提升運(yùn)輸?shù)漠厴I(yè)設(shè)計(jì)

1、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1 概述1.1 礦井提升機(jī)的概述礦井提升機(jī)是礦山大型固定設(shè)備之一，是井下與地面的主要運(yùn)輸工具。礦井提升機(jī)主要擔(dān)負(fù)一個(gè)礦井所有的礦物（煤，礦石）提升，升降人員，運(yùn)輸設(shè)備，下放材料等, 根據(jù)提升機(jī)的工作種類或工作原理的不同，提升機(jī)有不同的分類：提升機(jī)按工作種類可分為：1）主井提升機(jī)：擔(dān)負(fù)礦井生產(chǎn)礦物提升的主提升機(jī)。2）副井提升機(jī)：擔(dān)負(fù)礦井人員、材料、設(shè)備等升降任務(wù)的提升機(jī)。按驅(qū)動(dòng)方式可分為：1）直流提升機(jī)；2）交流提升機(jī)；直流提升機(jī)又分為：1）發(fā)電機(jī)組控制提升機(jī)；2）晶閘管調(diào)速提升機(jī)；交流提升機(jī)分為：1）TDK系列串電阻柜調(diào)速提升機(jī)；2）串極調(diào)速提升機(jī)；3）變極調(diào)速提升機(jī)；

2、4)變頻調(diào)速提升機(jī)；各類提升機(jī)的工作原理和構(gòu)造雖然差別很大，但它們都有一些共同的不可缺少的部分組成，如圖1.1所示：圖1.1 提升機(jī)組成框圖動(dòng)力裝置： 主電機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)： 減速機(jī)、聯(lián)軸器、滾筒、導(dǎo)向輪等；制動(dòng)系統(tǒng)裝置：制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)裝置潤滑冷卻系統(tǒng)： 潤滑泵站及管路、懸掛裝置：提升容器（箕斗或罐籠）、鋼絲繩，聯(lián)軸器等；電源系統(tǒng)： 主變壓器、高壓裝置、低壓裝置等；控制系統(tǒng)： 操作臺(tái)、行程監(jiān)控器、繼電器柜、傳動(dòng)柜；保護(hù)系統(tǒng)：提供礦井提升機(jī)完善后備保護(hù)的系統(tǒng)1.2 提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)狀及趨勢 1.2.1 國內(nèi)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)有提升機(jī)多為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼

3、電器有觸點(diǎn)的邏輯控制，以切換串入交流電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻來達(dá)到調(diào)速的目的，減速段采用定子回路切換成低頻動(dòng)力電源（或直流動(dòng)力制動(dòng)電源）進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng)減速；減至爬行速度后，再用低頻電源或高壓二次給電拖動(dòng)至井口。隨著PLC功能的不斷完善，近年來，以有一些廠家將PLC應(yīng)用在交流提升機(jī)的改造上，主要表現(xiàn)在：采用PLC邏輯替代了原來的繼電器邏輯，采用電子線路替代了磁放大器，對可調(diào)閘和動(dòng)力制動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，主令控制器用簡單的接點(diǎn)耦合替代，數(shù)字信號(hào)采用電子線路處理。引入這些技術(shù)后，在一定程度上改善了提升機(jī)的性能，但也存在一定的缺陷，主要問題有：外圍硬件過多，沒有充分發(fā)揮PLC軟件的功能，裝置容易出現(xiàn)故障和產(chǎn)生不穩(wěn)定；

