煤礦副井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計論文說明

1、 . . . 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文題 目： 煤礦副井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名：完成時間：47 / 50摘 要副井主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以與升降人員之用。因此對副井提升機的安全性要比主井提升機的安全要求要高的多。本課題介紹了國外提升機系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r, 通過對比分析了國提升機電控系統(tǒng)的不足,針對提升機的高可靠性要求采用PLC控制提出一種可靠性高的提升機操作保護(hù)系統(tǒng)。 課題對煤礦副井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行論述，對主要電路圖進(jìn)行設(shè)計，并詳細(xì)論述了對礦井提升機的保護(hù)設(shè)計，分別對過卷保護(hù)、墩罐保護(hù)、過載保護(hù)等進(jìn)行設(shè)計，可以使系

2、統(tǒng)可靠安全的運行。本設(shè)計采用現(xiàn)在比較主流的控制方式，用PLC作為控制器，變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，使副井提升機平穩(wěn)安全的運行。關(guān)鍵詞: 副井提升機,可編程控制器,變頻器,可靠性,電控系統(tǒng)目錄摘 要I1緒論11.1 國外提升與研究狀況11.2課題研究的目的和意義41.3本論文承擔(dān)的任務(wù)61.4小結(jié)82礦井提升機的組成與分類92.1 礦井提升機的作用92.2 礦井提升機的組成92.3 礦井提升機的分類103礦井提升機的制動裝置與安全裝置133.1 礦井提升機的制動裝置143.1.1 制動裝置的組成與種類143.1.2 制動裝置的作用143.1.4 制動裝置的有關(guān)規(guī)定153.2 礦井提升機的安全保護(hù)裝置1

3、64提升機調(diào)速控制系統(tǒng)實現(xiàn)184.1引言184.2提升機電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)184.3提升機電控系統(tǒng)變頻器選擇204.4變頻控制部分設(shè)計214.4.1變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計214.4.2變頻器外部電路設(shè)計244.5 PLC控制部分設(shè)計294.5.1基本控制功能294.5.2位置速度檢測電路324.7調(diào)速控制系統(tǒng)軟件流程394.8小結(jié)41總結(jié)42參考文獻(xiàn)44致45附錄A46附錄B471緒論1.1 國外提升與研究狀況近三十年來，國外提升機機械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機是電動機通過減速器傳動卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動機和直流電動機懸臂安裝直接傳動的提升

4、機。上世紀(jì)七十年代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動機來代替直流電機實現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時代已經(jīng)到來。1981年第一臺用同步機懸臂傳動的提升機在德國Monopol礦問世，1988年由MAVGHH和西門子合作制造的機電一體的提升機(習(xí)慣稱為裝電機式)在德國Romberg礦誕生了，這是世界上第一臺機械和電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。在提升機機械和電氣傳動技術(shù)飛速發(fā)展的同時，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，使提升機的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器(PLC)應(yīng)用于提升機控制。上世紀(jì)八十年代初，計算機又被用于提升機的監(jiān)視和管理。計算機和PLC的應(yīng)用

5、，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。特別要強調(diào)的是，此時期在國外一著名的提升機制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時候，我國提升機電控系統(tǒng)很長時間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備舊、技術(shù)落后。國產(chǎn)提升機安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機控制技術(shù)而言，依然是舊的，和國外相比，我們存在很

6、大的差距。礦井提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:豎井(如圖1.1所示為豎井井架設(shè)備)和斜井;按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升;按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。因此在20世紀(jì)60年代開始單繩纏繞式礦井提升機采用較多。圖1.1 井架圖1.2 天輪目前我國提升機90%以上均采用交流繞線式異步電動機的拖動方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機的有TKD系列，多繩磨擦式提

7、升機的有JKM、幻J系列。這幾種提升機通常在電動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動和調(diào)速。串電阻調(diào)速是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法轉(zhuǎn)子功率的損耗隨著串入的電阻的增大而增大。盡管轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調(diào)速方法比較簡單易行，起動轉(zhuǎn)矩較大在拖動起重機等中、小容量的繞線式異步電動機中仍然應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)80年代，我國從瑞典、西德等國引進(jìn)20多套晶閘管直流電動機控制系統(tǒng)。直流電動機傳動有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機直流電動機機組，另一種為晶閘管直流電動機系統(tǒng)。我國自己生產(chǎn)的晶閘管直流電動機控制系統(tǒng)應(yīng)用于20世紀(jì)90年代。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點是:體積小、重量輕、占地面積小

8、；基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費用低；無齒輪傳動部分(不需要減速器)、總效率高、電能消耗少；單機容量大，適用圍廣；調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速圍廣、調(diào)速精度高；易于控制，能實現(xiàn)自動化，安全可靠；節(jié)約電能。礦井提升機對安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術(shù)水平。比較國外礦用提升機系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機在電控方面的應(yīng)用特點有以下幾個方面:l)提升工藝過程微機控制提升工藝過程大都采用微機控制，由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現(xiàn)的。2)提升行程控制提升機的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要

