
2Comparison and analysis of simulation results 26VII安徽理工大学硕士学位论文
5Fuzzy adaptive tuning PID control method
2
6Chapter summary 294The hardware design of the hoist electrical control system
3
1Introduction of PLC
314.
1PLC development history overview
314.
2S
PLC hardware system composition and selection
324.
3Electronic control system I/O distribution
3
2Introduction of high voltage frequency converter
434.
1High voltage frequency converter overview
434.
2High voltage inverter structure.
444.
3Selection of high voltage frequency converters
444.
4High voltage inverter working principle
4
3Chapter summary 485The software design of the hoist electrical control system
4
1Introduction to programming software STEP7
4
2Hardware configuration and network configuration
4
3PLC programming
515.
1Safety protection module introduction
545.
2Analog processing module introduction
5
4Upper computer program design
5
5Chapter summary 606System debugging
6
1Debug content
6
2Over-volume protection debugging
6
3Chapter summary 667Summary and outlook
6
1Summary
6
2Outlook 67References 69VIII插图清单插图清单图 1 白洞矿主井示意图 6图 2 白洞矿提升机系统 7图 3 白洞矿提升机系统实物图 8图 4 G-M 直流可逆调速系统 9图 5 V-M 直流可逆调速系统 9图 6 交-交变频调速系统 10图 7 电控系统示意图 11图 8 白洞矿箕斗速度图 14图 9 模糊控制原理图 16图 10 模糊自适应整定 PID 控制器结构图 18图 11 模糊控制器结构图 19图 12 误差 E 的隶属函数 19图 13 误差变化率 EC 的隶属函数 20图 14 比例修正系数 dKP 隶属函数 20图 15 积分修正系数 dKI 隶属函数 21图 16 微分修正系数 dKD 隶属函数 21图 17 规则编辑器 23图 18 模糊自适应整定 PID 与传统 PID 仿真模型 24图 19 子系统 1 模型 25图 20 子系统 2 模型 25图 21 子系统 3 模型 26图 22 模糊自适应整定 PID 与传统 PID 仿真结果对比图 27图 23 KP 模糊自适应调整值 27图 24 KI 模糊自适应调整值 28图 25 KD 模糊自适应调整值 28图 26 S
系列的硬件系统组成图 33图 27 PLC 硬件配置图 35图 28 变频调速系统外形图 45图 29 高压变频调速系统结构图 46图 30 功率单元电路结构 47IX安徽理工大学硕士学位论文图 31 线电压波形 47图 32 控制箱线路板实物图 48图 33 项目创建 50图 34 主站配置 50图 35 从站配置 50图 36 系统硬件网络组态 51图 37 系统流程图 52图 38 程序块 53图 39 系统主程序 53图 40 安全保护模块流程图 54图 41 过卷保护程序 55图 42 软安全回路程序 56图 43 模拟量处理模块流程图 57图 44 测速反馈信号处理程序 57图 45 触摸屏主界面 59图 46 安全回路界面 60图 47 故障画面界面 60图 48 模拟试验台 64图 49 初始监控画面 65图 50 减速点监控画面 65图 51 过卷试验 66图 52 报警记录 66X表格清单表格清单表 1 速度图参数表 14表 2 dKP 的模糊规则 22表 3 dKI 的模糊规则 22表 4 dKD 的模糊规则 23表 5 主控 CPU 的 DO 配置 35表 6 DI 模块配置 36表 7 DO 模块配置 40表 8 AO 模块配置 42表 9 AI 模块配置 43XI1 绪论1 绪论
