基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计djza.docx

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1、理工学院毕业设计（论文）基于PLLC的矿矿井提升升机变频频调速系系统设计计摘 要对于升机机控制系系统中存存在的问问题，把把可编程程序控制制器和变变频器应应用于提提升机控控制系统统上，并并在可行行性方面面进行了了较深入入的研究究。在该该矿井提提升机控控制系统统设计中中，采用用国内外外先进的的PLCC控制技技术改造造传统的继继电器接触器器式罐笼笼逻辑运运行系统统；采用用变频调调试系统统与PLLC和上上位机组组成一个个集散控控制系统统；可方方便灵活活地对现现场运行行设备进进行控制制和显示示；采用用先进的的计算机机控制技技术实现现矿井提提升机的的微机管管理与控控制，从从而，保保证矿井井提升机机可靠、准

2、准确地运运行，实实现矿井井提升机机的计算算机控制制。现场调试试和运行行结果表表明，该该系统工工作可靠靠、控制制精度高高，完全全可以满满足现场场生产运运行的要要求。关键词：矿井提提升机，PPLC，变变频调速速，控制制系统The Freeoueencyy Coonveersiion Usee onn Thhe SSpeeed AAdjuustmmentt off Shhaftt Hooistt onn Thhe BBasiis oof PLCC CoontrrolABSTTRACCTFor hoiist conntrool ssysttem proobleems，tthe papper apppl

3、ieed PPLC andd frrequuenccy cconvvertter to thee syysteem，aand havve ccarrriedd onn deeepeer rreseearcch iin ffeassibiilittyIIn tthe dessignn off coontrrol sysstemm off miine eleevattor thee neew PPLC conntrool ttechhniqque at homme aand abrroadd arre aapplliedd too innsteead of thee reelayy annd tt

4、oucchTThe advvancced diggitaal ddireect currrennt ffreqquenncy connverrsioon eequiipmeent is adoopteed iin tthe eleectrromootorr trranssmisssioonTThe esttabllishhmennt oof rreall-tiime imaagess ussingg coonfiigurratiion sofftwaare cann bee ruun oon-ssitee coonveenieent andd fllexiiblee waay tto ccon

5、ttroll annd ddispplayyAddvanncedd inndusstryy coontrrol commputter aree ussed to monnitoor aand mannagee thhe ccourrse of eleevattorLocaal ddebuuggiing andd ruunniing ressultt inndiccatee thhat thee syysteem iis ccreddiblle，tthe preecissionn off coontrrol is higgh，aand cann fuulfiill thee reequiire

6、of thee loocall maanuffacttureeKEY WORRDS：Shafft hhoisst, PLCC, Frrequuenccycoonveersiion,Conntrool ssysttem80目录前言11第1章绪绪论41.1课课题研究究意义441.2 矿井提提升机电电控系统统的发展展51.2.1 国国外矿井井提升机机的发展展51.2.2 国国内矿井井提升机机的发展展61.3 本文主主要研究究内容66第2章提提升机的的工况分分析82.1 提升系系统简介介82.2 提升机机电动机机运行方方式82.3 提升机机的速度度图和力力图92.3.1 提提升机的的速度图图92.3.

7、2 力力图1002.4 矿井提提升机对对电气控控制系统统的要求求11第3章可可编程控控制器简简介1553.1 PLCC的基本本特点1153.2 PLCC的基本本结构1163.3 PLCC的工作作原理1183.4 PLCC的分类类193.5 PLCC编程2003.5.1 PPLC执执行用户户程序的的过程2203.5.2 梯梯形图的的表示2213.5.3 梯梯形图的的编程规规则222第4章：矢量控控制变频频调速2244.1变变频调速速的发展展及在提提升机系系统中的的应用2244.2变变频调速速基本原原理2554.3变变频调速速控制方方式分类类284.4 变频器器按中间间直流环环节方式式分类3304

8、.5变变频调速速技术的的发展现现状311第5章总总体设计计方案3335.1 系统控控制要求求335.2 选择机机型3335.3控控制系统统的I/0点335.4系系统控制制结构3345.4.1 系系统主电电路图3345.4.2 系系统控制制电路图图345.4.3 系系统外围围接线图图355.5 设计步步骤3555.6 系统流流程框图图365.7硬硬件部分分设计3365.7.1 输输出规格格375.7.2 标标度变换换375.7.3变频频器参数数设置表表375.8软软件部分分设计3385.9实实验及结结果3995.9.1实验验过程3395.9.2实验验现象3395.9.3实验验结果440结论441