9、保證提升容器在預(yù)定地點準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到2cm。采用微機控制，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、滾筒與鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理，計算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。一般過程控制用微機作監(jiān)視，行程控制也采用單獨下位機完成。3)提升過程監(jiān)視提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采用微機主要完成如下參數(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。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)行存儲、保留或打印輸出。甚至與上位機聯(lián)

10、網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。4)安全回路安全回路是指提升機在出現(xiàn)機械、電氣故障時控制提升機進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)的極為重要的環(huán)節(jié)。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。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺PC微機構(gòu)成安全回路，使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，無論是提升機還是安全回路本身出項故障時都能準(zhǔn)確地實施安全制動。而在電力拖動方面，近幾年國外出現(xiàn)了不少新拖動方式，交一交變頻供電方式就是最有前途的一種。20世紀(jì)80年代西歐一些工業(yè)先進(jìn)國家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機，有代表性的是西門子公司和ABB公司。我國在20世紀(jì)90年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提

11、升機控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵直流電動機取得很寬的調(diào)速圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機械特性，在提升機應(yīng)用中顯示了其獨特的優(yōu)勢。1.2課題研究的目的和意義副井的礦井提升機主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以與升降人員之用。所以副井提升機的安全、可靠、有效高速運行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟效益。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運行速度快、慣性質(zhì)量大、運行特性復(fù)雜的特點，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機械零件和電氣元件的功能失效，以與操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研

12、究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。一旦提升機的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運行，就會發(fā)生提升機超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟損失。所以提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的一個重大課題。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機能否實現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動運行，避免了嚴(yán)重的機械磨損，防止較大的機械沖擊，減少機械部分維修的工作量，延長提升機械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動化，改善提統(tǒng)的性能，以與提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對電氣傳動方式提出了更高的要求。

13、對礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的要：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運行，動態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，可靠性要求高等。目前，我國地下礦山礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升機，主要采用晶閘管變流器直流電動機傳動控制系統(tǒng)和同步電動機矢量控制交一交變頻傳動控制系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)大都采用數(shù)字控制方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自動化運行，效率高，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，運行可靠性高，但造價昂貴，中小礦井難以承受。對于中、小型提升機，則多采用交流繞線式電動機轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速的交流電氣傳動系統(tǒng)，即TKD電控系統(tǒng)。這種電氣傳動系統(tǒng)設(shè)備簡單，但屬于有級調(diào)速，提升機在減速和爬行

14、階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動時很難實現(xiàn)恒加減速控制，經(jīng)常會造成過放或過卷事故。提升機頻繁的啟動和制動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。對于現(xiàn)采用TKD電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機改造中應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實現(xiàn)提升機的恒加速和恒減速控制，消除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果10。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易

15、損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生。因此，變頻器在提升機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。本文介紹變頻器在提升機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。1.3本論文承擔(dān)的任務(wù)本課題擬解決的關(guān)鍵問題是控制策略研究，提升機是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它屬于大轉(zhuǎn)動慣量機-電-液系統(tǒng)，提升機要按所要求的速度圖運行，否則在系統(tǒng)中容易產(chǎn)生大的慣性力，降低機器的壽命，甚至產(chǎn)生脫軌等惡性事故?？刂撇呗匝芯烤褪且ㄟ^電液控實時地、準(zhǔn)確地使提升機按給定的速度圖運行，使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機運行的要求。本論文的研究目標(biāo)是將可編程控制器（PLC）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦山實際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的提升機電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計，提高精度

16、，在更安全的圍保證礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行。設(shè)計中充分考慮到保護(hù)系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，采用控制功能強大的PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型交流接觸器，簡化了控制線路，并應(yīng)用各種現(xiàn)場抗干擾措施，包括采用電抗器、空氣開關(guān)、與RC防浪涌震蕩電路等。尤其在軟件中采用提升機電控系統(tǒng)中斷模塊與故障處理模塊，使超速報警更加科學(xué)合理。為了更直觀的顯示提升機的工作狀態(tài)與故障來源，增加了提升機監(jiān)視控制系統(tǒng)，通過顯示器對整個提升系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。本論文承擔(dān)的主要任務(wù)如下：1提升機電控系統(tǒng)主電路部分結(jié)合煤礦生產(chǎn)實際情況，分析提升機工作過程與工作特點。給出提升系統(tǒng)的整體控制方案；確定基于PLC控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成。確定各

17、部分所要完成的控制功能，并給出控制電路連接電路圖，分析其功能的實現(xiàn)。并采取一些提高系統(tǒng)安全運行和抗干擾能力的措施。2控制系統(tǒng)設(shè)計部分可編程控制器PLC有強大的可編程控制功能，它是三菱編程軟件來完成的。對于復(fù)雜的礦山提升機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)采用PLC控制，提升機系統(tǒng)是一個對安全性要求極高的控制單元，所以在軟件設(shè)計部分應(yīng)有對其系統(tǒng)的故障診斷處理容，在出現(xiàn)故障時應(yīng)能與時報警或停車。3提升機速度給定方式分析由于礦山生產(chǎn)過程中，提升機所承受的載荷不同、提升的方式與提升行程不同，提升機的牽引力也就不同，應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，提升速度也應(yīng)能與時進(jìn)行控制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將在較小的圍產(chǎn)生極大的累計誤差

