基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料

1、平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說 明 書） 題 目：基于PLC的礦井提升機(jī)變頻 調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2014年5月8日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書姓名 專業(yè)班級 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2014 年 2 月 18 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 2014 年 2 月 25 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 2014 年 4 月 30 日設(shè)計(jì)（論文）題目：基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 院（部） 主 任 2014 年5 月8日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委

2、員會記錄 電力工程 學(xué)院 礦上機(jī)電電氣控制 專業(yè)，學(xué)生 于2014年 6 月 10 日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專題（論文）題目： 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， , 。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評語第 頁共 頁學(xué)生姓名： 專業(yè)班級 礦山機(jī)電電氣控制（1）班 年級 2

3、011 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 2014 年6 月12日成 績： 系（科）主任： （簽字） 2014 年6 月12日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評語： 摘 要 本文針對提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進(jìn)行了較深入的研究。根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，控制系統(tǒng)采用工控機(jī)監(jiān)控提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)， PLC控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。為了提高系統(tǒng)的可靠性，對提升機(jī)各種物理量及控制單元進(jìn)行控制監(jiān)控。提升機(jī)的動態(tài)監(jiān)測由工控機(jī)或觸摸屏和組態(tài)軟件組成。用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計(jì)、

4、設(shè)備連接、編寫控制流程和工程所需要的信息報(bào)表以及結(jié)果打印等。主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，配合一些專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動動力制動或低頻制動等。同時(shí)能檢測各電機(jī)故障現(xiàn)象并送往上位機(jī)顯示。減少了傳統(tǒng)繼電器接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。關(guān)鍵詞：礦用提升機(jī)；變頻調(diào)速；矢量控制；可編程控制器目 錄第1章 緒 論71.1課題概述71.2國內(nèi)外礦井提升機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r71.2.1國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀81.2.2國內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向121.3 本文內(nèi)容及研究的意義141.3.1 研究內(nèi)容141.

5、3.2 研究意義15第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)182.1 礦井提升機(jī)對控制系統(tǒng)的要求182.2 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)212.2.1 控制單元基本原理212.2.2 調(diào)速裝置232.2.3 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)26第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)313.1變頻調(diào)速的發(fā)展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用313.2 變頻調(diào)速基本原理333.3 變頻器的選擇363.3.1變頻器的選型363.3.2 變頻器容量的選擇373.3.3 變頻器主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定39第4章 PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用434.1 PLC概述434.2 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點(diǎn)444.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)454.3.1 PLC的

6、I/O分配454.3.2 PLC接線圖51第5章 PLC控制程序設(shè)計(jì)535.1 PLC軟件概述及提升機(jī)PLC控制要求535.2 程序設(shè)計(jì)545.3系統(tǒng)抗干擾措施62結(jié)論64謝 辭66參考文獻(xiàn)67附錄69外文資料翻譯71前言在煤炭生產(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、巖石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑，素有礦井“咽喉”之稱。提升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜，電動機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對提升機(jī)來說，運(yùn)行的安全、可靠性是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生故障，往往造成機(jī)毀人亡。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響

7、整個(gè)礦井的生產(chǎn)能力，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。因此，研制并制造既安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可編程控制器（PLC）是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機(jī)拖動等。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動、

8、半自動、手動等各種運(yùn)動方式的控制要求。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控制器來控制，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；電力拖動系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動裝置，運(yùn)用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一。采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。17第1章 緒 論1.1課題概述礦井提升機(jī)是機(jī)、電、液一體化的大型機(jī)械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工

9、等礦山的豎井、斜井，是生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。在煤炭生產(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑，素有礦井咽喉之稱。提升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜，電動機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對應(yīng)提升機(jī)來說運(yùn)行的安全可靠是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生故障往往造成機(jī)毀人亡。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)能力，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤炭安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。1.2國內(nèi)外礦井提升機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r礦井提