1课题的背景及研究意义在煤矿开采过程中矿井提升机担负着矿井地面和井下输送人员、机电设备、物料等重要工作是整个矿井生产的核心部分之一被誉为矿山的“咽喉”[
]。
矿井提升机工作正常与否直接关系到整个矿井的生产安全和矿上工作人员生命财产安全而提升机的正常工作与否与其电控系统是否安全可靠紧密相关只有安全可靠的电控系统才能保障提升机安全完成井上和井下联系任务。
因此设计合理的、安全的、可靠的矿井提升机电控系统对整个矿井的生产极为重要。
一个稳定、安全、高效、可靠、合理的电控系统决定了矿井生产的能力和安全系数。
目前国内许多矿井的提升机电控系统仍由传统的继电器、接触器组成[
] 由于该电控系统采用继电器、接触器以及磁放大器等老式电器元件存在着诸多问题如设备体积大、系统的接线极其复杂设备维护量大、噪声大、能耗高、可靠性差等随着我国快速的发展对能源需求越来越大这些问题已经严重制约了矿井的生产效率。
此外目前国内矿井提升机在调速系统方面采用仍然采用传统的绕线式异步电动机转子回路串电阻的调速方式进行调速[
]这种调速方案在调速过程中通过改变串入异步电动机转子中的电阻大小来改变提升机运行速度的大小实现提升机的调速过程但由于这种调速方式需要大量的电阻箱使得占地面积大 且控制方式可靠性及稳定性不高实际运行中提升机采用这种调速方案会发生过卷、超速等故障严重制约生产效率并且国家从“十三五”以来一直强调节能减排这种调速方案在调速过程中会将大量的电能以热量的形式消耗在电阻箱中已经不符合国家“节能减排”战略的要求。
因此针对上述出现的这些问题寻求一个稳定可靠且高效的矿井提升机电控系统成为了迫在眉睫课题对传统旧电控系统的升级改造更是势在必行。
山西省是我国的产煤大省大同市又是我国重要的煤炭城市其煤炭储存量巨大且质量高具有“煤都”之美称白洞矿位于大同市南郊区口泉乡白洞村西南一公里井田北部和东北部与同家梁矿井田相邻西部与南部与四老沟井田接壤井田长约
3KM东北-西南向宽约
2KM该井田每年能为我国提供大量的优质煤炭。
但由于该矿原电控设备老化并且采用传统绕线式异步电动机转子回路串电阻的调速方式进行调速根据国家目前对煤炭企业生产安全的规定以及同1安徽理工大学硕士学位论文煤集团节能减排的要求整个电控系统已经不符合要求急需要改造本文在此基础上对白洞矿电控系统进行了升级改造。
2国内提升机电控系统发展与现状矿井提升机系统是矿井生产行业的重要组成部分它的运行状况直接影响矿井生产的安全性和矿物产出效率。
优化提升机的电控系统首先应该选取较为科学的传动方式以最大化的满足生产工艺要求。
自上世纪五六十年代开始我国广泛采用交流传统方式。
这种传动方式设备价格低廉技术操作简单运行维护方便。
但是在系统运行时的调速性能较差 不利于调节需要外加传动辅助装置从而使得投入成本大大提高调速系统结构更加复杂。
进入七十年代后由于我国矿井规模的加大矿物年产量也成倍的增长传统的交流传动方式逐渐不能满足现场生产对提升机的要求这亟待我们寻找到新的电控传动方式满足装载容量和性能方面的要求直流传动方式应运而生。
直流传动方式可以划分为两大类型即发电机——电动机传动和晶闸管整流传动[8]。
相对而言采用晶闸管的传动方式时在整流过程会对电网产生较大的无功冲击出现显著地电压降落为了提高运行时的功率因数电机的电驱一般多采用串联两组晶闸管。
经过改善优化这种方式的调速范围宽且调节曲线平滑系统响应速度快具有故障率低维护方便体积占用小等优点。
因此电控系统多采用直流传动方式能够提高提升过程的契合度。
电机的提升速度不受负载的影响在低速运行时提升机依然能够平稳运行在负力减速阶段可以将机械能转换成电能返回电网。
但是这种电控系统在初期成本投入大设备花费高。
随着电力电子技术和计算机控制技术的迅速发展大规模集成电路和智能型集成芯片应用于各行各业。
电力电子变换器也应用到提升机的电控系统中结合传统的交流传动技术和日益成熟的计算机控制技术高效益的矿井提升机电控系统打破了首选直流传动方式的一贯局面[9]。
交流电机工作简单电刷和电机无需经常检查维修因此不会受到换向限制从而影响电动机的传输容量和速度。
于是交流调速方案从中崭露头角。
近年来变频调速技术也被应用与提升机电控系统其无需考虑转子串电阻上的能量损耗使得能量转换率大大提高。
交流变频电控系统提升容量大调节范围宽功率因数高被大多数专家学者所认可。
21 绪论
3提升机电控系统未来发展方向经过多年发展矿井提升机电控系统其发展方向呈现出以下几点1系统调节速度平稳、精度高。
由于矿井提升机的负荷变化大调速范围宽在满足提升工艺要求的同时电气传动系统能够平稳地调整速度[10]。
对于速度调节精度而言提升机应该具有较低的静态转差率使系统在不同负载下的速度可以控制在一定范围内。
一方面它为了避免在启动过程中吊装容器的掉落。
另一方面在保证安全准确停车的前提下尽量缩短爬行部分的距离以达到更高的提升能力。
2完善的故障监测装置。
矿井提升机电气控制系统需具备较高的可靠性 防止当提升机故障时影响矿井的正常生产甚至会对矿工带来生命危险[11]。