18、，導(dǎo)致系統(tǒng)的巨大波動，造成過載或松繩等,甚至導(dǎo)致礦車脫軌或過卷等重大事故，而造成巨大的損失。所以要尋求一種控制方法來提高控制精度。在實際中經(jīng)常采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速因其為有級調(diào)速，調(diào)速不連續(xù)，且對電網(wǎng)沖擊大。所以尋求一種理想的速度給定方式極為重要，以求能夠提高電控系統(tǒng)控制性能，改善控制品質(zhì)。4保護(hù)與抗干擾措施傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差，其安全保護(hù)、閉鎖與監(jiān)測系統(tǒng)不完善，均為單線系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數(shù)共用一套線路，互相影響。本文針對制約提升安全的主要環(huán)節(jié)設(shè)置減速、超速報警與過載、松繩、過卷等安全保護(hù)措施，增加監(jiān)視系統(tǒng)，對提升機的運行狀態(tài)與故障來源進(jìn)行時時監(jiān)視，使提升安全狀況有所改善。為了保證

19、其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計上應(yīng)采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。安全回路應(yīng)具有雙重冗余功能。1.4小結(jié)本章詳細(xì)介紹了礦井提升機信號系統(tǒng)的背景，闡述了本課題研究的目的意義。在此基礎(chǔ)上提出了本文所承擔(dān)主要任務(wù)和研究的主要容為：提升機電控系統(tǒng)主電路設(shè)計部分、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計部分、提升機速度給定方式分析、保護(hù)與抗干擾措施。在完成以上設(shè)計容時，此調(diào)速控制系統(tǒng)才能成為一個有機的整體，才能安全可靠的工作，并達(dá)到預(yù)期的控制效果。2礦井提升機的組成與分類2.1 礦井提升機的作用在煤礦里礦井分為主井和副井，在主井和副井里都有提升裝備，他們的作用有著一些不同。主井是用于提升礦產(chǎn)品，副井的礦井提升機主要用于提升和下

20、放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以與升降人員之用。所以副井提升機的設(shè)計要有很高的要求。所以在設(shè)計的過程中要考慮到很多的安全因素。但總體設(shè)計上主井與副井提升系統(tǒng)還是有相似點的。 2.2 礦井提升機的組成礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運轉(zhuǎn)時一個容器上升，另

21、一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機（機房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機（機房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機和多繩摩擦式礦井提升機。后者的優(yōu)點是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機。2.3 礦

22、井提升機的分類礦井提升機是聯(lián)系礦井井下和地面的工作機械。用鋼絲繩帶動容器在井筒中升降，完成運輸任務(wù)。按工作方式分類如下： （一）纏繞式提升機纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等（圖2.1）。雙卷筒提升機的卷筒與主軸固接者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào)繩離合器與主軸相連者稱活動卷筒。中國制造的卷筒直徑為 25m。隨著礦井深度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應(yīng)增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。   圖2.1礦井提升機1.單繩纏繞式提升機 根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：單卷筒提升機，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定

23、在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。雙卷筒提升機，作雙鉤提升（圖2.1）。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上,分別從卷筒上、下方引出,卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機按卷筒的外形又分為等直徑提升機和變直徑提升機兩種。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價格低，得到普遍應(yīng)用。深井提升時，由于兩側(cè)鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。早期采用變直徑提升機（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。 2.多繩纏繞式提升機 提升機在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作

24、。20世紀(jì) 50年代末，英國人布雷爾（Blair）設(shè)計了一臺直徑3.2m雙繩多層纏繞式提升機(又稱布雷爾式提升機)，提升高度15802349m，一次提升量1020t。 （二）摩擦式提升機1938年，瑞典的ASEA公司在拉維爾（Laver）礦安裝了一臺直徑1.96m雙繩摩擦式提升機。1947年德國G.H.H.公司在漢諾威（Hannover）礦安裝了一臺四繩摩擦式提升機。多繩摩擦式提升機具有安全性高、鋼絲繩直徑細(xì)、主導(dǎo)輪直徑小、設(shè)備重量輕、耗電少、價格便宜等優(yōu)點，發(fā)展很快。除用于深立井提升外，還可用于淺立井和斜井提升。鋼絲繩搭放在提升機的主導(dǎo)輪（摩擦輪）上，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重(錘)。運

25、轉(zhuǎn)時，借主導(dǎo)輪的摩擦襯墊與鋼絲繩間的摩擦力,帶動鋼絲繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為210根。 多繩摩擦式提升機的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、 深度指示器、制動裝置與導(dǎo)向輪等。主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應(yīng)具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能,其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機的生產(chǎn)能力、工作安全性與應(yīng)用圍。目前使用較多的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時深度指示器偏離零位，故應(yīng)設(shè)自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩力均勻。為了減少震動，可采用彈簧機座減

