毕业设计论文
基于PLC的矿井提升机变频调速系统设计
摘 要
矿井提升机是采矿等行业的重要设备，矿物的运输和人员的运输等都离不开提升机。我国传统的矿井提升机主要采用继电器—接触器进行控制，并通过在电动机转子回路中串接附加电阻来实现启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、故障率高、操作复杂、电能浪费大、效率低等缺点。
针对传统提升机的问题，本设计采用可编程控制器控制系统，并且与变频器结合实现提升机速度控制。通过对提升机系统的深入研究，完成提升机控制系统设计，选择硬件设备型号，并且完成硬件系统设计，其中包括检测模块、控制模块、保护模块和抗干扰模块的设计，最后进行系统集成和调试。根据硬件系统要求画出外部接线图，并且编写控制系统程序。通过可编程控制器控制变频器，实现提升机启动、加速、等速、减速、爬行和停车操作，并且对过载、超速、过卷等故障进行监控。
可编程控制器采用PLC，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，配合一些装用电子模块组成的提升机控制设备，为提升机的安全运行提空环境。同时能够时时检测矿井提升机的安全性能，反馈给控制设备。减少了传统继电器接触式控制系统的中间环节，减少了硬件和控制线，提高了形同的稳定性和可靠性。变频调速是利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速。采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果明显。应用可编程控制器—变频器对矿井提升机的控制系统进行改造，将成为历史的必然趋势。
关键词：矿井提升机 可编程控制器 PLC 变频器 控制系统
Systematic Design on frequency control of Shaft
Hoist on Basis of PLC Control
ABSTRACT
Shaft hoist is an important equipment in mining industries, which is inseparable in the
transportation of mineral and personnel. Chinese traditional shaft hoist use relay - contactor to control mainly, and achieve startup and speed governing by the motor rotor circuit in series with additional resistances. This control system has many disadvantages, such as lower reliability, higher failure rate, more complex operation, more power waste, and lower efficiency.
As for the problems of traditional shaft hoist, this design achieves hoist speed control by using programmable logic controller system, which combined with frequency converters. Through my intensive study in hoist system, I have completed hoist control system design, the size choice of the hardware device, and finish hardware system design, including the design of detection module, control module, protection module, and anti-jamming module. Finally, I carry on the system integration and debugging. Depending on the hardware system requirements, I draw external wiring diagram and write control system program. Through the programmable logic controller, mine hoist can realize its start, acceleration, constant speed, deceleration, crawling and parking operations, and monitor stoppages such as overload, overspeed, and volume.
Programmable logic controller uses PLC, and it is hardware simplicity, strong software flexibility, easy commissioning, little maintenance. It can provide the shaft hoist safe operation with favorable environment, combined with some control equipment equipped with electronic modules hoist. At the same time, it can test the safety performance of shaft hoist, and feedback to the control device. In this way, the intermediate links of traditional relay-contact control system are reduced, hardware and control lines are reduced, the stability and reliability of tantamount are improved. Frequency control successfully realizes that Ac motor is in a wide range of stepless smooth speed regulation, by taking advantage of changing the power frequency of the controlled object.
With this control system, the hoist is reliable, easy to use, and it has the function of dynamic display, as well as its energy-saving effect is obvious. It will become the inevitable trend of history to transform mine hoist control system by applying Programmable Controllers – Drive.