10、升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對提升機(jī)工作特性的認(rèn)識進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中。特別是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機(jī)控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展方向。1.2.1國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀(1) 晶閘管-電動機(jī)(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)部分發(fā)達(dá)國家原有的交流提升機(jī)已基本上被晶閘管-電動機(jī)(以下簡稱SCR-D)所取代。如德國、瑞典等國家己有90%以上采用直流提升機(jī)，傳動系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減速機(jī))，使系統(tǒng)大為簡化。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，電機(jī)功率

11、3000kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，滾筒直徑6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200m，具有完善的保護(hù)系統(tǒng);采用磁場反并聯(lián)，有平波電抗器及臥式深度發(fā)送裝置;采用積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號;主回路采用兩組三相橋組成12脈動順抗整流，大大提高了功率因數(shù)。SIEMENS(西門子)公司、ABB公司、CEOELEC公司以及ASEA公司等都有相同類型的產(chǎn)品，其性：能大同小異。此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低;無減速器，總效率高，電能消耗少;維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快;單機(jī)容量大，適用范圍廣;調(diào)速平滑，精度高;易于實(shí)現(xiàn)最佳

12、控制和自動化，安全可靠;節(jié)電顯著，5-8年可回收設(shè)備投資，是礦井節(jié)電的有效途徑。其缺點(diǎn)在于:功率因數(shù)低，如三相橋平均功率因數(shù)只有0.45左右;無功沖擊大，高次諧波對電網(wǎng)影響大。這些缺點(diǎn)可采用順序控制和多脈沖整流的方法以及在電網(wǎng)上加諧波濾波器等措施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi)。(2) 交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動提升系統(tǒng)SCR-D直流拖動系統(tǒng)趨于成熟，且采用了順控技術(shù)等措施來提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)仍然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，且對電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，提升容量越大，問題越突出。再則，直流電機(jī)制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步增加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護(hù)工作量

13、，故障率高。因此換相整流子是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。由于存在上述兩個(gè)問題，迫使人們又重新考慮交流拖動方式。自80年代初以來，交流變頻供電的同步機(jī)拖動異軍突起，在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動方式。如SIEMENS公司1979年投運(yùn)的2×4200kw、l×2650kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min;CEGELEC公司1983年投運(yùn)的l×548OkW，額定轉(zhuǎn)速69.5r/min;AEG公司1985年投l×30O0kW，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，ABB公司投運(yùn)的l×4200kW額定轉(zhuǎn)速45.86r/min;SIEMAG公司投運(yùn)的2x46O0kW等變頻調(diào)

14、速同步機(jī)拖動的提升機(jī)，經(jīng)過多年的運(yùn)行，均獲得成功。這種拖動系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點(diǎn):a 提升容量幾乎不受限制，最大可達(dá)l0000kw，提升速度可達(dá)20m/s以上，提升高度1200m以上，滾筒直徑達(dá)6.5m，這是直流系統(tǒng)難以達(dá)到的;b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行和降低了運(yùn)行消耗;c 功率因數(shù)高，可達(dá)住0.91，極大地節(jié)省了電能;d 動態(tài)品質(zhì)好(和直流系統(tǒng)相同)，系統(tǒng)可在四象限平滑過渡和無級調(diào)速;e 由于機(jī)械特性好，故起動轉(zhuǎn)矩大;f 同步機(jī)的價(jià)格和有色金屬的消耗低于直流機(jī);g 調(diào)速范圍寬。因此，多數(shù)專家認(rèn)為，變頻同步機(jī)拖動調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機(jī)拖動的必然發(fā)展方向。這種 拖動系統(tǒng)的缺

15、點(diǎn)是:a 必須有專用的變頻電源;b 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電機(jī)的過載倍數(shù)有所降低;c 高次諧波對電網(wǎng)有影響，需在電網(wǎng)上加濾波器等補(bǔ)償措施加以緩解。(3)微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用從70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中。目前，國外己達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，使整個(gè)拖動控制產(chǎn)生一次重大的變革。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面: 1) 提升工藝過程微機(jī)控制在交流變頻裝置中，提升工藝過程大都采用微機(jī)控制。由于微機(jī)功能強(qiáng)，使用靈活，運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。如AEG公司采用CP-80微機(jī)、ABB公司采用MASTER-200和SIEMEN

