提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計論文

1、 學學 號：號：河北聯(lián)合大學成人教育河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 論文題目：論文題目：礦井提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計礦井提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 學學 院：院：專專 業(yè)：業(yè)：自動化自動化班班 級：級：姓姓 名：名：指導教師：指導教師：20122012 年年 1111 月月 1 1 日日 河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 礦井提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計礦井提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計學學 院：院：專專 業(yè)：業(yè)：自動化專業(yè)自動化專業(yè)班班 級：級：姓姓 名：名：指導教師：指導教師：20122012 年年 1111 月月 1 1

2、日日 河北聯(lián)合大學成人教育河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書指導教師簽字: 系主任簽字: 學院學生姓名指導教師設(shè)計（論文）題目礦井提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計主要研究目標和研究內(nèi)容主要目標：礦井提升機的電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計研究內(nèi)容：通過 PLC 和變頻調(diào)速相結(jié)合的礦井提升機控制系統(tǒng)說明書（論文）的要求1設(shè)計說明書不低于 2 萬字。2格式規(guī)范圖標完備3把所撰寫的設(shè)計說明書縮寫為 200-300 字的摘要并譯成外文。圖紙的要求圖紙符合工程制圖進度安排2012 年 12 月 15 日答辯設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和主要參考文獻基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見論文內(nèi)容。主要參考文獻如下：1陶建平礦井提升機的監(jiān)

3、控與監(jiān)視，鄭州：中州煤炭，1999：60-90。2王朝暉礦井提升機系統(tǒng)新技術(shù)及裝備，北京：煤炭工業(yè)出版社，1999：75-95。3夏榮海，郝玉琛礦井提升機機械設(shè)備，徐州：中國礦業(yè)學院出版社，1993：90-110。 河北聯(lián)合大學成人教育河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計（論文）進程表畢業(yè)設(shè)計（論文）進程表學 院姓 名合作者設(shè)計（論文）題目礦井提升機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計時 間工 作 內(nèi) 容完 成 情 況2012 年 10 月第四周2012 年 11 月第一周2012 年 11 月第二周2012 年 11 月第三周2012 年 11 月第四周國內(nèi)外提升機現(xiàn)狀及礦井提升機的研究意義和容礦井提升機控制工藝流程和

4、要求礦井提升機控制方案設(shè)計礦井提升機控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計礦井提升機人機交互界面設(shè)計及結(jié)論完成完成完成完成完成論文（說明書）2.2 萬字 本人完成部分圖紙指導教師簽字： 河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 摘 要礦井提升機被稱為礦山的咽喉，是生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負著運輸?shù)V石、物料、人員等的重要責任。對提升機來說，運行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的礦井提升機控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進行控制，這類提升機通常在電動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進行啟動和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。因此對礦井提升機控制系統(tǒng)進行研究

5、具有現(xiàn)實意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學者的一個研究課題。隨著計算機和 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展，采用先進的控制技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，從而使礦井提升機的控制性能得到極大的改善，其自動化水平、安全性、可靠性都達到了新的高度，并采用現(xiàn)代化的管理和監(jiān)視手段保障提升機的安全運行，保證礦井提升機可靠、準確地運行，實現(xiàn)礦井提升機的計算機控制。變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。采用變頻器對異步電動機

6、進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用。因此，應(yīng)用變頻器對礦井提升機的控制系統(tǒng)進行改造，將成為歷史的必然趨勢。關(guān)鍵詞：礦井提升機，PLC，變頻調(diào)速，控制系統(tǒng) 河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） ABSTRACTThe mine elevator is entitled as the throat of mine, and it is the most vital equipment in mine. The mine elevator is the only channel to the underground mines, and it is shou

7、ldering the transportation of mineral, materials and people. The safety and security is the most vital to elevator. The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relaycontactor, and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and

8、 adjust speed. The system has many disadvantages such as bad reliability, complicated operation, high fault rate, large energywasting and low efficiency. So, carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings, and it is a subject for research by relevant experts and sc

9、holars, both at home and abroad too.Along with the development and application of computer and programmable logical controller, the controller of mine elevator come forth new visage, the level of automatization and safety and security arrived at the new altitude, and provided a new and modern manage