Keywords: shaft hoist; programmable logic controller; PLC; frequency converters;control system
目 录
1 引言 ........................................................................................................................................ 1
1.1 国内外矿井提升机发展现状 ..................................................................................... 1
1.1.1我国矿井提升机电气控制系统的现状 ........................................................... 1 1.1.2 国外提升机电气控制系统的现状 .................................................................. 1 1.2 存在的问题及最新发展 ............................................................................................. 2 1.3 本文承担的任务 ......................................................................................................... 3 2 矿井提升机系统的控制要求 ................................................................................................ 4
2.1 矿井提升机结构介绍 ................................................................................................. 4 2.2 矿井提升机速度和受力分析 ..................................................................................... 4
2.2.1 提升机的速度分析 .......................................................................................... 4 2.2.2 提升机的受力情况 .......................................................................................... 5 2.3 矿井提升机的调速控制方案分析 ............................................................................. 7
2.3.1 传统转子回路串电阻调速系统 ...................................................................... 7 2.3.2 模糊控制调速系统 .......................................................................................... 7 2.3.3 直接转矩控制系统 .......................................................................................... 8 2.3.4 变频器调速控制系统 ...................................................................................... 8 2.3.5 矿井提升机调速系统的确定 .......................................................................... 9
3 提升机调速控制系统硬件设计 .......................................................................................... 10
3.1 提升机变频控制部分设计 ....................................................................................... 11
3.1.1变频器简介 ..................................................................................................... 11 3.1.2 变频调速基本原理 ........................................................................................ 12 3.1.3 提升机变频器的选择 .................................................................................... 13 3.1.4变频器的调试 ................................................................................................. 14 3.2 提升机系统变频器外部电路设计 ........................................................................... 16
3.2.1 提升机调速系统的声光报警回路 ................................................................ 17 3.2.2 提升机调速系统的制动控制回路 ................................................................ 17 3.2.3 编码器反馈回路 ............................................................................................ 19 3.3 提升机调速系统的PLC 控制部分设计 ................................................................. 20
3.3.1 PLC简介 ......................................................................................................... 20 3.3.2 PLC的选型 ..................................................................................................... 20 3.3.3 提升机调速系统的PLC的I/O端口 ........................................................... 21 3.3.4 提升机调速系统的PLC外部电路设计 ....................................................... 22 3.3.5 提升机调速系统各部分的PLC控制 ........................................................... 23