16、S公司采用S5-150等微機(jī)實(shí)現(xiàn)的變頻控制，都獲得了相當(dāng)成功。它們把控制、監(jiān)視、基準(zhǔn)值預(yù)測以及模擬控制等組合在公共的微機(jī)控制總線上組成靜止變流器的傳動控制，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)速度及多個(gè)變量的調(diào)節(jié)。2) 提升行程控制提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)±2cm。采用微機(jī)控制，可通過采集各種傳感信號，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒位置、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理，計(jì)算出罐籠準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。在罐籠提升時(shí)可實(shí)現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微機(jī)來構(gòu)成行程給定器，并還提供性能不盡

17、相同的機(jī)械行程控制器口。一般過程控制用微機(jī)不同時(shí)用于監(jiān)視，行程控制也采用單獨(dú)微機(jī)完成，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。3) 提升過程監(jiān)視由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)安全可靠性，所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視:a 提升過程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視;b 各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視;c 各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號的監(jiān)視。其目的在于使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。4) 安全回路安全回路旨在出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障時(shí)控制提升機(jī)進(jìn)

18、入安全保護(hù)狀態(tài)。為確保人員和設(shè)備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法，大致分為以下四種情況:a 報(bào)警顯示，如冷卻器溫度過高等;b 二次不能開車，如電機(jī)繞組過熱、制動油過熱等;c 立即進(jìn)行電氣制動，如停車終點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)本次提升應(yīng)盡快停下來;d 立即進(jìn)行安全制動，如過卷、超速等。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采用兩臺PC微機(jī)構(gòu)成安全回路，使安全回路具完善的故障監(jiān)視功能。無論是提升機(jī)還是安全回路本身出現(xiàn)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動。5) 制動系統(tǒng)的控制與監(jiān)視制動(可調(diào)閘)控制系統(tǒng)除要可靠地完成工作制動和安全制動外，還要完成對液壓站的控制以及各環(huán)節(jié)參數(shù)(如油壓、閘瓦磨

19、損等)的監(jiān)視，其技術(shù)要求與安全回路相似。如西門子公司采用兩套可編程序控制器(PLC)的雙重控制與保護(hù)系統(tǒng)。6) 全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)德國AEG公司的Logidyn D(32位機(jī))、西門子公司的Siemadyn D(16位機(jī))以及ABB公司的Tyrak(16位機(jī))系統(tǒng)都己應(yīng)用于提升機(jī)上。全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)單一，參數(shù)穩(wěn)定且調(diào)整方便，可方便地與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員有更高的技術(shù)水平和計(jì)算機(jī)知識。7) 內(nèi)裝式提升機(jī)AEG公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升機(jī)，將提升主電機(jī)與滾筒合為一體，即轉(zhuǎn)子固定，轉(zhuǎn)動的定子充當(dāng)滾筒，使機(jī)構(gòu)大為簡化，占地面積小，制造成本低。1.2.2國內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨

20、向(1) 交流拖動方式目前我國提升機(jī)約70%采用串電阻調(diào)速的交流拖動方式。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差。極少數(shù)提升機(jī)采用串級調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。(2) 直流拖動方式我國提升機(jī)采用直流拖動有兩種系統(tǒng):直流發(fā)電機(jī)一直流電動機(jī)機(jī)和晶閘管一直流電動機(jī)系統(tǒng)。其生產(chǎn)和使用情況如下: 國內(nèi)研制大型直流提升機(jī)主要有三大廠家:a 上海電機(jī)廠主要生產(chǎn)配套電機(jī)，已生產(chǎn)低速直流電機(jī)80多臺，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速5Or/min，其中長廣煤礦及五村煤礦的提升機(jī)為100OkW、48r/min，淮