4、簡單耦合的主令控制器可靠性差，容易造成開車控制上的重大錯(cuò)誤；對速度檢測增加中間有源環(huán)節(jié)，容易造成速度檢測的不真實(shí)性，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的速度檢測值；減速點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置太少，留有重大隱患；沒有良好的調(diào)節(jié)控制程序，調(diào)速性能不理想。1.2.2礦井提升機(jī)的繼續(xù)研究和發(fā)展趨勢隨著數(shù)控技術(shù)進(jìn)入中國，中國也進(jìn)行了數(shù)控化的開發(fā)研制，并逐漸應(yīng)用到了提升機(jī)里面。國內(nèi)如大中專院校、企業(yè)院所正在做數(shù)字化提升機(jī)電控系統(tǒng)的集成開發(fā)嘗試?？紤]當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，緊密結(jié)合提升機(jī)控制工藝的要求，我們認(rèn)為當(dāng)今先進(jìn)的數(shù)字化提升機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：在驅(qū)動(dòng)控制上，礦井提升機(jī)與直流拖動(dòng)與交流拖動(dòng)相比，調(diào)速性能好，不需要附加其他拖動(dòng)裝置，隨著驅(qū)動(dòng)

5、控制產(chǎn)品的成熟，完全能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字化控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性與控制精度。在整個(gè)系統(tǒng)的配置上，應(yīng)采用現(xiàn)在比較成熟的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)的可靠性，減少了現(xiàn)場的工作量，減低的系統(tǒng)的整體成本。2 電控系統(tǒng)總體方案選型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制可以用多種方式來實(shí)現(xiàn)，總體方案設(shè)計(jì)中選擇何種控制系統(tǒng)是關(guān)鍵的一環(huán)。它直接關(guān)系到投資成本、耗能、可靠性、安全性和應(yīng)用效果。本系統(tǒng)的總體方案選型主要包括監(jiān)控系統(tǒng)的選型和拖動(dòng)系統(tǒng)的選型，其中監(jiān)控系統(tǒng)選型又包括操作站系統(tǒng)的選型和主控制系統(tǒng)的選型。2.1 監(jiān)控系統(tǒng)選型比較提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)和主控系統(tǒng)組成，來完成現(xiàn)場的信號(hào)、數(shù)據(jù)的采集及實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)控和保護(hù)任務(wù)。2.

6、1.1上位機(jī)的選型比較上位機(jī)是控制系統(tǒng)人機(jī)界面和監(jiān)視控制裝置，它主要完成監(jiān)督控制、最佳控制及集中監(jiān)視、操作和處理。對所監(jiān)視的系統(tǒng)范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的緊急情況做出相應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)控系統(tǒng)的最佳運(yùn)行。它具有系統(tǒng)協(xié)調(diào)、報(bào)表制作、畫面顯示、畫面拷貝、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索及自診斷等一系列功能。上位機(jī)既可以由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)也可以由觸摸式顯示屏實(shí)現(xiàn)，但二者在性能上存在差異：1.觸摸式顯示屏 它是目前國際上較先進(jìn)的一種集控制與顯示與一體的專用計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，被成為可編程序控制器的臉面，并可以用于設(shè)置參數(shù)顯示數(shù)據(jù)，以動(dòng)畫的形式描繪自動(dòng)化控制過程等。在礦井提升系統(tǒng)中可以用棒圖顯示提升容器在井筒中的高度，動(dòng)態(tài)顯示全程的提升

7、速度的曲線度，故障實(shí)現(xiàn)自登錄，自診斷以及聲光報(bào)警等。2.工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 工業(yè)控制計(jì)算也是工業(yè)現(xiàn)場常采用的一種監(jiān)控設(shè)備，與觸摸式顯示屏比較它在操作的方便性略差，在數(shù)據(jù)或畫面調(diào)出時(shí)觸摸式顯示屏可以直接用手點(diǎn)擊相應(yīng)畫面即可，而工控機(jī)需采用相應(yīng)的指令。2.1.2主控系統(tǒng)的選型比較 礦井提升機(jī)主控系統(tǒng)是礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的核心，它綜合信號(hào)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)及其它設(shè)備的各種信號(hào)、數(shù)據(jù)，對提升機(jī)及相關(guān)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制罐籠的啟動(dòng)、減速、停車，保障罐籠在運(yùn)行過程中的安全。對本系統(tǒng)來講，主控系統(tǒng)既可以改造為用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，也可以改造為用PLC進(jìn)行控制。下面將對二者的性能

