基于S7-200 PLC变频器MCGS组态的矿井提升控制系统设计.docx

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1、课题名称：基于P1.c变频器组态的矿井提升控制系统设计班级学生姓名指导老师完成日期2016.11摘要矿井提升机是机、也、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤炭生产中提升机担负着提升煤炭、研石、下放材料,升降人员和设法的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井“咽喉”之称。提升机的电力传动特性豆杂，电动机频繁正反向,经常处于过负荷运转和电动、制动不断地特换的状态中。对提升机来说，运行的安全、可靠性是至关重耍的，提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力，影响整个矿山的经济效益，而且还涉及到井下工作人员的牛命安

2、全。因此，研制并制造即安全可靠又节省能源的提升机是煤矿安全生产的一项重要课题。本课题使用使用57200P1.C和和西门子MMMO变痍器，MCGS上位机组成一控制系统，用于控制矿井提升机，其中P1.C采用两台互为冗余，增加了系统的可旅性。动计/主电路图和控制电路图，分配/输入和输出点，设计/输入和输出接线图，使用编程软件编写了梯形图和语句表程序，使用MCGS设计了监控画面,达到了设计目的。关候词,P1.C矿井提升机昆仑通态第一章课题研究背景和意义41.1 课题研究背景41.2 课题研窕的现状4第二章系统方案设计72.1 系统框图72.2 控制系统原理7第三章硬件设计91.1 主电路设计91.2

3、控制电路111.3 I/O口分配表121.4 P1.C接线图12第四章软件设计144. 1P1.C内部使用地址144.2P1.C梯形图M4.3梯形图汇总244.4语句表程序25第五章组态画面设计315. 1通信设定315. 2组态变量的建立335. 3建立画面375. 4运行39第六章设计总结42参考文献43附录44附录1梯形图汇总44第一章课题研究背景和意义1.1 课题研究背景矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运辘的主要工具。在煤炭生产中提升机担负若提升煤炭、研石、下放材料、升降人m和设备的任务，是联系井上与井卜的

4、唯一途径，素有矿井“咽喉之称。提升机的电力传动特性复杂，电动机频繁正反向,经常处于过负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。对提升机来说，运行的安全、可靠性是至关重耍的，提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个区“井的生产能力，影响整个矿山的经济效益，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造即安全可苑乂节省能源的提升机是煤厅安全生产的一项重要课题.目前，我国绝大部分矿井提升机（超过80%）采用传统的交流电控系统。这种电控系统启动和谢速换挡过程中电流冲击大：属于有级调速，调速的平滑性差：低速时机械特性较软，静差率较大：节能效果差等。为克服传统交流绕线转子异步电动机串电阻调速系统的缺点，

5、采用P1.C与变频器相结合的控制方案对传统电控系统进行改造，变频调速是通过改变定子供电频率，成功实现r提升电动机大疮围的无极平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，能够满足提升机特殊工作环境的要求且仃若明显的节.电效果：采用P1.C对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠。变频调速系统是提升机电控系统的发展方向。1.2 课题研究的现状目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统用右单纯缠绕式提升机的有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。串电阻调速是

6、种恒转矩调速方法转子功率的损耗陋若串入的电阻的增大而增大。尽管转子出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全机等中、小容量的绕线式异步电动机中仍然应用广泛倒。20世纪80年代，我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管一直流电动机控制系统。直流电动机传动有两种电控系统，一种为直流发电机一直流电动机机组，另一种为晶闸管一直流电动机系统。我国白己生产的晶闸管一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:体枳小、全量轻、占地面积小:基础省、安装方便、建筑附用低;无齿轮传动部分（不需要减速涔）、总效率高、电能消耗少;单机容

7、量大,适用范围广;调速平稔、调速范用广、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、可靠性和谢速性能的特殊要求，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.比较国内外矿用提升机系统，具体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下几个方面叫D提升工艺过程微机控制提升工艺过程大都采用微机控制，由于微机功能强，使用灵活，运算速度快,监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。2）提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升容器在预定地点准确停车，要求准确度高，目前可达到士2cm。采用微机控制，可通过采

8、集各种传感信号,如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出容器准确的位置而施以控制和保护“一般过程控制用微机作监视，行程控制也采用单独下位机完成。3）提升过程监视提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节,提升过程采用微机主要完成如下参数的监视:a、提升过程中各工况参数（如速度、电流）监视:b、各主要设备运行状态监视;c、各传感器（如位置开关、停车开关）信号的监视。使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存储、保留或打印输出。甚至与上位机联网，合并于旷井监测系统中。4）安全回路安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升

9、机进入安全保护状态的极为玳要的环H。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法。安全回路极为重要，它是保护的最后环节之一，英、德几家公司都采用两台PC微机构成安全回路，使安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是安全回路本身出项故障时都能准确地实施安全制动。而在电力拖动方面，近几年国外出现不少新拖动方式，交一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2()世纪90年代也引进J交流变顼调速提升机控制系统,变频调速方式类似丁它励直流电动机取得很宽的调速范困、很好的调速平滑性和有