21、南潘三礦采用一臺26O0kW低速直聯(lián)電機(jī);b 上海冶金礦山機(jī)械廠主要生產(chǎn)主機(jī)及信號系統(tǒng)，已生產(chǎn)80 多臺提升機(jī)，1979 年生產(chǎn)過一臺低速直聯(lián)落地式提升機(jī);c 北京整流器廠主要生產(chǎn)配套電控，已從瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引進(jìn)了晶閘管電控整機(jī)系統(tǒng)及元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達(dá)7000kW;還引進(jìn)了交流變頻調(diào)速(交一直一交)電控生產(chǎn)線，可生產(chǎn)單機(jī)4200kW變頻調(diào)速電控設(shè)備;1986年向甘肅金川礦提供了一套帶微機(jī)控制的800kW直流電控設(shè)備。 從國外引進(jìn)的晶閘管供電的直流提升機(jī)20多套，其中AEG公司21O0kW低速直聯(lián)6套、西門子公司低速直聯(lián)4套、瑞典ASEA公司9套。另外，還正在引進(jìn)計(jì)算

22、機(jī)控制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng)。(3) 研制與發(fā)展 國產(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用。 大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)89%，國內(nèi)正在組織研究這種系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制。如天津電氣傳動研究所己研制了一臺300kw的變頻調(diào)速裝置。 可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對我國占大部分的交流提升機(jī)繼電-接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造;因此有不少單位都在著手研制，如焦作礦務(wù)局，韓城礦務(wù)局均用可編程序控制器對TKD電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，已投入正常運(yùn)行和使用，已經(jīng)顯示出了很強(qiáng)的生命力。這是今

23、后一段時(shí)期乃至凡十年對我國占絕大多數(shù)采用繼電控制的交流提升系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的必由之路。1.3 本文內(nèi)容及研究的意義1.3.1 研究內(nèi)容當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問題:(1) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。(2) 電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。(3) 繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。(4) 交流繞線異步電動機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。(5) 電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。

24、(6) 提升容器通過給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。上述問題使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC 技術(shù)已經(jīng)

25、廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機(jī)拖動等。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運(yùn)動方式的控制要求。1.3.2 研究意義在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前山西省各大煤礦的礦井提升機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速方案大多采用繼電器接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。該方案耗能大，占地面積大，已不能適應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的需要.因此有必要對其調(diào)速方案進(jìn)行改造。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)系統(tǒng)控制單元采用目前工控適用的可編程控制器來控制，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn):電力拖動系

26、統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動裝置，運(yùn)用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一。 采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。使用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)模式，實(shí)現(xiàn)良好的人-機(jī)對話;實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，上位機(jī)動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖:可進(jìn)行故障報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印;記錄提升鉤數(shù)以及每班、每日、每月、每年的提升量累計(jì);故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處理。為保證提升設(shè)備無事故，在提升設(shè)備有可能出現(xiàn)

27、故障的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上，設(shè)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置(如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間等記錄)。本文從解決實(shí)際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進(jìn)行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。表明本文所提出的設(shè)計(jì)方案具有實(shí)用價(jià)值。適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 礦井提升機(jī)對控制系統(tǒng)的要求提升機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖。所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的給定速度u=f(t)如圖2-1所示，

28、根據(jù)動力學(xué)方程式Td=Te-Ti= Tn *e/375 (2.1)式中 Te-電動機(jī)電動力矩;Ti-傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩;Tn-傳動系統(tǒng)的飛輪力矩，Tn=4gJ，其中J為轉(zhuǎn)動慣量(·)，g為重力加速度Td-傳動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩,e-加速度?？梢缘贸霭唇o定速度圖所需轉(zhuǎn)矩Te=f(t)的特性，從而可以得到拖動系統(tǒng)所需的力F=f(t)，提升機(jī)傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖如圖2-1所示。 圖a 圖b圖c圖d 圖2-1 提升機(jī)傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖提升機(jī)的負(fù)載靜力FL決定于提升機(jī)滾筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物體的凈載重。由于提升系統(tǒng)的負(fù)載為位勢負(fù)載，所以靜力FL的作