9、谢辞422参考文献献43附录444外文资料料翻译446前言矿井提升升机是机机、电、液液一体化化的大型型机械，广广泛用于于煤炭、有有色金属属、黑色色金属、非非金属、化化工等矿矿山的竖竖井、斜斜井，是是生产运运输的主主要工具具。在煤煤炭生产产中提升升机担负负着提升升煤炭、矸矸石、下下放材料料、升降降人员和和设备的的任务，是是联系井井上与井井下的唯唯一途径径，素有有矿井“咽喉”之称。提提升机的的电力传传动特性性复杂，电电动机频频繁正反反向，经经常处于于过负荷荷运转和和电动、制制动不断断地转换换的状态态中。对对提升机机来说，运运行的安安全、可可靠性是是至关重重要的。提提升机运运行的安安全可靠靠性不仅仅

10、直接影影响整个个矿井的的生产能能力，影影响整个个矿山的的经济效效益，而而且还涉涉及到井井下工作作人员的的生命安安全。因因此，研研制并制制造即安安全可靠靠又节省省能源的的提升机机是煤矿矿安全生生产的一一项重要要课题。近三十年年来，国国外提升升机机械械部分和和电气部部分都得得到了飞飞速的发发展，而而且两者者相互促促进，相相互提高高。起初初的提升升机是电电动机通通过减速速器传动动卷筒的的系统，后后来出现现了直流流慢速电电动机和和直流电电动机悬悬臂安装装直接传传动的提提升机。上上世纪七七十年代代西门子子发明矢矢量控制制的交-直-交交变频原原理后，标标志着用用同步电电动机来来代替直直流电机机实现调调速的

11、技技术时代代已经到到来。在在提升机机机械和和电气传传动技术术飞速发发展的同同时，电电子技术术和计算算机技术术的发展展，使提提升机的的电气控控制系统统更是日日新月异异。早在在上世纪纪七十年年代，国国外就将将可编程程控制器器(PLLC)应应用于提提升机控控制。上上世纪八八十年代代初，计计算机又又被用于于提升机机的监视视和管理理。计算算机和PPLC的的应用，使使提升机机自动化化水平、安安全、可可靠性都都达到了了一个新新的高度度，并提提供了新新的、现现代化的的管理、监监视手段段。但国国内提升升机电控控系统很很长时间间都处于于落后的的状况，直直到目前前为止，我我国正在在服务的的矿井提提升机电电控系统统大

12、多数数还是转转子回路路串金属属电阻的的交流调调速系统统，设备备陈旧、技技术落后后。国产产提升机机安全性性、可靠靠性差，在在关键。部位上下两两井口减减速区段段没有配配套的有有效的速速度监视视装置，就就提升机机控制技技术而言言，依然然是陈旧旧的，和和国外相相比，我我们存在在很大的的差距。当前国内内提升机机电控绝绝大多数数还是转转子回路路串电阻阻分段控控制的交交流绕线线式电机机继器接接触器系系统，设设备陈旧旧、技术术落后。而而且这种种控制方方式存在在着很多多的问题题：1)转子子回路串串接电阻阻，消耗耗电能，造造成能源源浪费。2)电阻阻分级切切换，为为有级调调速，设设备运行行不平稳稳，容易易引起电电气

13、及机机械冲击击。3)继电电器、接接触器频频繁动作作，电弧弧烧蚀触触点，影影响接触触器使用用寿命，维维修成本本较高。4)交流流绕线异异步电动动机的滑滑环存在在接触不不良问题题，容易易引起设设备事故故。5)电动动机依靠靠转子电电阻获得得的低速速，其运运行特性性较软。6)提升升容器通通过给定定的减速速点时，由由于负载载的不同同，而将将得到不不同的减减速度，不不能到稳稳定的低低速爬行行，最后后导致停停车位置置不准，不不能正常常装卸载载。上述问题题使提升升机运行行的可靠靠性和安安全性不不能得到到有效的的保障。因因此，需需要研制制更安全全可靠的的控制系系统，使使提升机机运行的的可靠性性和安全全性得到到提高