10、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。第二章系统方案设计2.1 系统框图M井提升机是丁山最重要的设备.肩负着犷石、物料、人员等的运输费任。传统的矿井提升机控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，这类提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、操作宓杂、故障率高、电能消费大、效率低等缺点。因此对矿井提升机控制系统进行研究具有现实,急义。本矿井提升机系统开发中，把可编程控制器应用于矿井提升控制系统中，用P1.C控制来代替原有的电控系统中的接触器和继电器，根据P1.C的特性，本文采用两套P1.C系统，互为冗余，互相补充，合作完成对矿井提升机的控制

11、。图2-1系统基本原理方框图2.2 控制系统原理通过上位机MCGS与P1.C通过PPI进行通信，设定2台P1.C不同的地址，例如第1台地址为2,第2台地址为3。通过上位机进行监控，实时监控提升机的状态和进行控制，设定参数,监控报警，监控实时曲线和历史曲线。2台P1.C互为冗余，当检测到时方故障时，本P1.C自动启动。通过上位机设定提升机的速度，控制提升机速度，并且实时反饿测量实际速度。通过接到电机轴上的编码器，实时反馈提升机当前位置，班以选择自幼，手动，点动运行。能够检测过卷绕故障，松绳故障,过教故障，非同步故障，变频故障故障,备份P1.C故障等。当检测到变频故障时，使用工频运行。第三章硬件设

12、计3.1主电路设计外部3相380V交流电源经1.1.1.2,1.3,N供设备使用.QF1.是总设符断路器，起到接通断开设备电源作用11FUI是总的熔断微，起到过流保护作用。M1.是提升机电机，驱动提升机上升下降。H：2是提升机电机回路熔断器，起到过流保护作用。QF2是提升机电机回路断路器，起到接通断开提升机电机回路电源。KM1.是提升机电机变顼器电源启动接触器，控制变频器得电或者失电.KM2是提升机变频运行接触器，控制提升机执行变频运行。变频与使用西门子的MM440,BR+,BR-接制动电B1.2,3接P1.C的模拟量输出,用于控制变频器的速度.变摄器的5接P1.e1.和PI2的继电泯常开触点

13、KA4-1和KA4-2,闭合后5和9短接，启动变频器正转，控制提升机上升。变频器的6接P1.C1.和P1.C2的维电器常开触点KA5-1和KA5-2.闭合后6和9短接，启动变频器反转,控制提升机下降。变频器的7接P1.C1.和P1.C2的继电器常开触点K6-1和KA6-2,闭合后7和9短接，复位变频器故障，变频器的8接P1.C1.和P1.C2的继电器常开触点KA7T和KA7-2,闭合后8和9短接，控制变核器点动运行变频器的故障信号从19,24反馈给P1.C,F13是提升机工频控制回路熔断器，起到过流保护作用。QF3是提升机工猱回路断路器，起到接通断开提升机工频回路电源.KM3是提升机工频运行接

14、触器，控制提升机执行工频运行。KM4是提升机工频上升接触器，控制提升机执行工频上升运行。KM5是提升机工频下降接触器，控制提升机执行工频下降运行。1.I1.21.3zoz1.IqiUIU2QU311QVOVOH13R3R91924R1QoM1.熠制力3.2控制电路控制电路如图3-2所示。IU1.是控制电路熔断器，起到过潦保护作用。QF4是控制电路断路涔，可以通断控制电路电源作用。A1.是直流电源，将交流220V变成24V直流电，供P1.C和后续电路使用.KM1.是变频器电源接触器，通过P1.C1.的中间继电器K1-1或者P1.C2的中间继电器KA1.-2控制。K.M2是提升机变球运行接触器,通

15、过P1.C1.的中间继电器KA2-1或者PI.C2的中间维电器KA2-2控制。KM3是提升机工频运行接触器，通过P1.C1.的中间继电沿K3T或者P1.C2的中间继电器KA3-2控制。KM1.是提升机工频正特接触器，通过P1.C1.的中间维电潜IGV1.-I或名P1.C2的中间继电器KA4-2控制。KM4是提升机工频反转接触器，通过P1.C1.的中间继电器K51或者P1.C2的中间维电器KA5-2控制。AC220VINRMQT4、ajtajaxM2早KM1.v-M3q1.qaxKMS7n1.M3Nv-1_KM栗闫*需案微畏钟琳褰出3.3I/O口分配表P1.C输入和输出分配表见表3-1和3-2,3-3,3-4所示表3T数字量输入分配表功能作用内部地址外部编号编码潺A10.0编码器B10.1启动10.2SBI停止10.3SB2急停10.4SB3自动手动10.5SA1.上升10.6SA2下降10.7SA