29、用方向始終是提升重物的重力方向，而與系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)和方向無關(guān)。因此在電動機(jī)不帶電時(shí)，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài)(便于罐籠的裝卸載)，對滾筒必須施加機(jī)械閘。從圖2-1可以看出，要使提升機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)行，電動力矩Te可能為正，也可能為負(fù)。這意味著電動機(jī)不僅要工作在電動狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動狀態(tài)。由于不同的負(fù)載，不同的提升機(jī)運(yùn)行階段，電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也各不相同。綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及礦山生產(chǎn)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下:(1) 加(減)速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。提升人員時(shí)，加速度a0.75m/s2，升降物料時(shí)，加速度a1.2m/s2,另外不得超過提升機(jī)的減速

30、器所允許的動力矩。(2) 具有良好的調(diào)速性能。要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種運(yùn)行方式及提升階段(加速、減速、等速、爬行等)(3) 有較好的起動性能。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，穩(wěn)定運(yùn)行的要求。不可能待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能重載啟動，有較高的過載能力。(4) 特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過大，影響系統(tǒng)正常工作(當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性)。(5) 工作方式轉(zhuǎn)換容易。要能夠方便的進(jìn)行自動、半自動、手動、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于

31、因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。(6) 采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制和提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行.盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。2.2 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.2.1 控制單元基本原理我國提升機(jī)設(shè)備中，普遍使用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點(diǎn)的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個(gè)控制任務(wù)，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線連接起來加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改必須通過改變接線來實(shí)現(xiàn)。幾十年來

32、，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:(1) 使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運(yùn)行噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，故障率高，工作穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改變難度大，使用壽命短。(2) 在啟動過程中，由于罐籠的實(shí)際載重量不同，實(shí)際的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，常常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確甚至提前停車現(xiàn)象。(3) 采用磁放大器做調(diào)節(jié)控制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難保證。(4) 系統(tǒng)安全保護(hù)環(huán)節(jié)不全面，工作不可靠，故障顯示不直觀，分析查找故障難度大，缺乏運(yùn)行參數(shù)顯示功能.(5) 調(diào)速性能差，機(jī)械沖擊大，人員乘車舒適性差。這些不足主要是因

33、為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。如果對該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動化程度高的電控系統(tǒng)。是可編程序邏輯控制器，簡稱PLC，PLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化;PLC的輸入喻出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高;PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。圖2-2為可編程控制器控制系統(tǒng)。其輸入設(shè)備和輸

34、出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。控制程序是通過一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲器中.每個(gè)程序語句確定了一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，控制被控對象工作。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需通過編程器改變程序存儲器中某些語句的內(nèi)容。 圖2-2 可編程控制器控制系統(tǒng)框圖可編程邏輯控制器因?yàn)槠渚哂懈呖煽啃砸约败浖删幊痰膬?yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。對于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的PLC即可滿足要求，其價(jià)格也不高.

35、如果采用PLC技術(shù)對TKD-A電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，把原來由各種電器通過連線而實(shí)現(xiàn)的邏輯控制改由PLC通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，則控制線路將大大簡化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干擾能力將大大增強(qiáng)，工作可靠性將大大提高，工藝改變時(shí)只需要改變控制程序即可。改造時(shí)保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器作用不變，則用戶使用起來將非常方便，不需要適應(yīng)期。同時(shí)可以利用PLC的高速計(jì)數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、故障檢測及診斷功能、信號顯示功能等來增加一些新的控制功能，安全性將大大提高，運(yùn)行將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對較少，性價(jià)比較高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。2.2.2 調(diào)速裝置礦井提