4 系统抗干扰措施 .................................................................................................................. 25
4.1 PLC的抗干扰 ............................................................................................................ 25
4.1.1 PLC的干扰来源 ............................................................................................. 25 4.1.2抗干扰的主要措施 ......................................................................................... 25 4.2 变频器的抗干扰及其防止 ....................................................................................... 26
4.2.1变频器干扰来源 ............................................................................................. 26 4.2.2 干扰信号的传播方式 .................................................................................... 27 4.2.3抗干扰措施 ..................................................................................................... 27
5 提升机调速控制系统软件设计和调试 .............................................................................. 28
5.1 提升机调速系统的控制程序流程 ........................................................................... 28
5.1.1 提升机调速系统的中断子程序功能 ............................................................ 28 5.1.2 提升机调速系统的故障处理子程序功能 .................................................... 28 5.2 提升机调速系统的程序调试 ................................................................................... 30 6 结论 ...................................................................................................................................... 32 谢 辞 ........................................................................................................................................ 34 参考文献 .................................................................................................................................. 35
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1 引言
1.1 国内外矿井提升机发展现状
矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，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，因此世界各大公司纷纷将新的、成熟的技术应用于提升机电控系统。
1.1.1我国矿井提升机电气控制系统的现状
在矿业生产中，矿井提升机起着非常重要的作用，它是矿山生产的关键设备。提升机电控装置的技术性能，既直接影响矿山生产的效率及安全，又代表着矿井提升机发展的整体水平。目前，我国的矿井提升机90%以上是采用单机容量在1000kW以下传统的交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器—接触器构成逻辑控制装置。其中多半为电动机—发电机组（F-D机组）供电，采用晶闸管整流传动（SCR-D）的只占一部分。 传统交流拖动系统的显著缺点是：调速性能差，调速时能量要大量消耗在电阻上，给定方式落后，控制精度低，安全保护和监测环节不完善，安全可靠性差，维护工作量大，而且运行不经济。
由于异步电动机在低速运行时特性曲线软，在次同步状态下无法产生有效的制动力矩 ，因而难于准确地控制提升机的停车位置。目前多采取动力制动或低频拖动加制动的方式完成减速、爬行和停车。目前在用的动力制动及低频电源大多数为采用模拟技术控制的晶闸管装置，仍存在调速困难、维护量大的问题。传统交流电控系统可靠性差的另一个原因是安全保护、闭锁及监测系统不完善，均为单线系统，且与控制系统想混联，多数共用一套线路，互相影响。 在实施提升机电气控制系统技术改造时，即要有超前一步的意识紧盯国际先进水平，也要考虑我国的现状，实现符合我国国情的提升机电控系统现代化[1]。
1.1.2 国外提升机电气控制系统的现状
国外从70年代开始，随着微机技术的发展，微机控制技术已逐步应用于矿井提升机中。目前，国外已达到相当成熟的阶段，使整个拖动控制产生一次变革。其应用主要体现在以下几个方面：
1．提升工艺过程微机控制
在交流变频装置中，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，监视显示易于实施，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，要保证提升容量在预定地点准确停车，要求准确度高，目前的控制误差小于2厘米。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、滚筒及钢丝绳磨损等。将信号进行处理，可计算出容量
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准确的位置而实施控制和保护。
3．提升过程监视
由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性，所以提升过程监视与安全回1) 提升过程中各工况参数监视； 2) 各主要设备运行状态监视；
3) 各传感器信号的监视。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、保留和打印输出。 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机进入安全保护状态，此环节极为重要。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。安全回路是保护的最后环节之一，现在大多数企业都采用两台PLC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现故障时都能准确地实施安全制动。
路一样，是现代提升机的重要环节。提升过程采用微机主要完成如下参数的监视：
1.2 存在的问题及最新发展