10、 and monitor means. Advanced industry control computer are used to monitor and manage the course of elevator Frequency conversion is developed as a new automatic control technology in recent years, which is used to change the power frequency of the controlled objects, it successfully achieve the spe

11、ed step less adjusting of the Ac motor in a large scope, and it can make the motor be always in the best state according to the load conditions at any time. It has very high efficiency and the energy-saving effect is obvious in the whole range of speed. Adopting inverter speed to control the asynchr

12、onous motors is widely used because of it is convenient, high reliability and the economic benefit is remarkable. Therefore, adopting inverter to reform the control system of shaft hoist will become the inevitable trend of history. KEY WORDS：shaft hoist, PLC, frequency conversion, control system河北聯(lián)合

13、大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 目 錄 1 緒 論 .11.1 國內(nèi)外礦井提升機研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.11.1.1 國外礦井提升機的現(xiàn)狀.11.1.2 國內(nèi)提升機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向.11.2 礦井提升機控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的意義及內(nèi)容.21.2.1 控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的意義.21.2.2 控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的內(nèi)容.3 2 系統(tǒng)工藝流程及控制要求 .42.1 礦井提升機系統(tǒng)簡介.42.2 提升機電動機運行方式.42.3 提升機的速度要求及受力情況.52.3.1 提升機的速度要求.52.3.2 提升機的受力情況.62.4 礦井提升機的電氣傳動方案.8 3 系統(tǒng)控制方案設(shè)計 .113.1 控制單元基本

14、原理.113.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計.123.3 可編程控制器（PLC）介紹.143.3.1 PLC 的基本特點 .143.3.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu) .153.3.3 PLC 的工作原理 .153.3.4 PLC 的編程語言 .173.4 變頻器介紹.173.4.1 變頻調(diào)速基本原理.183.4.2 變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類.204 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 .224.1 PLC 的選型及特點 .224.2 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置.244.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型及接線方式.254.4 變頻調(diào)速主電路設(shè)計.264.5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 .285 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .315.1 控制程序流程圖.31

15、5.2 系統(tǒng)控制程序梯形圖.326 人機交互界面 .346.1 觸摸屏概述.34河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6.2 觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用.346.3 PWS3261 觸屏簡介 .35 6.3.1 ADP 軟件介紹 .366.4 觸摸屏與 PLC 的通訊方式 .406.5 礦井提升機系統(tǒng)控制面板設(shè)計 .40 結(jié) 論 .42 參考文獻 .43 感謝 .44河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 0 - 1 緒 論1.1 國內(nèi)外礦井提升機研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學技術(shù)的進步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對提升機工作特性的認識進一步深化

16、，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)在提升機控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展。1.1.1 國外礦井提升機的現(xiàn)狀近三十年來，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，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機。上世紀七十年代西門子發(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 MAV

17、GHH 和西門子合作制造的機電一體的提升機(習慣稱為內(nèi)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，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。1.1.2 國內(nèi)提升機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向目前國內(nèi)的礦井提升機傳動方式大多為以下幾種：1、交流繞線式異步

18、電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速2、直流可逆調(diào)速河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 1 - 3、交流變頻調(diào)速（1）異步電動機的交直交變頻（2）大慣量低速同步電動機交交變頻國內(nèi)礦井提升機的發(fā)展趨勢如下：（1） 隨著國家出臺一系列節(jié)能降耗、發(fā)展低碳經(jīng)濟相關(guān)政策，各大煤炭企業(yè)將不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生產(chǎn)技術(shù)落后的設(shè)備。礦井提升機作為生產(chǎn)重要設(shè)備，除高耗能以外，還有著工作結(jié)構(gòu)復雜、危險程度大等突出問題，因此，技術(shù)落后、設(shè)備陳舊逐漸不能滿足發(fā)展要求，取而代之的將會是節(jié)能環(huán)保、安全高效的全數(shù)字化生產(chǎn)模式。 （2） 使用變頻器調(diào)速的礦井提升機，可以實現(xiàn)啟動時的軟啟動、軟停車，減輕對電網(wǎng)的沖擊；可根