36、升機(jī)，從電力拖動而言，可分為交流拖動和直流拖動兩大類。我國目前正在服務(wù)的礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中，屬于交流拖動的有轉(zhuǎn)子電路串電阻的調(diào)速系統(tǒng):屬于直流拖動的有直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)組成的G-M調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流裝置供電的V-M調(diào)速系統(tǒng)。直流拖動系統(tǒng)一般采用他勵電動機(jī)作為主拖動電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段運(yùn)行穩(wěn)定，在加速，減速和低速運(yùn)行時(shí)的電耗小，容易實(shí)現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點(diǎn).根據(jù)供電方式的不同，直流拖動系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)(簡稱G-M系統(tǒng))，一類是晶閘管供電的系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))。G-M系統(tǒng)的特點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運(yùn)行可靠，維護(hù)工作量大但是

37、技術(shù)要求不高，對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害的影響，即不會引起電力公害等。與G-M系統(tǒng)相比，V-M系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):功率放大倍數(shù)高，G-M系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在101左右，V-M系統(tǒng)可高達(dá)104，比G-M系統(tǒng)高三個(gè)數(shù)量級;快速響應(yīng)性好，G-M系統(tǒng)為秒級，V-M為毫秒級，因而動態(tài)品質(zhì)快速性能較好;功耗小、效率高，G-M系統(tǒng)平均效率為75%左右，V-M系統(tǒng)可達(dá)85%左右，比G-M系統(tǒng)效率提高10%以上;調(diào)速范圍大，由于剩磁影響，G-M系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)速受到限制，而V-M系統(tǒng)調(diào)速時(shí)速度從零到最大速度都能控制，運(yùn)行可靠。直流拖動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點(diǎn)，是交流拖動系統(tǒng)無法相比的。而V-M系統(tǒng)由于具有以上一些

38、突出的特點(diǎn)，因此，目前在大型提升機(jī)方面，世界各國大多采用直流拖動方案，尤以V-M系統(tǒng)為主。但是根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，V-M系統(tǒng)尚存在以下缺點(diǎn):(1) 晶閘管元件的過載能力(過電壓、過電流)較低，因此在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中作為供電元件時(shí)，為了適應(yīng)瞬時(shí)過載(例如提升機(jī)的加速階段)的需要，通常將元件的容量和耐壓等級都相應(yīng)增大，或者增加使用的晶閘管元件數(shù)量，使元件作串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，即使用的元件在正常負(fù)載時(shí)處于低負(fù)載(降級使用)，以確保在過載的加速階段，晶閘管元件的負(fù)載仍然在額定負(fù)載的范圍內(nèi)，不致由于出現(xiàn)過負(fù)荷時(shí)使晶閘管元件燒毀。但由于這種降級使用，也給生產(chǎn)維護(hù)上增加了困難。(2) 有沖擊性的無功功率。

39、由于高次諧波的影響，使電網(wǎng)電壓的波動加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害”:同時(shí)低速時(shí)功率因數(shù)也較低。目前,在我國使用的多繩摩擦輪提升機(jī)，G-M直流拖動占一定比例，而進(jìn)口的直流拖動提升系統(tǒng)，則全部采用V-M系統(tǒng)。傳統(tǒng)的串電阻交流拖動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，占地面積小，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠價(jià)格低廉，設(shè)備供貨容易，安裝調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn).主要缺點(diǎn)是啟動階段電能損耗較大，當(dāng)用于要求頻繁啟動或不同運(yùn)行速度的多水平提升機(jī)時(shí)就更為不經(jīng)濟(jì)。但用于單水平提升時(shí)，其提升效果實(shí)際上與用發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動系統(tǒng)相當(dāng)。此外在調(diào)速性能方面，交流拖動系統(tǒng)一般不如直流拖動系統(tǒng)優(yōu)越，但選用了動力制動、低頻制動、可調(diào)機(jī)械閘、