矿井提升机是金属和非金属矿生产过程中的重要设备。提升机安全、可靠、有效高速运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性量大、运行特性复杂的特点、且工作状况经常交替转换。虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，以及操作者的人为过失和对行程监测研究的局限性，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提升机系统的事故至今仍未能消除。一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，造成箕斗的损坏，影响矿井正常生产，甚至造成重大人员伤亡。
所以提升机调速控制系统的研究一直是社会中关注的一个重大课题。电气控制方式在很大程度上决定了提升机能否实现平稳、安全、可靠地起制动运行，避免了严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机机械的使用寿命。随着矿井提升系统的自动化，改善提高的性能，以及提高提升机设备的提升能力等的要求，对电气传动方式提出了更高的要求。对矿井提升机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等[2]。
目前，我国地下矿井提升机的电气传动系统主要有：对于大型提升机，主要采用晶闸管变流器—直流电动机传动控制系统和同步电动机矢量控制交—交变频传动控制系统，这两种系统大都采用数字控制方式实现控制系统的高自动化运行，效率高，有准确的制动和定位功能，运行可靠性高，但造价昂贵，中小矿井难以承受。对于中、小型提升机，则多采用交流绕线式电动机切换电阻调速的交流电气传动系统，即TKD电控系
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统。 将交流调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。对于现采用TKD电控系统的中小型矿井，随着变频调速技术的发展，交—直—交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机改造中应用。变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速或恒减速控制，消除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和事故的发生。因此，变频器在提升机调速系统中的应用具有十分广阔的前景[3]。
1.3 本文承担的任务
在本文中，以煤矿矿井提升机速度控制系统为背景，速度控制方法已经非常成熟，但技术相对落后，基于PLC变频调速在矿山通过拖议案提出的行程，速度和控制系统的应用，介绍了一种新的矿井提升机速度控制系统的设计和实施。本设计的主要工作有：
1、提升机电控系统主电路部分
结合非金属矿生产实际情况，分析提升机工作过程及工作特点。给出提升系统的整体控制方案；确定基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统组成。确定各部分所要完成的控制功能，并给出控制电路连接电路图，分析其功能的实现。
2、控制系统软件设计部分
可编程控制器PLC有强大的可编程控制功能，它是编程软件STEP—7来完成的。对于复杂的矿山提升机变频调速电控系统采用PLC控制，在本文中设计出程序控制功能流程图，并给出其它基本控制功能的梯形图。提升机系统是一个队安全性要求极高的控制单元，所以在软件设计部分应有对其系统故障诊断处理内容。
3、提升机速度给定方式分析
由于矿山生产过程中，提升机所承受的载荷不同、提升的方式及提升行程不同，提升机的牵引力也就不同，应对其进行适当调节，提升速度也应能即使进行控制。
4、保护及抗干扰措施
传统交流电控系统可靠性差，其安全保护、闭锁及监测系统不完善，均为单线系统，且与控制系统相混联，多数共用一套线路，互相影响。本文针对制约提升机安全的主要环节设置减速、超速报警及过载、松绳、过卷等安全保护措施，增加监视系统，对提升机的运行状态及故障来源进行时时刻刻地监视。
矿井提升机的设计能够解决实际生产问题，其控制单元采用了目前适用的工业PLC控制单元来控制电动驱动系统，其电力拖动单元采用先进的变频驱动器，优化了矿井提升机速度控制性能。摆脱原来控制系统中的交流接触器和调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境，降低了噪音和温度；分段预设频率，按根据负载情况实现连续平稳调速，无机械冲击现象，达到了低压低频启动和停止，停车操作更稳定;启动和加速时的冲击电流小，可使得矿井提升机在重载下从低速无级调速至最大速度。目前，这种方法是现代交流传动控制中比较先进的速度控制方式。
安全，可靠，高效和经济的矿井提升机速度控制系统的设计是本设计的追求目标。
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2 矿井提升机系统的控制要求
2.1 矿井提升机结构介绍
矿井提升机可分为竖井提升机和斜井提升机两种。矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮）、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成，采用交流或直流电机驱动。提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。摩擦式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或一端连接容器，另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）和落地摩擦式矿井提升机（机房直接设在地面上）两种。按提升绳的数量又分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是：可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小于2100米的竖井大多采用这种提升机。目前，我国单绳缠绕式提升机，广泛采用交流绕线式电动机拖动，提升过程一般包括：起动、加速、匀速、减速、爬行和停车几个主要环节。
2.2 矿井提升机速度和受力分析
2.2.1 提升机的速度分析
提升设备在一个提升循环内的运行规律是用提升速度图来表示的，如图2.1表示提升速度与提升时间变化的关系。
图2.1 提升机速度图
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分为五个阶段：
t1阶段：为主加速阶段运行时间，此时加速度a1 较大，速度一直从0加速到最大的
Vm。重车从井底开始上行，重车起动后，开始持续加速到变频器的设定频率为f2，在此期间提升机的速度逐渐加快。
t2阶段：为匀速阶段运动时间，即容器以最大提升速度 Vm等速运行的时间。上升
时，电动机保持电动状态，重车提升机以额定运行速度稳定运行。下放时， 由测速发电机反应转子下放速度，当速度高于Vm时，增大励磁电流，提高制动力矩，使箕斗匀速运行。一般这段过程最长。
t3阶段：为主减速阶段运行时间，即容器以最大提升速度Vm减速运行的时间。重
车快到井口时减速阶段，重车减速到低速，进入爬行阶段。如减速时间设置较短的时，变频器制动单位和制动电阻起作用，以防因减速过快而跳闸。
t4阶段：为爬行阶段运行时间。重车以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定
的位置停车。
为抱闸停车阶段时间。到达停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，t5阶段：
制动系统闸制动。操作人员发一个联络信号到井底，整个提升过程结束。
2.2.2 提升机的受力情况
根据动力学方程式
Td?Te?Ti?Tn*e/375 (2.1) 式中 Te-电动机电动力矩；
Ti-传动系统的静阻转矩；