14、。在在提升机机控制系系统中应应用计算算机控制制技术和和变频调调速技术术，对原原有提升升机控制制系统进进行升级级换代。就就计算机机技术在在工业现现场应用用情况而而言，可可编程控控制器(PLCC)是目目前作为为工业控控理想的的机型，它它是采用用计算机机技术、按按照事先先编好并并储存在在计算机机内部一一段程序序来设备备的操作作控制。采采用PLLC控制制，硬件件简洁、软软件灵活活性强、调调试方便便、维护护量PLLC技术术已经广广泛应用用于各种种提升机机控制，配配合一些些提升机机专用电电子模块块组成的的提控制制设备，可可供控制制高压带带动力制制动或低低频制动动，单、双双机拖动动等。操操作、监监控全保保护

15、系统统选用可可编程控控制器。主主控计算算机应用用软件能能完成提提升机自自动、半半自动、手手动、检检修、低低速爬行行等各种种运动方方式的控控制要求求。采用先进进的工业业计算机机、现场场总线和和工业自自动化技技术，按按照结构构标准化化、产品品系列化化、性能能现代化化、体积积小型化化的原则则，研制制生产适适合矿井井提升机机电控设设备是进进行技术术改造和和新建矿矿井设备备选型的的理想选选择。使使用上位位机监控控系统，采采用组态态模式，实实现良好好的人-机对话话；实时时监控提提升机的的运行状状态，上上位机动动态模拟拟显示及及故障闭闭锁；可可进行故故障报警警、数据据查询、报报表打印印；记录录提升钩钩数以及

16、及每班、每每日、每每月、每每年的提提升量累累计；故故障声光光指示、记记忆及部部分传感感器上位位机的紧紧急处理理。为保证提提升设备备无事故故，在提提升设备备有可能能出现故故障的各各个重要要环节上上，设置置双回路路系统，并并在系统统的各个个环节上上设有各各种检测测、控制制、自诊诊断以及及记录和和保护装装置(如如负载、速速度、加加减速、产产量、运运行时间间等记录录)。本文从解解决实际际矿井提提升系统统存在的的问题出出发，对对传统的的调速方方案进行行了控制制方式的的革新和和数字化化改造，降降低了成成本，提提高了控控制精度度，加强强了系统统稳定性性。表明明本文所所提出的的设计方方案具有有实用价价值。适适

17、用、经经济、高高效、可可靠是本本文提升升机系统统设计的的追求目目标。第1章 绪 论1.1课课题研究究意义矿井提升升机是煤煤矿“四大运运转设备备”之一，其其电力传传动特性性复杂，电电动机频频繁正、反反向运行行，经常常处于过过负荷运运转和电电动、制制动不断断转换的的状态中中；它的的安全性性、可靠靠性亦是是至关重重要，其其运行性性能和安安全可靠靠性直接接影响着着煤炭生生产及作作业人员员的生命命安全，一一旦发生生事故必必然导致致人员伤伤亡和设设备的严严重损坏坏，矿山山正常生生产的中中断，造造成重大大的经济济损失。因因此，提提高提升升机的性性能，提提高其自自动化水水平，使使其安全全性、可可靠性达达到一个

18、个新的高高度势在在必行。随着现代代科学技技术的进进步，现现代化矿矿井的建建设，以以及对作作业人员员的生命命更加重重视，对对矿井提提升机的的安全可可靠性提提出了更更高的要要求。近近年来，我我国有关关部门在在提升机机安全方方面做了了大量工工作，使使矿井提提升机设设备的安安全可靠靠性有了了很大进进步，并并将“可靠性性系统工工程”的理念念引入了了矿井提提升机领领域，与与之相适适应，提提升机对对其电控控系统安安全可靠靠性的要要求也愈愈来愈高高。因此此，在设设计矿井井提升机机时，总总是把安安全性、可可靠性放放在首要要位置。就就其本质质而言，提提升机电电控系统统的高可可靠性主主要表现现在两个个方面：一是电电

19、控装置置本身质质量好，故故障率低低；二是是电控系系统出现现故障后后应能根根据故障障性质及及时进行行保护，并并能对故故障内容容进行记记忆和显显示，以以便能迅迅速排除除。由于国内内现有提提升设备备陈旧、技技术落后后、故障障率高，提提升效率率低，不不能满足足实际生生产需求求，存在在的问题题主要有有以下几几点：能能源让费费大，设设备运行行不稳定定，使用用寿命低低，维修修费用高高，可靠靠性低。正正由于以以上问题题使提升升机运行行的可靠靠性和安安全性不不能得到到有效的的保障。因因此，需需要研制制更安全全可靠的的控制系系统，使使提升机机运行的的可靠性性和安全全性得到到提高。在在提升机机控制系系统应用用可编程

