煤礦副井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文設(shè)計

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)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：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，以及升降人員之用。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。本課題介紹了國內(nèi)外提升機系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r,通過對比分析了國內(nèi)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系統(tǒng)。 課題對煤礦副井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計進行論述，對主要電路圖進行設(shè)計，并詳細(xì)論述了對礦井提升機的保護設(shè)計，分別對過卷保護、墩罐保護、過載保護等進行設(shè)計，可

2、以使系統(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 .II1 緒 論.11.1國 內(nèi) 外提 升 及 研 究狀 況 .11.2課 題研 究的 目的 和 意 義 . . 51.3本 論文 承擔(dān) 的任 務(wù) . . 71.4小 結(jié).92礦 井提 升 機的 組成 及 分 類 . . 112.1礦 井 提升 機 的 作 用 .112.2礦 井 提升 機 的 組 成 .112.3礦 井 提升 機 的 分 類 .123 礦 井提 升 機的 制動 裝 置

3、 及安 全裝 置 .173.1礦井 提升 機 的 制動 裝置 .173.1.1制動 裝置 的組 成 及 種類 .173.1.2制動 裝置 的作 用 .173.1.4制動 裝置 的有 關(guān) 規(guī) 定 .183.2礦井 提升 機 的 安全 保護 裝 置 .194提 升機 調(diào) 速控 制系 統(tǒng) 實 現(xiàn) . . 214.1引 言.214.2提 升機 電控 系統(tǒng) 總 體結(jié) 構(gòu) .224.3提 升機 電控 系統(tǒng) 變 頻器 選擇 .244.4變 頻控 制部 分設(shè) 計 . . 254.4.1變 頻 調(diào) 速主 系 統(tǒng) 設(shè)計 .254.4.2變 頻 器 外部 電 路 設(shè)計 .294.5PLC控 制部 分設(shè) 計 . .

4、344.5.1基 本 控 制功 能 . . 34位 置 速 度檢 測 電 路394.7調(diào) 速控 制系 統(tǒng)軟 件 流程 .474.8小 結(jié)49總 結(jié)50參 考文 獻52致 謝53附 錄 A54附 錄 B551 緒論1.1國內(nèi)外提升及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，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(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

5、 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(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，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。特別要強調(diào)的是，此時期在國外一著名的提升機制

6、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和監(jiān)控裝置，使安全保護性能又有了新的提高。就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進發(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)備陳舊、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，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。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

7、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行起動和調(diào)速。串

8、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??；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)

9、、總效率高、電能消耗少；單機容量大，適用范圍廣；調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速范圍廣、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。比較國內(nèi)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

10、達到 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、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進行處理，計算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護。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。4) 安全回路安全

11、回路是指提升機在出現(xiàn)機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態(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 年代也引進了交流變頻調(diào)速提升機控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方

12、式類似于它勵直流電動機取得很寬的調(diào)速范圍、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，以及升降人員之用。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，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有

13、保護未能達到預(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，以及提高提升設(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。對礦井提升機電氣傳動

14、系統(tǒng)的要求是：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運行，能快速進行正、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階段的速度控制

15、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損

16、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)進行改造設(shè)計，

17、提高精度，在更安全的范圍內(nèi)保證礦山生產(chǎn)的順利進行。設(shè)計中充分考慮到保護系統(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)、及 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)中斷模塊及故障處理模塊，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)及故障來源，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及工作特點。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

18、調(diào)速控制系統(tǒng)組成。確定各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)的故障診斷處理內(nèi)容，在出現(xiàn)故障時應(yīng)能及時報警或停車。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、提升的方式及提升行程不同，提升機的牽引力也就不同，應(yīng)對其進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，提升速度也應(yīng)能及時進行控制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將

19、在較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生極大的累計誤差，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保護及抗干擾措施傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差， 其安全保護、 閉鎖及監(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、超速報警及過載、松繩、過卷等安全保護措施，增加監(jiān)視系統(tǒng)，對提升機的運行狀態(tài)及故障來源進行時

20、時監(jiān)視，使提升安全狀況有所改善。為了保證其安全生產(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)和研究的主要內(nèi)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、保護及抗干擾措施。在完成以上設(shè)計內(nèi)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，并達到預(yù)期的控制效果。2 礦井提升機的組成及分類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

21、于提升礦產(chǎn)品，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，以及升降人員之用。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