26、速器。1.井塔式提升機 機房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，造價高，并不宜用于地震區(qū)。 圖2.3井塔式多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖2.落地式提升機 機房直接設(shè)在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多,影響鋼絲繩的工作條件與使用壽命。 圖2.4落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖2.4小結(jié)本章著重提出了煤礦副井提升機與主井的一些區(qū)別，以與在設(shè)計時應(yīng)注意的一些問題。并且詳細(xì)講述了礦井提升機的組成與分類。3礦井提升機的制動裝置與安全裝置3.1 礦井提升機的制動裝置3.1.1 制動裝置的組成與種類提升機制動系統(tǒng)是

27、提升機重要組成部分，它直接關(guān)系到提升機設(shè)備得安全運行，它由制動器（閘）和傳動裝置組成。制動器直接作用到制動力矩的機構(gòu)、傳動裝置是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的機構(gòu)。制動器按其結(jié)構(gòu)可分為塊閘(角移式和平移式)和盤問；傳動裝置按傳動能源可分為液壓、氣動與彈簧等。3.1.2 制動裝置的作用提升機在礦井中擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石。升降人員和設(shè)備、運送材料與丁具等任務(wù)。它是溝通礦井地面與井下的運輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一。而礦井提升機的制動和安全保護(hù)裝置是提升系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響提升機正常丁作和安全運行，因此對提升機的制動器和安全保護(hù)裝置必須給予充分的重視。并加強機房管理，為操作人員創(chuàng)造一個更好的更安全的

28、工作環(huán)境。礦井提升機制動裝置的用途是：（1）在提升終了或提升機不工作時，可靠的閘住提升機停車制動；（2）減速階段參與提升機的速度控制工作制動；（3）作為安全機構(gòu)，發(fā)生緊急事故時，進(jìn)行安全制動，對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)緊急制動；（4）雙卷筒提升機動作調(diào)繩離合器時，應(yīng)能閘住活卷筒，動作死卷筒。3.1.3煤礦安全規(guī)程對制動力矩的規(guī)定對于立井或傾角大于30。的斜井最大制動力矩不得小于提升或下放最大靜負(fù)力矩的3倍；對于雙滾筒提升機為了使離合器打開時能制動住游動滾筒、制動器在一個滾筒上的制動力矩，不得小于該滾筒懸掛提升容器和鋼絲繩重力所產(chǎn)生的力矩的1.2倍；在同一制動力矩作用下,安全制動時，上提與下放貨載。其減

29、速度是不同的。在立井和傾斜巷道中使用的提升機，安全制動時，全部機械的減速度必須符合下表的規(guī)定；對于摩擦式提升機工作制動或安全制動的減速度、不得超過鋼絲繩的滑動極限。即不引起鋼繩打滑；安全制動必須能自動、迅速和可靠地實現(xiàn)，制動器的空動時間(由安全保護(hù)回路斷電時起到閘瓦接觸到閘輪上的時間)氣壓塊閘不得超過0.5秒液壓塊閘不得超過0.6秒，盤式制動器不得超過0.3秒。3.1.4 制動裝置的有關(guān)規(guī)定（一）煤礦安全規(guī)程第428條規(guī)定：提升絞車必須裝設(shè)深度指示器,開始減速時能自動示警與不離開座位即能操縱的常用閘和保險閘，保險閘必須能自動發(fā)生制動作用。常用閘和保險閘共用1套閘瓦制動時，操縱和控制機構(gòu)必須分開

30、。雙滾筒提升絞車的2套閘瓦的傳動裝置必須分開。對具有2套閘瓦只有1套傳動裝置的雙滾筒絞車，應(yīng)改為每個滾筒各自有其控制機構(gòu)的彈簧閘。提升絞車除設(shè)有機械制動閘外，還應(yīng)設(shè)有電氣制動裝置。嚴(yán)禁司機離開工作崗位、擅自調(diào)整制動閘。（二）煤礦安全規(guī)程第429條規(guī)定：保險閘必須采用配重式或彈簧式的制動裝置，除可由司機操縱外，還必須能自動抱閘，并同時自動切斷提升裝置電源。常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機械制動裝置。保險閘或保險閘第一級由保護(hù)回路斷電時起至閘瓦接觸到閘輪上的空動時間：壓縮空氣驅(qū)動閘瓦式制動閘不得超過0.5s，儲能液壓驅(qū)動閘瓦式制動閘不得超過0.6s，盤式制動閘不得超過0.3s。盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間