40、負(fù)荷測量、計(jì)算裝載等輔助裝置后，交流拖動系統(tǒng)亦可獲得滿意的調(diào)速性能。綜上原因，交流拖動系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。近年來交流變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展起來，調(diào)速方式的不斷進(jìn)步使得運(yùn)用于提升機(jī)系統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)不僅僅局限于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻方式，變頻調(diào)速技術(shù)也越來越多地在提升機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮出交流調(diào)速的優(yōu)勢。目前交流調(diào)速最有前途的是變頻調(diào)速技術(shù)，在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能滿足提升機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)展方向。2.2.3 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、

41、液壓站、潤滑站、操作臺、安全保護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。各部分功能如下。 2-3 提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖 （1）主控系統(tǒng)圖2-3為提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用三菱FX2N系列的可編程控制器，一備一用，當(dāng)主PLC發(fā)生故障的時(shí)候可以迅速切換備用PLC不影響生產(chǎn)。使用PLC集成高速計(jì)數(shù)輸入口以及特殊高速計(jì)數(shù)模塊相結(jié)合，對分別安裝于電機(jī)軸、輥筒主軸、天輪的四個(gè)編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)監(jiān)視速度、深度以及判斷松繩；A/D模塊采集現(xiàn)場液壓站及潤滑站的油壓、油溫等信號;在井筒及深指器各階段安裝行程開關(guān)，用以確定罐籠位置，并相互校驗(yàn)，達(dá)到停車位的精確控制。程序編制滿足提升機(jī)自動、半自動

42、、手動、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式，并可方便的轉(zhuǎn)換;滿足提升階段(如加速、減速、等速、爬行等)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。 （2）變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用德國制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采用矢量控制技術(shù)適合提升機(jī)工作環(huán)境，只需在控制單元給出對變頻器的控制命令(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等)即可使提升機(jī)按照設(shè)定的速度曲線運(yùn)行，滿足提升階段穩(wěn)定運(yùn)行的要求。變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時(shí)配合來自現(xiàn)場的各種信號傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)功能，滿足煤礦安全規(guī)程要求。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號到PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時(shí)候

43、才可以松閘，這樣會避免豎井提升機(jī)啟動時(shí)發(fā)生溜車現(xiàn)象。 （3）液壓站為提升機(jī)提供制動力，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動力，再取消直流制動力；提升機(jī)起動時(shí)，先對電機(jī)施加直流制動，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 （4）操作臺操作臺設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)啟動、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。 （5）控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故

44、障參數(shù)和故障狀態(tài)。 （6）安全保護(hù)本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時(shí)，另兩條也同時(shí)斷開。硬安全回路通過硬件回路實(shí)現(xiàn)，無論P(yáng)LC單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開;軟安全回路分別在兩套PLC軟件中搭建，與硬安全回路相同并且同時(shí)動作。安全電路斷開后，系統(tǒng)會立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器，制動油泵，斷開安全閥和KT線圈，進(jìn)行緊急制動。安全保護(hù)功能齊全，設(shè)有過卷、等速超速、定點(diǎn)超速、PLC 編碼器斷線、錯(cuò)向、傳動系統(tǒng)故障及自動限速等保護(hù)功能?？刂葡到y(tǒng)工作原理：當(dāng)司機(jī)聽到開車信號時(shí)，按下啟動按鈕，PLC控制將380V動力電源接

45、入變頻器。再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機(jī)開始運(yùn)行。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。28平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1變頻調(diào)速的發(fā)展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容

46、易，調(diào)速精度高等特點(diǎn)長期占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過流能力不強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)差，難以實(shí)現(xiàn)高速度化等原因，一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。相比較而言，交流異步電機(jī)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、容易維護(hù)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但異步電機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制理論的飛速發(fā)展，現(xiàn)代控制理論越來越多的應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，使得交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美、相競爭，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。近年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展和DSP微處理器的推出，更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，目前已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化階段，作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速，其發(fā)

47、展不超過40年，卻取得了長足的進(jìn)步，變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：第一個(gè)階段為電壓/頻率(U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時(shí)定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時(shí)需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以便用戶選擇。第二個(gè)階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動機(jī)的控制，通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動機(jī)定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，