Tn-传动系统的飞轮力矩，Tn?4gJ，其中J为转动惯量(kg?m2)，g为重力加速
度；
Td-传动系统的动态转矩；
e-加速度。
可以得出按给定速度图所需转矩Te?f(t)的特性，从而可以得到拖动系统所需的力
F?f(t)，提升机传动系统给定速度图、力图如图2.2所示。
(a)
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(b)
（c）
图2.2 提升机给定力图
图中（a），（b），（c）为提升机的给定力图。其中（a）为静负载力矩比较大的情况；（b）为静负载力矩比较小的情况；（c）为下放重物的情况。 显然，随着提升物料的重量不同，要求电动机的拖动力矩不同，且在一个提升循环中，在不同阶段电动机的拖动力矩的极性也在变化，矿井提升机要求电力拖动系统能满足四象限运行的条件。
综合以上提升机的运行特点以及矿山生产固有的特点，提升机工艺对提升机电控系统的要求如下:
1. 加(减)速度符合国家有关安全生产规程的规定。升降物料时，加速度a≦1.2m/s2,另
外不得超过提升机的减速器所允许的动力矩。
2. 最大速度符合归家有关安全生产规程的规定。立井升降物料时，提升容器的最大速
度，不得超过用下列公式所求得的数值：
vm?0.4H （2.2）
v--最大提升速度，m/s；
H--提升高度，m。
3. 具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速方便，调速范围大，能满足各种运行方
式及提升阶段(加速、减速、等速、爬行等)。
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4. 有较好的起动性能。提升机不同于其他机械，稳定运行的要求。不可能待系统运转
后再装加物料，因此，必须能重载启动，有较高的过载能力。
5. 特性曲线要硬。要保证负载变化时，提升速度基本上不受影响，防止负载不同时速
降过大，影响系统正常工作(当然，当负载超过一定的限度时，还要求系统能有效的自我保护。迅速安全制动停车，即所谓要具备挖土机机械特性)。
6. 工作方式转换容易。要能够方便的进行自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方
式的转换，操作方便，控制灵活，不至于因工作方式的转换影响正常生产。 7. 采用新技术和节能设备，易于实现自动化控制和提高整个系统的工作效率。具备必
要的连锁和安全保护环节，确保系统安全运行.尽量节约能源和降低运转费用。
2.3 矿井提升机的调速控制方案分析
为了使提升机调速控制系统能取得良好的控制性能，不同类型的负载应根据具体要求选择不同的控制方案，控制方式是决定提升机使用性能的关键所在。目前在实际生产中得到应用的很多，其中有高精度的还有一般性能的，种类五花八门，价格也高低相差悬殊。所以在选用调速控制系统时要按负载的特性要求，并结合矿井的生产规模，以达到经济、实用为准。常用的控制方式主要有：转子回路串电阻调速、模糊控制、直接转矩等。
2.3.1 传统转子回路串电阻调速系统
在加速过程中，交流接触器KM1，KM2，KM3，KM4逐级吸合，转子回路电阻依次减小，以保证加速力矩的平均值不变。如果要求提升机低速运行，则需在转子回路中串较大电阻。为了解决减速段的负力要求，通常采用动力制动方案，即将定子侧的高压电源切除，施加直流电压，或在定子绕组上施加低频电源，让电动机工作在发电状态。
转子回路串电阻调速的主电路结构如图2.3所示：
图2.3 转子回路串电阻调速图
2.3.2 模糊控制调速系统
在对提升机的转速控制中，采用二维的输入变量即使用误差和误差变化率。PLC通过采样获取被控量的精确值，然后将此量与给定值进行比较得到误差信号e、误差变化率dedt，把误差信号和误差变化率的精确值模糊化变成模糊量E、EC再进过模糊推理
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得到模糊控制量U，进行解模糊处理得到控制信号u，送入控制电路。与传统控制方式相比，模糊控制是一种非线性的控制方法，工作范围宽，适用范围广，特别适合非线性系统的控制。但信息简单的模糊处理导致系统的控制精度降低和动态品质变差，若要提高精度，则必然增加量化级数，从而导致规则搜索范围扩大，降低决策速度，甚至不能实时控制。
实现模糊控制的原理框图如下图所示：
图2.4 模糊控制原理框图
2.3.3 直接转矩控制系统
直接转矩控制系统采用空间矢量分析的方法，直接在定子坐标系下计算并控制交流电动机的转矩和磁链，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式控制产生脉宽信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动能性态。其控制效果取决于转矩的实际情况，所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。
直接转矩控制系统结构图如下图所示：
图2.5 直接转矩控制系统结构图
2.3.4 变频器调速控制系统
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交－直－交方式，先把工频交流电源通过整流器
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转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率[4]。结构图如下图所示：
图2.6 变频器的基本结构
2.3.5 矿井提升机调速系统的确定
转子回路串接电阻调速方法调速范围小，串入电阻后电动机的机械特性变“软”，使负载变动时电动机产生较大的转速变化，即转速稳定性差，而且调速效率较低。信息简单的模糊控制调速处理会导致系统的控制精度降低和动态品质变差，若要提高精度，则必然增加量化级数，从而导致规则搜索范围扩大，降低决策速度，甚至不能实时控制。直接转矩控制系统的转矩和磁链调节器采用滞环比较器，会造成转矩脉动，在电动机运行一段时间之后,电机的温度升高,定子电阻的阻值发生变化,使定子磁链的估计精度降低，也会导致电磁转矩出现较大的脉动，同时逆变器开关频率低也会造成转矩脉动。变频调速控制系统电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能控制系统。同时还可以实现大范围的高效连续调速控制，并且能够达到节能的效果。
本设计结合煤矿生产实际情况，分析提升机工作过程及工作特点，对各种调速系统进行分析和比较，最终确定了提升机系统的整体控方案：变频调速控制系统。采用PLC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，成功实现了提升电动机大范围的无级平滑调速，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有着明显的节电效果。采用PLC对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠。因此本次设计选用交流电动机交－交变频调速系统。 交-直-交变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源[5]。
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3 提升机调速控制系统硬件设计
矿井提升机也称矿井卷扬机。作为井上与井下的唯一输送通道，使得矿井提升机成为矿山的关键设备之一，也是矿山的咽喉部位。矿井提升机运行性能的优劣，不仅直接影响到矿山的正常生产与产品质量，而且还与设备及人身安全密切相关。矿井提升机工艺工况图如图3.1所示：
图3.1 工艺工况图
根据矿山实际情况矿井提升机提升最大高度大约在480m，根据公式2.2得出最大提升速度为7.9m/s，为安全起见，最大提升速度取7m/s。矿井提升机系统框图主要包括主电动机、动力制动电源、PLC、旋转编码器、换向器和操作台等。系统框图如下图：
图3.2 系统框图
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