20、程计算机机控制技技术和变变频调速速技术，对对原有提提升机控控制系统统进行升升级换代代。随着着数字、电电力电子子技术的的发展，可可编程控控制器和和变频器器在提升升机控制制系统中中逐步得得到使用用，从而而使得提提升机控控制系统统的安全全性得到到了很大大的提高高。可编程逻逻辑控制制器(PPLC)是目前前工业领领域应用用广泛的的机型。而而在PLLC电控控系统的的基础上上配合变变频调速速装置，运运用先进进的矢量量控制技技术，不不但适合合提升机机运行工工艺的要要求，还还将解决决整套提提升机系系统的电电力拖动动方面的的一系列列问题。变变频装置置取代复复杂的串串联电阻阻切换装装置，对对提升机机运行速速度曲线线

21、、转矩矩大小的的要求都都由变频频器来完完成，简简化了控控制操作作流程，提提高了控控制精度度。经过调研研和论证证，开发发研制基基于PLLC控制制的矿井井提升机机变频调调速控制制系统对对提高矿矿井提升升机的安安全性、可可靠性、以以及运输输效率具具有重要要的现实实意义。1.2 矿井提提升机电电控系统统的发展展由于矿井井提升机机对安全全性、可可靠性和和调速性性的特殊殊要求，使使得提升升机电控控系统的的技术水水平在一一定程度度上代表表一个国国家的传传动控制制技术水水平，因因此世界界各大公公司纷纷纷将新的的、成熟熟的技术术应用于于提升机机电控系系统。1.2.1 国国外矿井井提升机机的发展展19811年第一

22、一台用同同步机悬悬挂臂传传动的提提升机在在德国MMonoopolly矿问问世，119888年由MMAVGGHH和和西门子子合作制制造的机机电一体体的提升升机(习习惯称为为内装电电机式)在德国国Rommberrg矿诞诞生了，这这是世界界上第一一台机械械和电气气融合成成一体的的同步电电机传动动提升机机。在提提升机机机械和电电气传动动技术飞飞速发展展的同时时，电子子技术和和计算机机技术的的发展，使使提升机机的电气气控制系系统更是是日新月月异。早早在上世世纪七十十年代，国国外就将将可编程程控制器器（PLLC）应应用于提提升机控控制。 上上世纪八八十年代代初，计计算机又又被用于于提升机机的监视视和管理理

23、。计算算机和PPLC的的应用，使使提升机机自动化化水平、安安全、可可靠性都都达到了了一个新新的高度度，并提提供了新新的、现现代化的的管理、监监视手段段。特别别要强调调的是，此此时期在在国外一一著名的的提升机机制造公公司，如如西门子子、ABBB、AALSTTHOMM都利用用新的技技术和装装备，开开发或完完善了提提升机的的安全保保护和监监控装置置，使安安全保护护性能又又有了新新的提高高。1.2.2 国国内矿井井提升机机的发展展目前，我我国矿井井提升机机90以上是是采用单单机容量量在10000KKW以下下传统的的交流异异步电机机拖动，采采用转子子串电阻阻调速，由由继电器器一接触触器构成成逻辑控控制装

24、置置。其中中多半为为电动机机一发电电机组(M-GG机组)供电，采采用晶闸闸管整流流传动(SCRR-M)的只占占一部分分。传统统的交流流拖动系系统的显显著缺点点是：调调速性能能差，调调速时能能量要大大量消耗耗在电阻阻上，给给定方式式落后，控控制精度度低，安安全保护护和监测测环节不不完善，安安全可靠靠性差，维维护工作作量大，而而且运行行不经济济。国内提升升机行程程控制的的水平还还较低，速速度给定定环节以以时间给给定和机机械式行行程给定定为主，以以计算机机为核心心的矿井井提升机机行程监监控和保保护的研研究还处处于尝试试阶段。“九五期间国产全数字直流提升机己成为煤矿提升机的首选机型，由于采用了计算机技

25、术，提升机的安全保护系统更为完善。但到目前为止，还未见采用智能控制装置实现高性能的行程控制系统的成套装置，对于我国的矿井提升机，实现高精度行程控制和制动控制系统安全可靠是一个急待解决的课题。总体来说说，我国国近100余年来来关于提提升机计计算机控控制系统统的研究究发展迅迅速，采采用了先先进的控控制设备备和控制制策略，无无论在驱驱动方式式上还是是在控制制技术上上都取得得了很大大进展，积积累了大大量的经经验，取取得了很很大成绩绩。1.3 本文主主要研究究内容 本文以以湘潭电电机厂提提升机电电气改造造为背景景，在已已经非常常成熟但但比较落落后的交交流拖动动技术基基础上，通通过基于于PLCC的控制制技