31、的間隙應(yīng)不大于2mm。保險閘施閘時，杠桿和閘瓦不得發(fā)生顯著的彈性擺動。（三）提升絞車的常用閘和保險閘制動時，所產(chǎn)生的力矩與實際提升最大靜載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比不得小于3。在調(diào)整雙卷筒提升絞車卷筒旋轉(zhuǎn)的相對位置時（此時游動卷筒與主軸脫離連接），制動裝置在各滾筒閘輪上所發(fā)生的力矩，不得小于該滾筒所懸重量（鋼絲繩重量與提升容量重量之和）形成的旋轉(zhuǎn)力矩的1.2倍。在立井和傾角大于30°的傾斜井巷，提升裝置的保險閘發(fā)生作用時，減速度必須符合：下放重載時，不得小于1.5m/s。3.2 礦井提升機的安全保護(hù)裝置煤礦安全規(guī)程第427條規(guī)定：提升機必須具有以下九種安全保護(hù)裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過

32、負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、深度指示器失效保護(hù)裝置、閘間隙保護(hù)裝置、松繩保護(hù)裝置、滿倉保護(hù)裝置、減速功能保護(hù)裝置。1、防止過卷裝置：當(dāng)提升容器超過正常終端停止位置（或出車平臺）0.5m時，必須能自動斷電，并能使保險閘發(fā)生制動作用。比正常停車位置低0.5m時為下過卷，下過卷時也要進(jìn)行保護(hù)動作。2、防止過速裝置：當(dāng)提升速度超過最大速度15%時，必須能自動停電，并能使保險閘發(fā)生作用。3、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：在提升機的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和欠電壓保護(hù)裝置，在過負(fù)荷或欠電壓情況下使配電開關(guān)自動跳閘，切斷提升電動機電源，并使保險閘發(fā)生作用。4、限速裝置：提升速度超過3m/s的提升絞車必須裝設(shè)限速裝

33、置，以保證提升容器（或平衡錘）到達(dá)終端位置時的速度不超過2m/s。如果限速裝置為凸輪板，其在個提升行程的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)不小于270°。5、深度指示器失效保護(hù)裝置：當(dāng)指示器失效時，能自動停電并能使保險閘發(fā)生作用。6、閘間隙保護(hù)裝置：當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時，能自動報警或自動斷電。7、松繩保護(hù)裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護(hù)裝置并接入安全回路和報警回路，在鋼絲繩松弛時能自動斷電并報警?；诽嵘龝r，送繩保護(hù)裝置動作后，嚴(yán)禁受煤倉放煤。8、滿倉保護(hù)裝置：箕斗提升的井口煤倉倉滿時能自動報警和自動斷電。9、減速功能保護(hù)裝置：當(dāng)提升容器（或平衡錘）達(dá)到設(shè)計減速位置時，能示警開始減速。防止過卷裝置、防止

34、過速裝置、限速裝置、減速功能保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨立的雙線型式。4提升機調(diào)速控制系統(tǒng)實現(xiàn)4.1引言經(jīng)過分析比較，權(quán)衡各種控制方案的優(yōu)劣，結(jié)合提升機調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，最終選擇PLC與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速方案，其變頻控制方式為：矢量變頻調(diào)速控制。此方案能夠很好解決傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電機調(diào)速的目的，無論轉(zhuǎn)速高低，其機械特性基本上與自然機械特性平行，能夠滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果；采用PLC對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。4.2提升機電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)基于P

35、LC控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。各部分功能如下：動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務(wù)。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力；液壓站：為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機械制動力，再取消直流制動力；提升機起動時，先對電機施加直流制動，再松開機械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機，以達(dá)到控制交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。操作臺：操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度輔

36、助給定與制動力給定。它是整個礦井提升機運輸系統(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，以實現(xiàn)對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車以與緊急制動等各種控制功能?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)與運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理：如圖4.1，系統(tǒng)部采用矢量控制思想，AC380V三相動力電源由隔爆接線腔R,S,T 3個接線柱接入隔爆主腔，大功率變頻（SB61G110KW）可以將工頻三相交流電經(jīng)過交直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交

37、流電，經(jīng)變頻后輸出U,V,W來驅(qū)動電機的運行。變頻器輸出頻率的變化，將導(dǎo)致電動機的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過D/A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計算提升機的行走距離。操作人員通過操作臺向PLC發(fā)送控制提升機運行的控制命令?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC的通信，將電動機的所有運行參數(shù)和故障參數(shù)都

38、顯示出來，并對礦車的位置與速度進(jìn)行時時監(jiān)控。為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。 圖4.1礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)框圖4.3提升機電控系統(tǒng)變頻器選擇本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：日本三菱公司的可編程控制器FX2N-80MR和變頻器各一臺。變頻器選用森蘭公司的通用變頻器系列SB61G110KW通用變頻器，功率為110kW。根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電機速度控制。本系統(tǒng)中調(diào)速采用PLC+D/A模塊配合變頻器進(jìn)行，通過PLC輸出電壓信號(010V)來控制變頻器的頻率。此時的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入