电气控制系统的可靠性主要体现在以下两个方面一方面电控系统装配零件质量要好 这将大大降低故障出现概率另一方面当故障出现时能够及时反映并按照故障性质进行隔离保护方便排除问题。
为了提高安全保护的可靠性应采用“双线冗余”进行安全的故障检测和故障处理。
3全数字控制。
由于引入微机控制系统能够有效的提高操作速度、存储容量应用先进的集成电路并将硬件和软件优化结合,以一种全新的方式解决小型化数字控制缺陷使得提升机的数字控制成为主流控制模式。
提升机电控系统采用全数字调速后实现了大范围内的高精度速度测量。
此外模拟电路难以满足的一些控制规律和方法如最优控制、自适应控制和复合控制在采用全数字控制后这些控制规律和方法都将变得非常简单因此系统的控制性能将大幅提升。
4满足四象限操作。
矿井提升机工作是周期性的在不同阶段的加速、 匀速、减速、爬行停车既有正向电动与制动也有反向电动与制动因此电气传动系统必须是可逆调速系统以实现稳定的四象限运行。
4本文主要研究内容本文以矿井提升机电控系统目前国内发展和现状为背景以山西省大同市白洞矿的电控系统改造项目为典型案例对整个提升机电控系统设计与研究进行详细的解释和说明全文共分为七章具体内容如下
简单介绍了课题研究的背景、提升机电控系统国内发展现状以及未来发展的趋势为下文的研究做铺垫。
从介绍白洞矿主立井参数开始详细介绍了整个提升机系统的组成以3安徽理工大学硕士学位论文及各个部分的作用并且在介绍和比较了四种电气传动方案后确定了整个电控系统改造的方案。
从介绍提升机速度图着手引出提升的行程控制并提出可将智能控制中的模糊自适应整定 PID 控制技术代替传统 PID 控制技术将其应用到提升机行程控制当中并通过 Matlab 仿真验证了模糊自适应整定 PID 的控制性能的优于传统 PID。
主要介绍了本电控系统改造中所需的硬件部分包括两个部分分别为主控系统 PLC 和变频调速系统的选型及设计。
介绍提升机电控系统软件部分的设计主要包括电控系统 PLC 的程序设计与上位机触摸屏监控软件的程序设计。
介绍了电控系统调试部分主要包括电控系统需要调试的内容以及在试验台上模拟的过卷保护试验。
是对本文的一些
总结和展望
总结本文内容并对不足之处进行了展望。
42 提升机电控系统结构及其改造方案2 提升机电控系统结构及其改造方案
1主井主要技术参数本文对山西大同煤矿集团有限公司白洞矿主井电控系统进行了改造设计其主井示意图如图 1 所示其主要参数如下1井筒名称主立井2井深垂直 98 米3井口用途提煤4井筒断面∮6 米5井架塔高度30 米6天轮直径3 米7提升机类型双滚筒缠绕式8提升机型号2JK-3/
369提升机生产厂家山西新富升10提升容器规格4 吨底卸式 6 吨底卸式11钢丝绳型式规格6V×34-∮3412额定最大静张力98000 牛13实际最大静张力
9
48 牛14额定最大静张力差78400 牛15实际最大静张力差
5
48 牛16安全闸型式及驱动方式盘型闸弹簧驱动式17液压站型号TE160B18配用减速箱型号XL-3019配用减速箱速比1:2020主电机型号YR
主电机额定容量500kw22主电机额定转速738rp.m23主电机定子电压6000v24主电机生产厂家南阳防爆电机厂25最大提升速度绳速
45m/s26一次提升循环时间57s5安徽理工大学硕士学位论文27额定提升能力166 万吨28提升车综合保护M
B 绞车综合保护器 KHT5D29井口及井筒信号装置KXT 型 PLC 提升信号操作装置图 1 白洞矿主井示意图Fig.1 The main shaft of Baidong mine
2提升机系统组成白洞矿的提升机系统由主轴装置、减速器、润滑系统、液压制动系统液压站和制动器、电动机、深度指示系统、电控系统组成其组成系统示意图如图2 所示。
1主轴装置。
它即是提升机的工作部件也是提升机的重要承接构件[
] 。
在工作中其缠绕钢丝绳需要承受住外界不同种类力的作用当矿井需要提高提升能力时由其负责调绳。
白洞矿采用的 JK 型双筒提升机主轴装置由主轴承、主轴、两个滚筒固定滚筒和游动滚筒、四个轮毂、调绳装置等部件组成。
2减速器。
其是提升机系统不可或缺的部分发挥着传递电动机的动力的作用[
]。
它将电动机的高转速经过齿轮转换成提升机提升和下放时较低的工作转速并且给滚筒提供足够的转矩来使其正常工作。
白洞矿采用的是减速比为 1: 20 的 XL-30 减速箱。
3润滑系统。
润滑站给整个系统的机械齿轮提供足够的润滑油来保证齿62 提升机电控系统结构及其改造方案面充分润滑以使齿轮获得最好的润滑来减小工作时的摩擦损耗提高提升机械的使用寿命。
白洞矿的润滑系统设有两套一套正常运行另一套作为备用 当主润滑系统故障时备用系统投入使用。
Fig.2 Baidong mine hoist system4液压制动系统。
主要包括液压站和制动器其中液压站守卫着提升机的安全控制其常与盘形制动器组合共同构成制动系统[
]。
白洞矿液压站型号的是 TE160其主要作用为1为了获得大小不相等的制动力矩通常需要液压站提供油压大小不同的压力油给制动器。