26、术在在矿井提提升机行行程、速速度和制制动控制制中的应应用研究究，阐述述了新型型提升机机控制系系统的设设计与应应用情况况。本文文主要分分析变频频调试控控制系统统设计，组组态软件件的使用用以及触触摸屏技技术的应应用。主要工作作有：1、了解解矿井提提升机的的运行工工艺情况况2、矿井井提升机机电控系系统设计计；3、PLLC控制制技术研研究；4、变频频调试控控制系统统的研究究；5、人机机界面的的制作；6、仿真真及实施施。总之，变变频调速速系统是是值得研研究和探探讨的，它它开辟了了改善提提升机系系统调速速性能的的新途径径，具有有十分重重要的实实用价值值和广阔阔的应用用前景。第2章 提升机机的工况况分析2.

27、1 提升系系统简介介矿井提升升机可分分为竖井井提升机机和斜井井提升机机两种。目目前 ,我国单单绳缠绕绕式提升升机 ,广泛采采用交流流绕线式式电动机机拖动 ,提升升过程一一般包括括：起动动加速、匀匀速、减减速、爬爬行和停停车几个个主要环环节。韶韶关一旅旅游景点点的斜井井提升观观览车其其提升和和下降的的整个过过程控制制全部由由可编程程逻辑控控制系统统（PLLC）自自动完成成6。观览览车在一一长度为为4000 m、坡坡度为 35的斜坡坡上运行行 ,见图图2.11 ,其其功能是是在山顶顶与山底底之间运运送游客客。由于于是载人人提升机机 ,因此此 ,对电电力拖动动控制提提出了较较高的要要求 ,必须做做到

28、平滑滑起动加加速, 平滑制制动停车车 ,不论论是提升升还是下下降 ,提升机机在斜坡坡上的运运行不得得超出规规定的时时间。图2-11 观览览车提升升系统2.2 提升机机电动机机运行方方式提升机电电动机的的运行方方式,主主要根据据系统的的力图来来确定。（1）加加速阶段段。提升升时为正正力 ,采用电电动加速速 。下下放时为为负力 ,若负负力值较较小 ,可考虑虑自由加加速 ,并配合合使用盘盘式制动动器 ,若负力力值较大大 ,则则采用动动力制动动加速。加加速阶段段不实行行闭环调调节 ,而以时时间、速速度为函函数 ,逐步短短接转子子附加电电阻 ,使提升升电动机机从零速速升至全全速。（2）匀匀速阶段段。提升

29、升时为正正力 ,采用电电动拖动动。下放放时为负负力,采采用能耗耗制动 、闭环环控制 ,单闭闭环速度度控制系系统由与与距离有有关的理理想速度度给定电电路、速速度负反反馈电路路、PIID调节节器、移移相触发发电路及及双向可可控硅能能耗制动动电路组组成,下下放速度度由PIID调节节。（3）主主减速阶阶段。提提升时为为正力,采取逐逐级接入入转子附附加电阻阻和机械械制动的的方式。下下放时为为负力 ,一方方面接入入转子附附加电阻阻,另一一方面增增大制动动电流并并辅以机机械制动动方式减减速。（4）爬爬行阶段段。当为为正力时时 ,转转子接入入几段附附加电阻阻 ,由由PLCC控制运运行；当当为负力力时 ,在能耗

30、耗制动方方式下接接入转子子附加电电阻。2.3 提升机机的速度度图和力力图合理地确确定提升升机的力力图和速速度图,可以提提高其运运行的安安全可靠靠性 ,以及减减小电动动机的功功耗。2.3.1 提提升机的的速度图图（1） 主加速速阶段：如图22.2所所示,正正常提升升时 ,接入第第一级电电阻,电电动机产产生的力力矩比阻阻力矩大大3% 5% ,产产生比较较低的加加速度 。随着着转子电电阻的逐逐渐切除除 ,既既保证了了起动阶阶段的加加速度 ,又使使起动平平稳 ,当上升升到时 ,电动动机运行行在自然然特性曲曲线上。下下放时 ,由于于负力较较大 ,需要制制动力来来维持稳稳定的下下放速度度和规定定的减速速度