39、成正比。為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并與時發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號與安全制動。為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過載能力等方面滿足系統(tǒng)的要求，選用冶金起重專用變頻電動機。變頻電動機的電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和絕緣系統(tǒng)設(shè)計既考慮了對變頻器電源供電和寬圍變頻調(diào)速的適應(yīng)能力，又體現(xiàn)了冶金與起重專用三相異步電動機過載能力大、機械強度高的特點。與變頻調(diào)速良好的起、制動功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時間或斷續(xù)周期運行、頻繁啟動和制動的場合，既能保證電動機在高頻時的過載能力，又能在低頻時保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。4.4變頻控制部分設(shè)計4.4.1

40、變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計變頻調(diào)速單元采用森蘭SB61系列SB61G110KW通用變頻器，其變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖4.2所示。與標(biāo)準(zhǔn)的電壓頻率控制裝置相比較，在速度參數(shù)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩都改變的情況下，VVCPLus的動態(tài)和穩(wěn)定性較優(yōu)越，可實現(xiàn)一個全數(shù)字化的保護(hù)，即使在最惡劣的操作條件下，也可確?？煽窟\行。SB61G110KW具有國際領(lǐng)先的無速度傳感器矢量控制技術(shù)和擬超導(dǎo)技術(shù)，使電機低速時機械特性變硬。同時具有短路、接地和過載保護(hù)功能。圖4.2 SB61G110電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能和原理：空氣斷路器：過流過載保護(hù)；交流接觸器：切斷電源和啟動；交流電抗器La：降低諧波，抑制浪

41、涌電壓，改善功率因數(shù)；噪聲濾波LB：減小變頻器產(chǎn)生的無線電干擾；電抗器LA：用于抑制變頻器的輻射干擾和感應(yīng)干擾，抑制電動機的振動熱繼電器FR：斷相保護(hù)，過載保護(hù)；1、提升電動機選擇一般電動機的額定電流可以用如下公式計算，即：根據(jù)上述公式對一般三相交流異步電動機的額定電流計算得出：異步電動機的額定電流與電動機額定功率的關(guān)系為：如果U380V，電流大約為1kW是2A。因此在選擇電動機的保護(hù)元件時可以用1kw2A來估算電動機的額定電流值，從而達(dá)到快速選擇保護(hù)元件的目的。本調(diào)速系統(tǒng)所選電動機為：QABP系列三相異步變頻調(diào)速電動機。此系列的電機屬于防爆電機，防爆電機與普通電機的區(qū)別是運行時沒有火花產(chǎn)生，

42、適合礦井的應(yīng)用場合。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表4.1所示：表4.1 8極電機技術(shù)參數(shù)（50HZ同步轉(zhuǎn)速750r/min）型號標(biāo)稱功率/A額定電流/A額定轉(zhuǎn)矩/Nm額定轉(zhuǎn)速（r/min）功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 倍轉(zhuǎn)動慣量/Kg315M8A751489557410.833.04.9591 2、變頻器的容量選擇在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機功率大于當(dāng)前該電動機的功率。另外礦用提升機屬于頻繁起動、加減速運轉(zhuǎn)，其變頻器容量的選定應(yīng)根據(jù)加速、恒速、減速等各種運行狀態(tài)下的電流值，按下式確定：式中：變頻器額定輸出電流(A)；：

43、各運行狀態(tài)平均電流(A)；：各運行狀態(tài)下的時間；K0：安全系數(shù)(運行頻繁時取1.2，其它條件下為1.1)?？紤]到礦用電機性能上的差異與機械負(fù)載的波動，變頻器容量取電動機容量的1.4倍，本系統(tǒng)中所需電動機的軸上功率為75KW，按1.4倍容量就選擇105KW以上變頻器。3、變頻器的選擇絞車升降的運轉(zhuǎn)具有較大慣性，四象限運行的特點，與其他傳動機械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求，SB61G系列通用變頻器是專為起重類負(fù)載而設(shè)計的專用變頻器，該系列產(chǎn)品采用了最優(yōu)的電機控制方法矢量控制技術(shù)，它可以對所有交流電動機的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。其對負(fù)載的變化和瞬時掉電，

44、能做出迅速響應(yīng)；開環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（誤差0.1%0.5%），開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時間小于5 ms，起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%，并具有有效的磁通制動來提供最大可能的制動力矩。尤其它還提供了絞車應(yīng)用宏程序，可以實現(xiàn)絞車過載保護(hù)、過卷保護(hù)、超速保護(hù)和各種故障監(jiān)控與報警，模塊化功能可方便實現(xiàn)施工現(xiàn)場多臺絞車同步控制，確保使用時安全快速運行、故障處理容易、維護(hù)簡單。根據(jù)變頻器所需容量，查變頻器型號規(guī)格：選擇森蘭SB61G110KW通用型變頻器。其標(biāo)稱參數(shù)如表4.2所示：表4.2森蘭SB61G110KW通用型變頻器的參數(shù)型號電壓容量電流功率SB61G110KW400V138.0KVA210.0A