19、據(jù)負載需要，自動輸出合適的功率大大降低了不必要的能量耗損；調(diào)速平滑連續(xù)，使運行更加安全、穩(wěn)定、高效。據(jù)此，變頻器以其獨特的優(yōu)勢在提升機行業(yè)的應(yīng)用也迎來了發(fā)展的新時期。1.2 控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的意義及內(nèi)容1.2.1 控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的意義目前國內(nèi)各大煤礦的礦井提升機系統(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，電力拖動系統(tǒng)中，選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量控制技術(shù)

20、，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這已成為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向。采用先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標準化、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)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。為保證提升設(shè)備無事故，在提河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 2 - 升設(shè)備有可能出現(xiàn)故障的各個重要環(huán)節(jié)上，設(shè)有各種檢測、控制、自診斷以及記錄和保護裝置(如超載、速度、加減速等記錄)。1.2.2 控制系統(tǒng)研究與設(shè)計的內(nèi)容在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機起著非常重要的作用。礦井提升機是礦井生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是提升有用礦物和礦石、升降人員和設(shè)

21、備、下放材料等。提升機電控裝置的技術(shù)性能，既直接影響礦山生產(chǎn)的效率及安全，又代表著礦井提升機發(fā)展的整體水平，是礦井安全生產(chǎn)中重中之重的一大環(huán)節(jié)。當前國內(nèi)提升機電控絕大多數(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：轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費；電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機械沖擊；繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高；交流繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故；電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟；提升容器通過給定的減速點時，由

22、于負載的不同，而將得到不同的減速度，不能達到穩(wěn)定的低速爬行，最后導致停車位置不準，不能正常裝卸載。上述問題使提升機運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)，使提升機運行的可靠性和安全性得到提高。在提升機控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機控制系統(tǒng)進行升級換代。就計算機技術(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)控制最理想的機型，它是采用計算機技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機內(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、調(diào)試方便、維護量小，PLC 技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機控制。河北聯(lián)合

23、大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 3 - 2 2 系統(tǒng)工藝流程及控制要求系統(tǒng)工藝流程及控制要求2.1 礦井提升機系統(tǒng)簡介礦井提升機可分為豎井提升機和斜井提升機兩種。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。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

24、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。目前，我國單繩纏繞式提升機，廣泛采用交流繞線式電動機拖

25、動，提升過程一般包括：起動、加速、勻速、減速、爬行和停車幾個主要環(huán)節(jié)。2.2 提升機電動機運行方式提升機電動機的運行方式 ,主要根據(jù)系統(tǒng)的力圖來確定：加速階段：提升時為正力，采用電動加速。下放時為負力，若負力值較小，可考慮自由加速，并配合使用盤式制動器，若負力值較大，則采用動力制動加速。勻速階段：提升時為正力，采用電動拖動。下放時為負力，采用能耗制動、閉環(huán)控制，單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關(guān)的理想速度給定電路、速度負反饋河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 4 - 電路、PID 調(diào)節(jié)器、移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動電路組成，下放速度由PID 調(diào)節(jié)。主減速階段：提升時為正力，采取逐

26、級接入轉(zhuǎn)子附加電阻和機械制動的方式。下放時為負力，一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻，另一方面增大制動電流并輔以機械制動方式減速。爬行階段：當為正力時，轉(zhuǎn)子接入幾段附加電阻，由 PLC 控制運行；當為負力時，在能耗制動方式下接入轉(zhuǎn)子附加電阻。2.3 提升機的速度要求及受力情況合理地確定提升機的力圖和速度圖，可以提高其運行的安全可靠性，以及減小電動機的功耗。2.3.1 提升機的速度要求(1)主加速階段如圖 21 所示，正常提升時，電動機產(chǎn)生的力矩比阻力矩大 3%5%，產(chǎn)生比較低的加速度 a 0.3m/s2。當 V0上升到 Vm時，電動機運行在自然特性曲線上。下放時，由于負力較大，需要制動力來維持穩(wěn)定的下放速