31、 。投投入动力力制动时时,盘式式制动器器松闸 ,将电电动机的的定子从从交流电电网上切切除 ,并通过过整流变变压器TT和调压压模块,向定子子绕阻通通以直流流电 ,从而产产生固定定的直流流磁场 ,由于于惯性作作用 ,旋转的的转子在在固定磁磁场中运运动 ,转子上上产生感感应电流流 ,转转子电流流与固定定磁场相相互作用用便产生生了制动动力矩 ,此后后电动机机的转速速由于制制动作用用而降低低 。制制动力矩矩与励磁磁电流的的平方成成正比 ,并与与转子附附加电阻阻和电机机的极数数有关。（2） 匀速阶阶段：上上升时 ,电阻阻按时间间原则来来控制切切除 ,使电动动机保持持电动状状态 ,且速度度。下放放时 ,由测

32、速速发电机机反映转转子下放放速度 ,当速速度高于于时 ,增大励励磁电流流 ,提提高制动动力矩 ,使观观览车在在斜坡上上匀速运运行。（3） 主减速速阶段：为使提提升机准准确停车车 ,在在停车前前应进行行减速。减减速按照照速度图图要求进进行 ,由装在在斜坡上上的位置置开关动动作发出出信号 ,PLLC再根根据与电电动机同同轴运行行的光电电编码器器发出的的脉冲数数进行比比较 ,发出指指令 ,然后接接入两段段电阻、使提升升机速度度下降 ,几秒秒后又将将、接入电电路 ,使降到到。提升升机到达达底端与与到达顶顶端稍有有不同 ,一方方面接入入、,一方方面增大大励磁电电流，使使下放速速度在规规定的时时间内降降低

33、。（4） 爬行阶阶段：在左右 ,此数数值实际际上是一一个平均均值 ,因为提提升机由由较高的的不可能能很准确确的变为为速度。脉脉动爬行行 ,此此时电动动机转子子串有大大量的电电阻 ,故有特特性软、不不易控和和电耗大大等缺点点。（5） 停车阶阶段：接接入最后后一段电电阻,同同时将盘盘式制动动器的KKT线圈圈断电 ,抱闸闸迅速抱抱住卷筒筒 ,提提升机停停转。图2-22 提升升机速度度图2.3.2 力力图提升机在在工作过过程中分分为主加加速受力力F1，匀匀速受力力F2，主主减速受受力F33，爬行行受力FF4，停停车受力力F5。图2-33 提升升机力图图由直线运运动的运运动方程程可得: (22-1)式中

34、: F 提升机机在某运运动阶段段的力 ,kgg；提升机机的静阻阻力（包包括车重重、提升升机重量量和绳重重）,kkg；把旋转转运动的的部件折折算到直直线运动动的变位位质量 ,kgg；各阶段段的加速速度、减减速度值值 ,。当时, ,匀速速运行；时 ,，加加速运行行；时 ,减速运运行。根据以上上分析 ,F =f（tt）的力力图见图图2.332.4 矿井提提升机对对电气控控制系统统的要求求提升机控控制系统统方案的的选用应应满足生生产工艺艺的要求求，即满满足各种种可能出出现的运运行速度度图和力力图。所所以需要要先来分分析提升升机电控控系统的的静、动动态特性性。根据动力力学方程程式 (2-22)式中:电动

35、机机电动力力矩；传动系系统的静静阻转矩矩；传动系系统的飞飞轮力矩矩， ，其其中J为为转性惯惯量（kkg*），gg是重力力加速度度（）；传动系系统的动动态转矩矩（N*m）；加速度度；可以得出出按给定定速度图图所需转转矩=ff(t)的特性性，从而而可以得得到拖动动系统所所需的力力F=ff(t)，如图图2.44所示。提升机的的负载静静力矩，决决定于提提升机辊辊筒承受受的静张张力差，在在双罐笼笼的平衡衡提升系系统中，力力矩也就就是提升升物体的的净载重重。由于于提升系系统的负负载为位位势负载载，所以以静力矩矩的作用用方向始始终是提提升重物物的重力力方向，而而与系统统的运动动状态和和方向无无关。因因此在电

36、电动机不不带电时时，为了了使重的的罐笼处处于静止止状态(便于罐罐笼的装装卸载)，对辊辊筒必须须施加机机械闸。从图2.4可以以看出，要要使提升升机按照照给定的的速度图图运行，电电动力矩矩可能为为正，也也可能为为负。这这意味着着电动机机不仅要要工作在在电动状状态，还还应能工工作在制制动状态态。由于于不同的的负载，不不同的提提升机运运行阶段段，电动动机的运运行状态态也各不不相同。图图2.55表示出出了平衡衡提升系系统的四四种不同同的运行行状态。(l)重重物上提提，静载载量较大大()。其其给定速速度图与与力图如如图2.5(aa)所示示在加速段段其中为加加速力矩矩与匀速速力矩之之差图2-44 提升升机传