8、進(jìn)行比較：1. 應(yīng)用范圍：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)通信等方面。而PLC主要用于工業(yè)控制。2. 使用環(huán)境：微型計(jì)算機(jī)對環(huán)境要求比較高，一般要求在干擾小并具有一定溫度和濕度要求的機(jī)房內(nèi)使用。而PLC適應(yīng)工程現(xiàn)場的環(huán)境。3. 程序設(shè)計(jì)：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語言，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)程序編制能力和接口技術(shù)。PLC可以把非常簡單的編程語言提供給用戶使用，編程語句數(shù)量少、邏輯簡單，有的PLC還提供算術(shù)運(yùn)算指令，步進(jìn)指令等，易于學(xué)習(xí)和掌握。4. 系統(tǒng)功能：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理。PLC只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢

9、查、用戶程序輸入和修改用戶程序的執(zhí)行等功能。由以上分析可見，PLC是工業(yè)控制的專用機(jī)具有可靠性高、編程簡單、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試周期短，但輸入/輸出響應(yīng)速度慢的特點(diǎn)，而微型計(jì)算機(jī)是通用計(jì)算機(jī)，可靠性相比PLC而言稍差，編程復(fù)雜且控制系統(tǒng)涉及調(diào)試周期長，但響應(yīng)速度快。2.2拖動(dòng)控制系統(tǒng)選型比較 2.2.1交流傳動(dòng)系統(tǒng) 交流傳動(dòng)系統(tǒng)泛指以各種交流電動(dòng)機(jī)為控制對象的傳動(dòng)系統(tǒng)，一般地說，交流傳動(dòng)比較簡單，設(shè)備和安裝費(fèi)用低，建筑占地面積小，但電氣調(diào)速性能差，減速和爬行階段需要附加拖動(dòng)裝置。1. 串級(jí)調(diào)速 在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中引入外加電動(dòng)勢，以改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)差率而獲得不同轉(zhuǎn)速。根據(jù)產(chǎn)生附加電勢的方

10、法不同，異步串級(jí)拖動(dòng)可分為直流電機(jī)串級(jí)、離子串級(jí)以及可控硅直流串級(jí)。目前廣泛采用的是后者，該拖動(dòng)方式具有效率較高，調(diào)速平滑，爬行段不需附加其它設(shè)備和控制性能好等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是功率因數(shù)低、顛覆力矩降低約17%，線路較復(fù)雜，投資較高等。2. 變頻調(diào)速 大型提升機(jī)采用變頻調(diào)速取代傳統(tǒng)的直流傳動(dòng)是近年來的發(fā)展趨勢，它克服了大功率直流電動(dòng)機(jī)換向器的換向能力受限，設(shè)計(jì)制造及維護(hù)困難和電動(dòng)機(jī)體積龐大等問題。變頻調(diào)速是利用異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變異步電動(dòng)機(jī)的頻率進(jìn)行調(diào)速的方法，它有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：1) 輸出功率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速。2) 功率因數(shù)高，利用效率高，節(jié)能效果

11、顯著。 有發(fā)無功功率的能力，不消耗電網(wǎng)上的無功。 穩(wěn)壓性能好。如設(shè)備在額定功率下運(yùn)行，能保證電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，從而避免了因電壓高（低）對電機(jī)所造成的危害。 在電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷低于額定功率時(shí)，它可以根據(jù)給定值來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸出功率。3) 對電網(wǎng)電壓波動(dòng)有很大的適應(yīng)能力，并能大大減少系統(tǒng)對電網(wǎng)的污染。4) 可調(diào)范圍（頻率可在0Hz400Hz之間進(jìn)行調(diào)節(jié)）寬，可以實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)速，并能保證很硬的輸出特性，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，調(diào)速精度高。適用于各種壓力、溫度、速度、流量的控制。5) 啟動(dòng)、停止平穩(wěn)，極大地緩和了對電動(dòng)機(jī)的沖擊，使電動(dòng)機(jī)能夠平穩(wěn)地加速或減速，從而避免了驟然啟動(dòng)或驟然停止所造成的損害，大大