27、度和規(guī)定的減速度。(2)勻速階段 t2上升時，根據(jù)負載狀況使電動機保持電動狀態(tài)，且速度 Vm=1.12ms。下放時，由測速發(fā)電機反映轉(zhuǎn)子下放速度 ，當速度高于 Vm時，增大勵磁電流 If，提高制動力矩，使觀覽車在斜坡上勻速運行。(3)主減速階段 t3為使提升機準確停車，在停車前應(yīng)進行減速。減速按照速度圖要求進行，由裝在斜坡上的位置開關(guān)動作發(fā)出信號，PLC 再根據(jù)與電動機同軸運行的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進行比較發(fā)出指令，增大勵磁電流 If，使下放速度在規(guī)定的時間內(nèi)降低。(4)爬行階段 t4V4在 0.3 m/ s 左右，此數(shù)值實際上是一個平均值，因為提升機由較高的 Vm不可能很準確的變?yōu)樗俣?V

28、4。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 5 - (5)停車階段 t5將盤式制動器的 KT 線圈斷電，抱閘迅速抱住卷筒，提升機停轉(zhuǎn)。圖 21 提升機速度圖2.3.2 提升機的受力情況由直線運動的運動方程可得： F = + ma 式cF（21）式中：F提升機在某運動階段的力，N；提升機的靜阻力（包括車重、提升機重量和繩重） ，N；cFm把旋轉(zhuǎn)運動的部件折算到直線運動的變位質(zhì)量，kg；a各階段的加速度、減速度值，m/。2s當 a =0 時，F(xiàn) = ，勻速運行；cFa0 時，F(xiàn)，加速運行；cFa0 時，F(xiàn)，減速運行。cF根據(jù)以上分析，F(xiàn) = f（t）的力圖見圖 22：河北聯(lián)合大學成人教育畢

29、業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 6 - 圖 22 提升機力圖綜合以上提升機的運行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點，提升機工藝對提升機電控系統(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，加速度，升降物料時，加速度。另外2/75. 0sma 2/2 . 1sma 不得超過提升機的減速器所允許的動力矩。(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，能滿足各種運行方式及提升階段(如加速、減速、等速、爬行等)穩(wěn)定運行的要求。(3)有較好的起動性能提升機不同于其他機械，不可能待系統(tǒng)運轉(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載變化時，提

30、升速度基本上不受影響，防止負載不同時速降過大，影響系統(tǒng)正常工作(當然，當負載超過一定的限度時，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機機械特性)。(5)工作方式轉(zhuǎn)換容易要能夠方便的進行自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。(6)采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備易于實現(xiàn)自動化控制和提高整個系統(tǒng)的工作效率。具備必要的連鎖和安全保河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 7 - 護環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運行。盡量節(jié)約能源和降低運轉(zhuǎn)費用。2.4 礦井提升機的電氣傳動方案礦井提升機的電氣傳動方式一般有以下 4 種。本文以英威

31、騰公司 CHV190-1000G-6 高性能矢量變頻器在提升機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，詳細介紹了交-直-交變頻調(diào)速的原理與傳動方案。（1）繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)（2）直流可逆調(diào)速系統(tǒng)（3）交流電動機交交變頻調(diào)速系統(tǒng)（4）交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器的主電路大體上可分為兩類，電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”，如圖 23 所示。圖 23 交-直

32、-交變頻原理圖（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 （2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 8 - 電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使 6 個開關(guān)器件導通、關(guān)斷就可以得到

33、3 相交流輸出。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。 傳動系統(tǒng)方案如圖 2-4 所示， CHV190-1000G-6 變頻器采用并機方式，即由 2 臺 690V500KW 變頻器并機拖動 950KW 大功率提升機同步電機組成，每臺圖 24 變頻器調(diào)速方案變頻器均配置輸入、輸出電抗器，與電動機同軸安裝 UVW 型同步電動機專用編碼器。制動器選用 2 臺 DBU-350-6 能耗制動單元；每臺制動單元連接 4180KW 制動電阻。控制電路由控制變壓器輸出的 AC220V 電源再通過隔離變壓器、開關(guān)電源后，輸出 AC220V、DC24V、DC12V 電源分別提供給 PLC、顯示器、繼