37、动动系统给给定速度度图、力力图加速力矩矩为：；在匀速段段，匀速速力矩为为：；在减速段段，但但,所以以减速段段力矩为为：,其中为减减速力矩矩与匀速速力矩之之差；在爬行段段，爬行行力矩为为：；根据此力力图可知知，电动动机在各各段均工工作在正正向电动动状态。(2)重重物上提提，静载载量较小小()。其其给定速速度图和和力图如如图2.5（bb）所示示在加速段段，加速速力矩：；在匀速段段，匀速速力矩：；在减速段段，减速速力矩：但，所以以；在爬行段段，爬行行力矩：。根据力图图可知，电电动机在在加速段段和等速速段，工工作在正正向电动动状态；在减速速段，工工作在正正向制动动状态；在爬行行段，又又工作在在正向电电

38、动状态态。也就就是说，在在整个提提升过程程中，电电动机的的运行状状态应切切换两次次。图2-55在不同同负载下下的给定定速度图图和力图图（3）重重物下放放，静载载量较小小（）。其其给定速速度图与与力图如如图2.5（cc）所示示在加速段段：,；在匀速段段：；在减速段段：，；在爬行段段：；根据力图图可知，电电动机在在加速阶阶段，工工作在正正向电动动状态；在匀速速、减速速和爬行行阶段均均工作在在正向制制动状态态。(4)重重物下放放，且静静载量较较大（）。其其给定的的速度图图和力图图如图22.5（dd）所示示:在加加速段：,。在等速、减减速和爬爬行段，FF均为负负。根据据力图可可知，电电动机在在整个提提

39、升过程程中始终终工作在在正向制制动状态态。要使提升升机按给给定速度度图运行行，电气气传动系系统应能能根据负负载的变变化而自自动的工工作在电电动或制制动状态态，也就就是说要要求电气气传动系系统能满满足四象象限运行行。综合以上上提升机机的运行行特点以以及矿山山生产固固有的特特点，提提升机工工艺对提提升机电电控系统统的要求求如下：1)加(减)速速度符合合国家有有关安全全生产规规程的规规定。提提升人员员时，加加速度，升升降物料料时，加加速度。另另外不得得超过提提升机的的减速器器所允许许的动力力矩。2)具有有良好的的调速性性能。要要求速度度平稳，调调速方便便，调速速范围大大，能满满足各种种运行方方式及提

40、提升阶段段(如加加速、减减速、等等速、爬爬行等)稳定运运行的要要求。3)有较较好的起起动性能能。提升升机不同同于其他他机械，不不可能待待系统运运转后再再装加物物料，因因此，必必须能重重载启动动，有较较高的过过载能力力。4)特性性曲线要要硬。要要保证负负载变化化时，提提升速度度基本上上不受影影响，防防止负载载不同时时速降过过大，影影响系统统正常工工作(当当然，当当负载超超过一定定的限度度时，还还要求系系统能有有效的自自我保护护。迅速速安全制制动停车车，即所所谓要具具备挖土土机机械械特性)。5)工作作方式转转换容易易。要能能够方便便的进行行自动、半半自动、手手动、验验绳、调调绳等工工作方式式的转换

41、换，操作作方便，控控制灵活活，不至至于因工工作方式式的转换换影响正正常生产产。6)采用用新技术术和节能能设备，易易于实现现自动化化控制和和提高整整个系统统的工作作效率。具具备必要要的连锁锁和安全全保护环环节，确确保系统统安全运运行。尽尽量节约约能源和和降低运运转费用用。第3章 可编程程控制器器简介3.1 PLCC的基本本特点PLC的的诞生给给工业控控制带来来革命性性的飞跃跃,与传传统的继继电器控控制相比比有着突突出的特特点.第一,灵灵活性、通通用性强强。继电电器控制制系统如如果工艺艺要求稍稍有变化化,控制制电路必必须随之之作相应应的变动动,所有有布线和和控制柜柜极有可可能重新新设计,耗时且且费