12、延長了電動(dòng)機(jī)及整套機(jī)組的使用壽命。除此之外，更兼其體積小、重量輕、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，變頻調(diào)速技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這將極大地提高工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)化水平，從而可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的目的。2.2.2直流傳動(dòng)系統(tǒng)1.直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方式 控制直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)變電樞電壓調(diào)速，均勻地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和極性，可方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)速和四象限運(yùn)行。其缺點(diǎn)是設(shè)備和安裝費(fèi)用高、建筑占地面積大、發(fā)電機(jī)組維護(hù)工作量大。2.晶閘管變流裝置供電方式 利用晶閘管變流裝置組成的可逆系統(tǒng)是一種可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行、性能好的調(diào)速系統(tǒng)且效率高、可節(jié)能、維護(hù)工作量小。早該系統(tǒng)下一般均采用以電樞電流反饋為內(nèi)環(huán)

13、和測速反饋為外環(huán)的雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？赡嫦到y(tǒng)基本上采用有環(huán)流控制和無準(zhǔn)備切換邏輯無環(huán)流控制兩種控制方式。2.3 提升機(jī)電控系統(tǒng)選型在保證系統(tǒng)的可靠、安全和經(jīng)濟(jì)性的前提下，綜合考慮上述各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)各模塊的選型方案如下：上位機(jī)系統(tǒng)：采用觸摸式顯示屏，以模擬畫面形式顯示出絞車運(yùn)行的各種狀態(tài)、各種參數(shù)及各種控制元件工作狀況。主控制系統(tǒng)：采用完全獨(dú)立的兩套PLC系統(tǒng)進(jìn)行過程實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)安全回路的雙線制。拖動(dòng)控制系統(tǒng)：采用三相交流異步電動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)行。在本系統(tǒng)中觸摸屏、PLC、變頻器三者之間通過RS485通信電纜進(jìn)行連接通信。PLC根據(jù)內(nèi)部指令控制變頻器的運(yùn)行，PLC及變頻器

14、的參數(shù)通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置，且二者的運(yùn)行狀況返回觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。3 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速數(shù)控系統(tǒng)原理框圖 3.1礦井提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)框圖為克服傳統(tǒng)交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，采用變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)全頻率（050Hz）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。對再生能量的處理，可采用價(jià)格低廉的能耗制動(dòng)方案或節(jié)能更加顯著的回饋制動(dòng)方案。為安全性考慮，液壓機(jī)械制動(dòng)需要保留，并在設(shè)計(jì)過程中對液壓機(jī)械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)加以整合。礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方案如圖3.1所示：圖3.1 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方案基于PLC控制的大功率長距離礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由主軸裝置、動(dòng)力站、變頻柜、控制臺(tái)和在線檢測監(jiān)控計(jì)算

15、機(jī)組成，系統(tǒng)框圖如圖所示。主軸裝置由主軸、筒殼、支輪、制動(dòng)輪、軸承座等部件組成，完成人、物、料的運(yùn)輸任務(wù)。動(dòng)力站是由主電機(jī)、制動(dòng)器、減速器和底座等組成，主電機(jī)通過減速器向提升機(jī)提供牽引所需的動(dòng)力；失效安全型制動(dòng)器為提升機(jī)提供工件制動(dòng)力，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。變頻柜是動(dòng)力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。控制臺(tái)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)的工件方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，可以接收變頻柜和動(dòng)力站的各種回饋信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制

16、功能。監(jiān)控計(jì)算機(jī)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)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。3.2 提升機(jī)工作原理簡介在本系統(tǒng)中通過上位機(jī)系統(tǒng)對PLC和變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置完成以后，PLC根據(jù)外部信號(hào)做出相應(yīng)控制反應(yīng)進(jìn)而控制變頻器的運(yùn)行，變頻器根據(jù)內(nèi)部所設(shè)定參數(shù)進(jìn)而選擇相應(yīng)頻率運(yùn)行，并將運(yùn)行狀況反饋到觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在運(yùn)行過程中利用旋轉(zhuǎn)編碼器對提升機(jī)的運(yùn)行速度和提升高度進(jìn)行控制并在觸摸屏中實(shí)時(shí)顯示，在提升機(jī)剎車時(shí)采用電磁閥和液壓泵同時(shí)工作以加強(qiáng)安全。4 各控制單元元件選型 4.1 變頻器選型 4.1.1 變頻器的基本原理變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供