34、電器、檢測器件、電磁閥等；變頻器采用端子控制模式，操作指令由控制臺發(fā)起，經(jīng) PLC 處理后輸出，通過 PLC 與變頻器控制板 I/O 接口連接線傳遞信號，實現(xiàn)遠程控制。 為了提高變頻器對電機的精確控制，采用閉環(huán)控制模式，防止溜鉤或因上升或下降啟動時電機輸出轉(zhuǎn)矩不足而引起沖擊機械系統(tǒng)產(chǎn)生振動的現(xiàn)象。變頻器多河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 9 - 功能端子組 S1S4 對應(yīng)指令為頻率給定、上行、下行、復位；多功能模擬量輸入 AI2 設(shè)定外部頻率。采用 PLC 與變頻器相結(jié)合的控制方案對傳統(tǒng)電控系統(tǒng)進行改造，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率，成功實現(xiàn)了提升電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在

35、運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，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)進行保護和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。因此本次設(shè)計選用交流電動機交交變頻調(diào)速系統(tǒng)。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 10 - 3 3 系統(tǒng)控制方案設(shè)計系統(tǒng)控制方案設(shè)計3.1 控制單元基本原理隨著 PLC 控制的日漸成熟，大多數(shù)礦井提升機電控系統(tǒng)都采用了可編程序邏輯控制器(Programmable logic controller)，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 通過軟件編程實現(xiàn)，

36、柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化；PLC 的輸入/輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施，程序運行為循環(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)，維護更換方便，并可顯示故障類型。圖 32 為可編程控制器控制系統(tǒng)。其輸入設(shè)備和輸出設(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編程器寫到可編程控制器的程序存儲器中。每個程序語句確定了一個順序，運行時依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容進行解釋并加以執(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

37、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 32 可編程控制器控制過程系統(tǒng)框圖可編程邏輯控制器因為其具有高可靠性以及軟件可編程的優(yōu)點，在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。對于一般提升機電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價格也不高。如圖 32 所示，如果采用 PLC 技術(shù)對 TKD 電控系統(tǒng)進行改造，把原來由各種電器通過連線而實現(xiàn)的邏輯控制改由 PLC 通過軟件編程實現(xiàn)，則控制河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 11 - 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，工作可靠性將大大提高，工藝改變時只需要改

38、變控制程序即可。改造時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。同時可以利用 PLC 的高速計數(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，運行將更加平穩(wěn)、準確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對較少，性價比較高，具有很強的實用價值。3.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計基于 PLC 的礦井提升機變頻調(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，其系統(tǒng)框圖如圖 33 所示：圖 33 控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖中各部分功能如下：動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、

39、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。對于礦井提升機這樣的 大型機械來說，在電機脫離電源后，由于運行慣性較大，往往要經(jīng)過一段時間才能停止轉(zhuǎn)動，這將影響生產(chǎn)效率，甚至威脅到生產(chǎn)人員的生命安全和物料的運輸。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 12 - 因此必須在系統(tǒng)里加入制動器，避免產(chǎn)生“蠕動”現(xiàn)象，從而保證運輸?shù)娜撕臀锪系陌踩?。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。變頻器：是動力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可

40、調(diào)的電能提供給交流電動機，以達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，分別用于速度輔助給定及制動力給定。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、停車以及緊急制動等各種控制功能。控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(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)。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：提升過程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視；各主要設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器

41、(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)進行存儲、保留或打印輸出。甚至與上位機聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來測試電機的轉(zhuǎn)速?？刂葡到y(tǒng)工作原理：當司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕，PLC 控制將380V 動力電源接入變頻器。再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機開始運行。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 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行控

42、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速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機速度和位置。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。控制監(jiān)視系統(tǒng)通過與 PLC 的通信，將電動機的所有運行參河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 13 - 數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進行時時監(jiān)控。為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。3.3 可編程控制器（PLC）介紹可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制

43、裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和 CAD/CAM）之一。PLC 控制技術(shù)代表著當前程序控制的先進水平，PLC 裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。3.3.1 PLC 的基本特點可編程控制器（PLC）的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點：(1)靈活性、通用性強繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化，控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計，耗時且費力然而是利用存儲在機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當工藝過程改變時，只需修改程序即可，外部接線改動極小，甚至可以不必改動，其