42、力然然而是利利用存储储在机内内的程序序实现各各种控制制功能的的。因此此当工艺艺过程改改变时,只需修修改程序序即可,外部接接线改动动极小,甚至可可以不必必改动,其灵活活性和通通用性是是继电器器控制电电路无法法比拟的的。第二,可可靠性高高,抗干干扰能力力强,继继电器控控制系统统中,由由于器件件的老化化、脱焊焊、触点点的抖动动以及触触点电弧弧等现象象是不可可避免的的,大大大降低了了系统的的可靠性性。而在在控制系系统中,大量的的开关动动作是由由无触点点的半导导体电路路来完成成的,加加之在硬硬件和软软件方面面都采取取了强有有力的措措施 ,使产品品具有极极高的可可靠性和和抗干扰扰能力可可以直接接安装在在工

43、业现现场稳定定地工作作。PLC在在硬件方方面采取取电磁屏屏蔽、光光电隔离离、多级级滤波等等措施在在软件方方面采取取警戒时时钟、故故障诊断断、自动动恢复等等措施 ,并利利用后备备电池对对程序和和数据进进行保护护,因此此被称为为“专为适适应恶劣劣的工业业环境而而设计的的计算机机”。第三 ,编程简简单 ,使用方方便 。PPLC采采用面向向过程 ,面向向问题的的“自然语语言”编程方方式 ,直观易易懂,主主要采用用梯形图图和语句句表编写写程序,使得广广大电气气技术人人员更容容易接纳纳和理解解。同时时设计人人员也可可根据自自己的喜喜好和实实际应用用的要求求选择其其他编程程语言 。标准准是编程程语言的的标准

44、 ,除了了梯形图图语句表表之外,还存在在顺序流流程图结结构化文文本和功功能块图图三种编编程语言言的表达达方式。一一个程序序的不同同部分可可用任何何一种语语言来描描述,支支持复杂杂的顺序序操作功功能处理理以及数数据结构构。第四,功功能强大大,可扩扩展。的的主要功功能包括括开关量量的逻辑辑控制、模模拟量控控制部分还还具备控控制或模模糊控制制功能、数数字量智智能控制制、数据据采集和和监控、通通信、联联网及集集散控制制等功能能。PLC的的功能扩扩展也极极为方便便,硬件件配置相相当灵活活,根据据控制要要求的改改变,可可以随时时变动特特殊功能能单元的的种类和和个数 ,再相相应修改改用户程程序就可可以达到到

45、变换和和增加控控制功能能的目的的。PLC以以原有的的继电器器、逻辑辑运算、顺顺序控制制为基础础逐步发发展起来来的。与与继电器器控制系系统相比比较 ,它以软软器件代代替了硬硬器件,以软触触点代替替了硬触触点,以以软接线线代替了了硬接线线 ,从从而使其其器件、触触点的寿寿命达数数万甚至至十万小小时,而而改变接接线的速速度则极极为迅速速。它是是由计算算机简化化而来的的，又有有着诸多多自身独独特的优优势。如如下所述述：1.系列列化各大生产产公司一一般都有有小型、中中型、大大型三种种系列产产品。2.多处处理器一般小型型机是单单处理器器系统中中型机是是双处理理器系统统,包括括位处理理器和字字处理器器大型机

46、机则为多多处理器器系统,由字处处理器!位处理理器和浮浮点处理理器等组组成。3.较大大的存储储能力4.很强强的I/O口5.智能能外围接接口6.网络络化PLC可可连成功功能很强强的网络络系统,一般有有低速网网络和高高速网络络两种。这这两类网网络可级级连,网网上可兼兼容不同同类型的的和计算算机,从从而组成成控制范范围很大大的局域域网络。7.紧凑凑及高可可靠性8.通俗俗化的编编程语言言和丰富富的指令令目前常用用的有种种3编程程语言：1）顺序序控制用用的梯形形图用以以进行逻逻辑运算算,完成成时间上上的顺序序控制；2）适用用于数值值控制的的系统流流程图,具有算算术运算算、比较较、滤波波等功能能；3）类似似汇编语语言的指指令表。3.2 PLCC的基本本结构PLC实实质是一一种专用用于工业业控制的的计算机机，其硬硬件结构构基本上上与微型型计算机机相同，如如图3.1所示示： 1. 中中央处理理单元(CPUU) 中央处理理单元(CPUU)是PPLC的的控制中中枢。它它按照PPLC系系统程序序赋予的的功能接接收并存存储从编编程器键键入的用用户程序序和数据据；检查查电源、存存储器、II/O以以及警戒戒定时器器的状态态，并能能诊断用用户程序序中的语语法错误误。当PPLC投投入运行行时，首首先它以以扫描的的方式接接收现场场各输入入装置的的状