17、電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖4.1所示。由圖4.1可見通用變頻器由功率主電路和控制電路及操作顯示三部分組成，主電路包括整流器、直流中間電路、逆變器及檢測部分的傳感器（圖中未畫出）。直流中間電路包括限流電路、濾波電路和制動(dòng)電路以及電源再生電路等?？刂齐娐分饕芍骺仉娐沸盘?hào)檢測電路、保護(hù)電路控制電

18、源和操作顯示接口電路等組成。高性能矢量型通用變頻器由于采用了矢量控制方式，在進(jìn)行矢量控制時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，其運(yùn)算電路中往往還有一個(gè)以數(shù)字信號(hào)處理器DSP為主的轉(zhuǎn)矩計(jì)算用CPU及相應(yīng)的磁通檢測和調(diào)節(jié)電路。直流中間電路；限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路整流電路壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)逆變電路：控制電路、保護(hù)電路、光電隔離檢測電路：包括光電隔離電路、電流、電壓、溫度檢測電路主控制電路：系統(tǒng)控制器、輸入信號(hào)處理、頻率信號(hào)處理、電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)運(yùn)算模型、控制方式、數(shù)據(jù)通信、SPWM調(diào)制、速度調(diào)節(jié)、參數(shù)控制、運(yùn)行命令、PID調(diào)節(jié)、串行通信接口保護(hù)電路：變頻保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、系統(tǒng)保護(hù)、控制電源操作、顯示電路：運(yùn)行操作、參

19、數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障顯示外部控制信號(hào)、運(yùn)行操作、運(yùn)行指令、頻率指令、程序指令則變頻器的工作原理圖如下圖4.2所示：RGEGEGEGEGEGESTUVWGEDCPB1DCN充電電阻器電流接觸+電解電容B2圖4.2 變頻器工作原理圖4.1.2變頻器的型號(hào)選擇根據(jù)變頻器選型的基本原則，選擇變頻器時(shí)應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定電流和負(fù)載特性曲線為依據(jù)選擇變頻器的額定容量，即變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流或著變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率大于該電動(dòng)機(jī)的功率。依據(jù)上述原則再考慮到電動(dòng)機(jī)性能上的差異即機(jī)械負(fù)載的波動(dòng),變頻容量取電動(dòng)機(jī)容量的12倍。本系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)屬于有載啟動(dòng)的輸送類機(jī)械

20、，所需電動(dòng)機(jī)軸上功率為155KW，接1.5倍容量就選擇232.5KW的變頻器。因此在本系統(tǒng)中選擇由西門子公司生產(chǎn)的MM440變頻器，該變頻器是一種應(yīng)用范圍廣泛的矢量控制方式多功能、模塊化通用變頻器，具有低速高轉(zhuǎn)矩輸出，良好的動(dòng)態(tài)性能和過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。內(nèi)置參數(shù)自整定PID控制器；具有1.5個(gè)可編程固定頻率，4個(gè)可編程跳轉(zhuǎn)頻率；集成RS485通訊接口，可送PROFIBUS-DP和DEVICENET通信模塊可實(shí)現(xiàn)主/從控制方式。過載能力為200額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60S；內(nèi)置制動(dòng)單元；具有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、變頻器和電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)。短路保護(hù)、防失速保護(hù)、采用PIN編號(hào)實(shí)現(xiàn)參數(shù)連鎖。4.1.3變頻