44、靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。(2)可靠性高，抗干擾能力強繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導體電路來完成的，加之在硬件和軟件方面都采取了強有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定地工作。PLC 在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時鐘、故障診斷、自動恢復等措施，并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進行保護,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機” 。(3)編程簡單，使用方便PLC 采用面向過程，面向問題的

45、“自然語言”編程方式，直觀易懂，主要采河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 14 - 用梯形圖和語句表編寫程序，使得廣大電氣技術(shù)人員更易接納和理解。同時設(shè)計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標準是編程語言的標準，除了梯形圖和語句表之外，還存在順序流程圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表達方式。一個程序的不同部分可用任何一種語言來描述，支持復雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(4)功能強大，可擴展PLC 的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。PLC 的功能擴展也極為方

46、便，硬件配置相當靈活,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。3.3.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖 34 所示： 圖 34 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖3.3.3 PLC 的工作原理整個掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段，全過程掃描一次所需要的時間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器等。在通信服務(wù)階段，PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令、更新編程器的顯示內(nèi)容等。

47、當 PLC 處河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 15 - 于停止(STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在 PLC 處于運行(RUN)狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。(1) 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通電斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容不會發(fā)生改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。(2)程序執(zhí)行根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，

48、按先左右后上下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC 輸出映像寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對每個器件而言，器件映像寄存器中所存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。(3) 輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器，既器件映像寄存器中的寄存器狀態(tài)。在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。掃描周期是 PLC 一個很重要的指標，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。P

49、LC 的掃描時間取決于掃描速度和用戶程序的長短，毫秒級的掃描時間對于一般工業(yè)常是可以接受的，PLC 的響應(yīng)滯后是允許的。但是對某些 I/O 快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)器模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響 I/O 滯后的主要原因有：輸入濾波器的慣性、輸出繼電器接點的慣性、程序執(zhí)行的時間、程序設(shè)計不當?shù)母郊佑绊懙?。對用戶來說選擇一個 PLC，合理的編制程序是縮短響應(yīng)的關(guān)鍵。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 16 - 3.3.4 PLC 的編程語言PLC 是一種工業(yè)控制計算機，不僅有硬件，軟件也必不可

50、少，目前 PLC 常用的編程語言有四種：梯形圖編程語言，指令語句表語言，功能圖編程語言，高級編程功能語言。其中梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖，邏輯關(guān)系明顯；指令語句表編程語言雖然不如梯形圖編程語言直觀，但有鍵入方便的特點；功能圖編程語言和高級編程語言需要比較多的硬件設(shè)備，工程當中特殊場合下不是經(jīng)常用到。以下重點介紹梯形圖語言編程。梯形圖語言沿襲了繼電器控制電路的形式，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器，接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，形象，直觀、實用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用的最多的一種 PLC 編程語言。PLC 梯形圖中的繼電器、定時器、計數(shù)

51、器不是物理繼電器，物理定時器和物理計數(shù)器，這些器件實際上是存儲器的存儲器位，又稱軟器件。相應(yīng)為“1”狀態(tài)，表示繼電器線圈通電或者常開接點閉合或者常閉接點斷開。PLC 的梯形圖是形象化的編程語言，梯形圖左右兩端的母線是不接任何電源的。梯形圖中并沒有真實的物理電流流動，而僅僅是概念電流(虛電流)，或者稱假想電流。把 PLC 梯形圖中左邊母線假想為電源相線，把右邊母線假想為電源地線。假想電流是執(zhí)行用戶程序時滿足輸出執(zhí)行條件的形象理解。PLC 梯形圖中每個網(wǎng)絡(luò)有多個梯形組成，每個梯級有一個或者幾個支路組成。3.4 變頻器介紹變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我

52、們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 17 - 3.4.1 變頻調(diào)速基本原理異步電機的 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在變頻調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。交流調(diào)速