45、110KW4.4.2變頻器外部電路設(shè)計圖4.3變頻器外部接線電路變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報警輸出口與制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報警器和安全制動，更有效的對控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，外部電路連接如圖4.3所示。 聲光報警回路(1)、變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點“30B-30C”串聯(lián)在KM1的線圈電路，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時，發(fā)出報警；同是報警輸出的常閉觸點動作，使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。為了保護(hù)報警輸出的觸點，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即RC震蕩電路）。(2)、聲光報警電路由報警輸出的動合（常開）觸點“30B-3

46、0A”控制，當(dāng)變頻器跳閘時，觸點“30B-30A”閉合，將報警指示燈HL和電笛HA接通，進(jìn)行聲光報警。另外如果其他設(shè)備出現(xiàn)故障，經(jīng)PLC檢測出來后，繼電器K4動作，報警回路接通同樣也有聲光報警。與此同時，斷電器KA1得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1為止，報警才能解除。另外繼電器線圈和電笛線圈的兩端，也需要并聯(lián)阻容吸收電路，以保護(hù)變頻器部報警繼電器觸點。一、能耗制動電路的作用以與構(gòu)成在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。這時：1、電動機的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因

47、，電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180°，電動機處于發(fā)電機狀態(tài)。與此同時，電動機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降。從電動機的角度來看，處于再生制動狀態(tài)。2、變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)電動機再生的電能經(jīng)如圖3.2所示與逆變管反并聯(lián)的續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，盡管各部分電路還在消耗電能，但電容上仍有短時間的電荷堆積，形成“泵生電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓超過一定值時，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，

48、拖動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時減少的動能，由電動機“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。歸根結(jié)底，是通過消耗能量而獲得制動轉(zhuǎn)矩的，屬于能耗制動狀態(tài)。用于消耗電動機再生電能的電路，就是能耗制動電路。圖4.4如圖4.4所示，上下兩根為圖變頻器部的直流母線，當(dāng)電機處于減速狀態(tài)時，電機處于再生制動狀態(tài)，電機處于發(fā)電的狀態(tài)。制動單元用于采集直流母線上的電壓有多大，當(dāng)超過設(shè)定值時，制動單元部的大功率晶閘管導(dǎo)通，通過制動電阻進(jìn)行放電，避免直流母線上電壓過高而損壞變頻器。當(dāng)變頻器的功率大于22KW時，變頻器就要使用外置的制動單元和制動電阻。本次設(shè)計選用變頻器功率為110KW，所以需要外置制動單元和制動電阻。通

49、過變頻器手冊我們可以查詢到當(dāng)使用的電機為75KW時，需要的制動電阻為3個20歐姆的電阻串聯(lián)，電阻的功率為18KW。能耗制動的優(yōu)點：制作簡單，對電網(wǎng)污染?。蝗秉c是：電能浪費，使制動電阻周圍環(huán)境溫度升高。二、直流制動單元能耗制動和直流制動配合使用能達(dá)到理想的制動效果。(1)直流制動原理：所謂直流制動，就是向電動機的定子繞組通入直流電流，使異步電動機處于能耗制動狀態(tài)。具體操作是，將電機與變頻器切斷后向定子繞組通入直流電流，定子磁場是靜止的。這時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩。因為轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩比較強烈，從而可縮短停機時間。此外，直

50、流磁場本身具有吸住轉(zhuǎn)子的作用，可以有效地消除轉(zhuǎn)子的蠕動。直流制動的應(yīng)用：一是準(zhǔn)確停車控制；二是對啟動前的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動控制。(2)直流制動功能預(yù)置A、直流制動的起始頻率，通常直流制動都是和再生制動配合使用的。即：首先用再生制動方式將電動機的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動，使電動機迅速停住。轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的頻率即為直流制動的起始頻率，如圖所示4.5。預(yù)置起始頻率的主要依據(jù)是負(fù)載對制動時間的要求，要求制動時間越短，則起始頻率應(yīng)越高。B、直流制動強度即預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓或直流電流的大小，它決定了直流制動的強度，如圖4.5所示。預(yù)置直流制動電壓 (或制動電流)的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大

51、小，慣性越大者，直流制動強度(或)也應(yīng)越大。一般情況下，直流電壓以不超過50 V為宜。(3)直流制動時間即施加直流制動時間的長短。預(yù)置直流制動時間的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以與對克服“爬行”的要求，要求越高者，應(yīng)適當(dāng)長一些。直流制動功能預(yù)置參數(shù)F403、F404、F405設(shè)置。圖4.5直流制動功能預(yù)置三、變頻器與旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器與電機的軸相連，可以直接測出電機的轉(zhuǎn)速，變頻器和電動機之間通過l#軸編碼器引入了速度閉環(huán),從而使得變頻器工作于閉環(huán)編碼器反饋矢量控制方式,該控制方式的優(yōu)點是電動機零速時仍然具有額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載能力；速度控制的精度更高；速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能得到改