21、器的硬件接線圖 具體接線圖見附圖一由變頻器的外部接線可見，變頻器的輸入信號(hào)有模擬電壓輸入，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號(hào)輸入，低頻電壓輸出信號(hào)，低頻爬行信號(hào)，腳踏信號(hào)輸入，以及故障復(fù)位輸入。該系統(tǒng)的控制方式分為閉環(huán)控制，開環(huán)控制，以下將逐一介紹變頻器的實(shí)際控制方式。1、閉環(huán)控制 閉環(huán)控制應(yīng)用在低頻制動(dòng)階段，此時(shí)變頻器的模擬輸入信號(hào)為高壓電機(jī)的模擬速度信號(hào)，正、反轉(zhuǎn)信號(hào)之一閉合，低頻電壓輸出信號(hào)閉合，其他信號(hào)斷開。變頻器將根據(jù)低頻電壓輸出信號(hào)閉合瞬間，模擬電壓輸入信號(hào)的值折算為高壓電機(jī)高壓斷開時(shí)的瞬間速度，以及預(yù)先設(shè)置的減速曲線斜率和制動(dòng)時(shí)間，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)時(shí)的速度曲線，在保持頻率不變的情況下，根據(jù)實(shí)際的

22、速度反饋和生產(chǎn)的速度曲線，控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到良好的制動(dòng)效果。2、開環(huán)控制開環(huán)控制方式分為低頻爬行，腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式。低頻爬行方式：低頻爬行是在低頻制動(dòng)完成，達(dá)到爬行點(diǎn)速度后，低頻爬行信號(hào)輸入，低頻制動(dòng)完成，變頻器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的低頻電壓輸出。 腳踏制動(dòng)方式和腳踏驗(yàn)繩方式：在該兩種方式下，變頻器的輸出電壓都跟踏板帶動(dòng)的自整腳機(jī)輸出的信號(hào)成比例，由司機(jī)確定變頻器需要輸出的低頻電壓。 實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)提升機(jī)高壓投入，根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行方向輸入正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)，此時(shí)變頻器根據(jù)面板設(shè)置的頻率，輸出所需的低頻頻率，低頻電壓輸出處于“等待”狀態(tài)，輸出電壓值為1V左右，同時(shí)變頻器根據(jù)模擬電壓的輸入值，

23、實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，當(dāng)高壓斷開瞬間，低頻輸出信號(hào)輸入，變頻器將根據(jù)此瞬間記錄的高壓電機(jī)速度，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)到爬行速度的速度曲線，變頻器輸出端交流接觸器將再延時(shí)0.5秒左右后閉合，變頻器輸出的低頻電壓開始接入高壓電機(jī)。由于剛開始時(shí)變頻器生成的制動(dòng)曲線和電機(jī)的實(shí)際速度相差較小，變頻器輸出的電壓也較低，制動(dòng)反饋的能量也較小。同時(shí)外部的速度檢測器也將根據(jù)提升機(jī)的實(shí)際速度，逐級(jí)切除高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電阻，確保具有足夠的制動(dòng)力矩。制動(dòng)階段，變頻器將實(shí)時(shí)檢測和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，根據(jù)所生成的制動(dòng)曲線和實(shí)際速度之間的偏差，模擬低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)變頻器輸出的低頻電壓。當(dāng)高壓電機(jī)的制

24、動(dòng)速度達(dá)到爬行速度時(shí)，爬行信號(hào)輸入，變頻器將根據(jù)預(yù)先設(shè)置的爬行電壓，直接輸出爬行所需低頻電壓。腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式時(shí)，變頻器的低頻頻率也始終保持變頻，低頻輸出電壓將根據(jù)模擬電壓輸入值的大小成比例輸出，達(dá)到所需的制動(dòng)和爬行力矩。4.1.4 變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器具體參數(shù)的設(shè)置見表4.1表4.1數(shù)字量輸入端子參數(shù)功能P0003-P0003=1允許訪問最頻繁使用的參數(shù)。P0010-P0010=1快速調(diào)試P0100- P0100=0頻率缺省值為50 HzP0300- P0300=1選擇電動(dòng)機(jī)類型為異步電動(dòng)機(jī)P0304-P0304=380電動(dòng)機(jī)額定電壓P0305-P0305=292A電動(dòng)機(jī)額定電流P03