53、系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速： 式(31)pf160n0式中 f1定子繞組電源頻率；P電機磁極對數(shù)。異步電動機轉(zhuǎn)差率： 式(32)nn00-sn= 式(33)）（s-1pf160s)-1 (nn0=由上式可知，異步電動機調(diào)速方法有如下幾種：變同步轉(zhuǎn)速 n0：變極 p、變頻 f1。變轉(zhuǎn)差率 s：定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。由電機學可知，轉(zhuǎn)差功率： 式(34)pPPCuemSS2*=式中 Pem電磁功率；PCu2轉(zhuǎn)子銅耗。

54、由式 34 可知，變頻調(diào)速與變極調(diào)速為轉(zhuǎn)差功率不變型不論其轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率消耗基本不變，因此調(diào)速效率為最高。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機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：河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 18 - (1)V 壓控制V 壓控制是交流電機最簡單的一種控制方法，通過控制過程中始終保持 V 用為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而 V 壓控制是一種開環(huán)的控制方式，速度動態(tài)特性較差，電機轉(zhuǎn)矩利用率低，控制參數(shù)(如加/減速度等)還需要根據(jù)負載的不同來進行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時的存在，系統(tǒng)可能會發(fā)生

55、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的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制。與 V 用控制相比，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調(diào)速系統(tǒng)只能是單機運行，同時轉(zhuǎn)差頻率控制未能實施對電機瞬時轉(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，通過一系列的坐標變換，實現(xiàn)電機定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機當作直流電機

56、來進行控制，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制。目前，實用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計在某種程度上依賴于電機的參數(shù)，為了減少控制上對電機參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補償和參數(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，其克服了坐標變換和解禍運算的復雜性，直接對轉(zhuǎn)矩進行控制，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)電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達到控制電機轉(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

57、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。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 19 - 異步電動機用變頻器傳動的方塊圖，如圖 35 所示，變頻器由變流器、平滑電路、逆變器、控制器四大部分組成，變流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，平滑電路將此直流電平滑后，由逆變器將它變換為頻率可調(diào)的交流電，向電動機提供電壓、電流和頻率。 圖 35 變頻器的基本結(jié)構(gòu)3.4.2 變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類(1)電流型變頻器當交直交變壓變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對負載來說基

58、本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電流源型變頻器。有的交交變頻裝置用電抗器將輸出電流強制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質(zhì)，它也是電流源型變頻器。這種電流源型變頻器，其逆變器中的晶閘管每個周期工作 1200 ，屬于 1200 導電型。電流源型變頻器一個突出的優(yōu)點是當電動機處于再生狀態(tài)時，反饋到直流側(cè)的再生電能可以方便的回饋到交流電網(wǎng)，不需要主回路中附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的可逆變流器改變其輸出電壓極性即可，這種電流型變頻器有制動發(fā)電能力，又能設(shè)置電流環(huán)提高承載能力，適合需要快速減速和調(diào)速范圍寬的場合，適配大功率電機，國內(nèi)單機容量可達 12000kw，國外達數(shù)萬

59、千瓦級。 (2)電壓型變頻器在交直交變壓變頻裝置中，當中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 20 - 壓波形比較平直，在理想情況下是一個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器。一般的交直交變壓變頻裝置雖然沒有濾波電容，但供電電源的低阻抗使它具有電壓源的性質(zhì)，也屬于電壓源型變頻器。對負載電動機而言，變頻器是一個交流電壓源，在不超過電壓容量的情況下可以驅(qū)動多臺電動機并聯(lián)運行，具有不選擇負載的通用性。中小功率變頻器通常采用電容濾波即電壓型變頻器。逆變器開關(guān)器件己由晶閘管 （SCR)、功率晶體管 （GTR)，發(fā)展到

60、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)，以至智能型功率模塊 (IPM)，集成門極換流晶閘管 (IGCT)等。河北聯(lián)合大學成人教育畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） - 21 - 4 4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 PLC的選型及特點三菱 FX 系列是由電源、CPU、存儲器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器。而且，AC 電源、DC 輸入型的內(nèi)裝 DC24V 電源可作為傳感器的輔助電源。基本單元采用易于維修的裝卸端子臺。標準型內(nèi)裝 8K 步有備用電池的 RAM存儲器。另外，若采用可選的存儲卡盒，最大可擴展到 16K 步。關(guān)于存儲器的類型，可以選用 RAM、EEPROM 和 EPROM。FX2N內(nèi)含計