52、善。通過測量的電機轉(zhuǎn)速與設(shè)定的相比較構(gòu)成閉環(huán)回路，增強速度的控制精度。旋轉(zhuǎn)編碼器通過PG卡與變頻器連接。4.5 PLC控制部分設(shè)計4.5.1基本控制功能PLC是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要控制電路如圖附錄所示，本次設(shè)計采用三菱FX2N-80MR,主要的控制功能有如下幾項：主令操作控制、保護(hù)監(jiān)視控制。主令操作控制，對系統(tǒng)進(jìn)行管理，實現(xiàn)提升機與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PLC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)S形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn)S形曲線。PLC還完成

53、各種保護(hù)監(jiān)視功能。監(jiān)控容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。另外對于PLC的模擬量輸入輸出模塊，本次設(shè)計中選用FX2N-4DA模塊進(jìn)行模擬量的處理。本次設(shè)計中需要采集的模擬量有用于閘瓦部分的電容式位移傳感器，和用來給定變頻器模擬量輸入，用來控制電機的速度。一、起動，停車 多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運行功能，所以應(yīng)對控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能。當(dāng)需要開機運行時，按下起動按鈕SB1，其輸出接觸器KM1線圈通電，接觸器KM1主觸頭閉合，將三相AC380V動力電接入變

54、頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實現(xiàn)機械抱閘制動后，可以將變頻器與動力電源脫開，按下停止按鈕SB2，使接觸器KM1的線圈失電，其主觸頭斷開，變頻器便與動力電源脫開。由于電機的功率過大，直接啟動時對電網(wǎng)沖擊較大，所以啟動時選用軟啟動方式。所謂軟啟動就是電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機啟動的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動運行。二、上提升，下放在控制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器K1的常閉輔助觸點控制反轉(zhuǎn)繼電器K2的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器K2的常閉輔助觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器K1的線圈。從而達(dá)到互鎖作用。其動作過程如：當(dāng)要下放工人到井下時，按下下降按鈕，繼電器K2吸合，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。此時變頻器R

55、EV與CM端相連，電機反轉(zhuǎn)下放重物。同時斷開繼電器K1回路，形成下降閉鎖；當(dāng)按下上升按鈕時，K2吸合，斷開K1回路，形成上升閉鎖。此時FWD與CM相連，電機正轉(zhuǎn)上提煤車。當(dāng)按下停止按鈕時，所有繼電器復(fù)位，為下一次提升做準(zhǔn)備。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機轉(zhuǎn)速需在工頻運行或變頻出現(xiàn)故障時進(jìn)行自由切換。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運行。此時接觸器KM2得電，KM3失電，連接電機與三相動力電源的KM3主觸頭斷開，變頻器接入調(diào)速回路，并接受操作臺控制信號與PLC反饋信號，進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機進(jìn)行點動調(diào)節(jié)時，按下工頻開關(guān)，使KM2斷開，KM3閉合，電機進(jìn)入工頻狀態(tài)。這樣便于檢

56、修和故障排除。四、保護(hù)與連鎖功能(1)上過卷、下過卷保護(hù)：在離井口安全處和離井底一定距離處分別裝上位置傳感器，作為PLC的接收信號。對于過卷保護(hù)，安裝傳感器時采用兩級保護(hù)，當(dāng)剛越過安全線時，傳感器動作，同時PLC控制安全回路動作，實現(xiàn)對提升系統(tǒng)的保護(hù)，并伴隨有聲光報警，引起人們的警覺與注意。當(dāng)深指過卷傳感器動作時，聲光報警加強，工作人員進(jìn)行手動的抱閘停車。(2)松繩保護(hù)：用一根細(xì)絲和一個常開型開關(guān)，在鋼絲繩下放一定距離垂直鋼絲繩方向處架起，當(dāng)?shù)V車在緩道上行走，而電機下放速度過快時，就會出再松繩現(xiàn)象。此時，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時聲光報警，顯示屏上顯示故障信息。操作員應(yīng)該與時降速或停車。(3)

57、過載保護(hù)：熱繼電器常閉觸點串接于安全控制回路，當(dāng)電機因負(fù)載過重，電機堵轉(zhuǎn)等故障而使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，熱繼電器動作，常閉觸點斷開，使安全回路動作，保護(hù)提升機不受損壞。(4)機械抱閘是否動作，本次設(shè)計采用電容式位移傳感器，可以檢測出機械抱閘的程度。當(dāng)機械抱閘不成功時，故障顯示，檢測出來并報警，工作人員進(jìn)行手動制動。(5)對于超載保護(hù)，本次設(shè)計采用壓力傳感器來檢測提升機所載的重量，當(dāng)超過設(shè)定重量時報警且不能啟動。(6)當(dāng)提升機因發(fā)生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程時，排除故障后允許司機按上次開車方向選擇開車，并且只能低速開車；若提升容器不在減速行程，由井口發(fā)出開車信號，允許司機高速開車。(7)全礦停電時，由PLC保證提升機能實現(xiàn)安全制動，并做好提升機的后備保護(hù)。(8)盤式制動器的工作制動力矩可調(diào)