22、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

23、于2100 米的豎井大多采用這種提升機。2.3礦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 2 5m。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

24、般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，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

25、壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。了一臺直徑3.2m20 世紀(jì) 50 年代末，英國人布雷爾（ Blair 雙繩多層纏繞式提升機 ( 又稱布雷爾式提升機）設(shè)計 ) ，提升高度1580 2349m，一次提升量10 20t。（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

26、導(dǎo)輪（摩擦輪）上，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重 ( 錘 ) 。運轉(zhuǎn)時，借主導(dǎo)輪的摩擦襯墊與鋼絲繩間的摩擦力繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為 2 10 根。, 帶動鋼絲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、制動裝置及導(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、工作安全性及應(yīng)用范圍。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

27、車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動，可采用彈簧機座減速器。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及使用壽命。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，以及在設(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及分類。3 礦井提升機的制動

28、裝置及安全裝置3.1礦井提升機的制動裝置制動裝置的組成及種類提升機制動系統(tǒng)是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、氣動及彈簧等。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、運送材料及丁具等任務(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

29、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，進行安全制動，對提升系統(tǒng)進行保護緊急制動；（ 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。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

30、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，上提及下放貨載。其減速度是不同的。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、滑動極限。即不引起鋼繩打滑；不得超過鋼絲繩的安全制動必須能自動、迅速和可靠地實現(xiàn)，制動器的空動時間全保護 回路 斷電時 起到 閘瓦 接觸到 閘輪 上的 時間 ) 氣壓塊 閘不 得超過秒液壓塊閘不得超過0.6 秒，盤式制動器不得超過0.3 秒。( 由安 0.5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

31、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。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回路斷電時起至閘瓦接觸到閘輪上的空動時間：壓縮空

32、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

33、小于1.5ms 。3.2礦井提升機的安全保護裝置煤礦安全規(guī)程第427 條規(guī)定：提升機必須具有以下九種安全保護裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護裝置、限速裝置、深度指示器失效保護裝置、 閘間隙保護裝置、 松繩保護裝置、 滿倉保護裝置、減速功能保護裝置。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，下過卷時也要進行保護動作。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)荷和欠電壓保護裝置：在提升機的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和

34、欠電壓保護裝置，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3ms 的提升絞車必須裝設(shè)限速裝置，以保證提升容器（或平衡錘）到達終端位置時的速度不超過2ms。如果限速裝置為凸輪板，其在個提升行程內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)不小于270°。5、深度指示器失效保護裝置：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、松繩保護裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護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。箕斗提升時，送繩保護裝置動作后，嚴(yán)禁受煤倉放煤。8、滿

35、倉保護裝置：箕斗提升的井口煤倉倉滿時能自動報警和自動斷電。9、減速功能保護裝置：當(dāng)提升容器（或平衡錘）達到設(shè)計減速位置時，能示警開始減速。防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置、減速功能保護裝置應(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)

36、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。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 PLC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

37、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?？刂票O(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)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理：如圖 4.1 ，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，AC380V三相動

38、力電源由隔爆接線腔R,S,T 3 個接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，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)進行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，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 形速度曲線由編程產(chǎn)生，經(jīng)過 DA 轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；PLC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制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動

39、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)。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變頻器各一臺。變頻器選用森蘭公司的通用變頻器系列用變頻器，功率為 110kW。FX2N-80MR和SB61G110KW通根據(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

40、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+DA模塊配合變頻器進行，通過 PLC 輸出電壓信號 (0 10V) 來控制變頻器的頻率。此時的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(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及安全制動。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范圍變頻調(diào)速的適應(yīng)能力，又體現(xiàn)了冶金及起重專用三相

41、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，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

42、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；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，過載保護；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U 380V，電流大約為 1kW是 2A。因此 在選擇電動機的保護元件時可以用算電動機的額定電流值，從而達到快速選擇保護元件的目的。1kw2A 來估本調(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。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，適合礦井的應(yīng)用場合。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 4.1 所示：此表 4.1 8 極電機技術(shù)參數(shù)（ 50HZ 同步轉(zhuǎn)速 750rmin ）型號標(biāo)稱功額定電額定轉(zhuǎn)額定轉(zhuǎn)速功率因最大轉(zhuǎn)矩額轉(zhuǎn)動慣率 A流 A矩 Ngm（ rmin ）數(shù)定轉(zhuǎn)矩倍量Kgg m2315M8