48、把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電動機(jī)。第三個(gè)階段為直接轉(zhuǎn)矩控制，也叫直接自控，它避開了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換及求矢量模與相角的復(fù)雜計(jì)算工作，直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間控制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，控制性能更好。提升機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)，全數(shù)字變頻技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)控制。減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式，將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)，與動力制動減速相比，不僅調(diào)速性能好、減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使減速階段在各種條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行，使交流

49、拖動在減速段達(dá)到直流拖動的調(diào)速性能，減速段到爬行段過渡平滑。這樣在提升機(jī)系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)正力減速與爬行、負(fù)力減速與爬行以及驗(yàn)繩等多種工作方式，達(dá)到控制要求。采用矢量控制技術(shù)零速起動轉(zhuǎn)矩達(dá)150%，確保低速爬行時(shí)的啟動與運(yùn)行特性，輸出頻率跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可準(zhǔn)確指示出來。從而使傳動系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性。采用直接轉(zhuǎn)矩控制可改善低頻特性，普通變頻器雖然可以輸出較低的頻率，但輸出力矩小，特性較軟，應(yīng)用于提升位能負(fù)載時(shí)，起動瞬間總要溜車。采用特殊的軟件編程，改善低頻特性，即使在輸出0Hz的情況下，也能輸出200%的負(fù)載力矩，達(dá)到了在整個(gè)運(yùn)行過程都能輸出滿足負(fù)載要求的力矩

50、。完全避免了重載坡起時(shí)溜車的現(xiàn)象。提升機(jī)使用變頻調(diào)速控制具有下列優(yōu)點(diǎn):(1) 調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。通過控制器的控制，變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，使電動機(jī)起動電流小、動負(fù)荷小、調(diào)速平滑而無沖擊。(2) 調(diào)速精度高。電動機(jī)在自然特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小。(3) 動態(tài)品質(zhì)好?？墒固嵘龣C(jī)的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時(shí)間降至最少，具有良好的動態(tài)品質(zhì)。(4) 易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的換向，當(dāng)頻率降低至零后即可反向開車，采用控制器改變相序即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡。(5) 節(jié)電效果顯著。變頻調(diào)速比轉(zhuǎn)子回路串接電阻的調(diào)速方法節(jié)約電能20%40%。3.2 變頻調(diào)速基本原理

51、 由電機(jī)學(xué)的基本公式: (4.1)式中電動機(jī)定子繞組的磁極對數(shù)p一定，改變電源頻率f，即可改變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速。異步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速n0也增加，實(shí)際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，同步轉(zhuǎn)速n0也下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，這種通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機(jī)的控制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)性和過渡特性來看，變頻調(diào)速的控制方式分為以下幾種:（1）V/F控制V/F控制是交流電機(jī)最簡單的一種控制方法，通過控制過程中始終保持V/F 為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而V/F控制是一種開環(huán)的控制方式，速度動態(tài)特性較差

52、，電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率低，控制參數(shù)(如加/減速度等)還需要根據(jù)負(fù)載的不同來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時(shí)由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象.這種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場所。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制.與V/F控制相比，調(diào)速精度要求較高，且系統(tǒng)容易穩(wěn)定，即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，將電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。但是采用此法的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)差頻率控制未能實(shí)施對電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，盡管這種系統(tǒng)的靜態(tài)精度較高，但由于快速性較差，故適用于對響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。（3）矢量控制矢量控

53、制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過一系列的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解耦的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。目前，實(shí)用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實(shí)現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實(shí)現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴于電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，其克服了坐標(biāo)變換和解耦運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原則選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制，對轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性。但是DTC也存在不足之處，其最大的困難就在于低速性能不理想。3.3 變頻器的選擇選擇變頻器時(shí)應(yīng)以負(fù)載特性為基本依據(jù)，分析提升機(jī)的負(fù)載屬于重力，其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。由于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)