25、07-P0307=155KW電動(dòng)機(jī)額定功率P0308-P0308=0.95電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)P0310-P0310=50電動(dòng)機(jī)額定頻率P0601-P0601=1電動(dòng)機(jī)溫度傳感器P07015P0701=1ON/OFF1正向運(yùn)行P07026P0702=1ON/OFF1正向運(yùn)行P07561、2P0756=0單極性電壓輸入（0 -+10 V）P07712、4P0771=25輸出電壓實(shí)際值P073215P0732=50頻率下限報(bào)警P073318P0733=30頻率上限報(bào)警P0970-P0970=1工廠復(fù)位P1000-P1000=2頻率給定值（模擬量給定值）4.2 監(jiān)控系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中提升機(jī)的監(jiān)控系

26、統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、觸摸屏、（上位PC機(jī)）組成，完成現(xiàn)場信號(hào)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集及實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)控和保護(hù)。4.2.1 PLC硬件選型設(shè)計(jì)PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種以微機(jī)處理器為基礎(chǔ)，帶有指令存儲(chǔ)器和輸入輸出接口。綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的工業(yè)控制器。考慮到提升機(jī)系統(tǒng)對安全要求的特殊性，在本系統(tǒng)中采用雙PLC進(jìn)行控制。1、PLC硬件型號(hào)的選擇本次設(shè)計(jì)在控制中采用SIMATIC S7-200，因?yàn)榇讼盗蠵LC適用于各行各業(yè)，各種場合的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)節(jié)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-2

27、00系列具有極高性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 極高的可靠性 極豐富的指令集 易于掌握 便捷的操作 豐富的內(nèi)置集成功能 實(shí)時(shí)特性 強(qiáng)勁的通信功能 豐富的擴(kuò)展模塊S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU和3種型好不同的模擬量擴(kuò)展模塊供選擇使用。我們選擇使用CPU226和模擬量擴(kuò)展模塊EM221。CPU226具有以下特點(diǎn)：本機(jī)集成24輸入/16輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立30Hz高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)獨(dú)立的20Hz告訴脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)

28、RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易的整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 EM221為8路數(shù)字量24 V直流輸入。2、PLC外圍硬件接線圖（見附圖二）4.2.2 PLC軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)提升行程計(jì)算程序框圖如圖4.3所示：該程序框圖中顯示的可編程控制器為行程控制系統(tǒng)的上位PLC操作控制系統(tǒng)。S7200PLC運(yùn)行時(shí)所需要的一些參數(shù)和運(yùn)行方向、運(yùn)行模式、平層位置以及其他控制信號(hào)均由其給出。1、程序流程圖（見附圖三）2、PLC控制程序（見附圖四）圖4.3 行程計(jì)算框圖3、PLC I/O分配表具體I/O分配如表4.2所示表4.2輸入點(diǎn)I輸入點(diǎn)

29、I輸出點(diǎn)O主令控制器前推LK1I0.0調(diào)繩開關(guān)1HKI2.2電機(jī)正 轉(zhuǎn)KM1Q0.0中置LK2I0.12HKI2.3電機(jī)反 轉(zhuǎn)KM2Q0.1后拉LK3I0.2安全控制開關(guān)10AKI2.4制動(dòng)泵電機(jī)KM3Q0.2工作閘制動(dòng)手柄DZKI0.3調(diào)繩安全聯(lián)鎖行程開關(guān)Q1I2.5潤滑泵電機(jī)KM4Q0.3高壓開關(guān)GYDI0.4Q2I2.6工作閘繼電器GZJQ0.4測速斷線JSJI0.5五通閥開關(guān)6AKI2.7電磁鐵G1G1Q0.5制動(dòng)油過壓YLJ1I0.6四通閥開關(guān)7AKI3.0電磁鐵G2G2Q0.6潤滑油過、欠壓YLJ2I0.7控制回路開關(guān)8AKI3.1調(diào)繩信號(hào)顯示HL1Q0.7制動(dòng)油過熱YLJ3I1.

30、0腳踏制動(dòng)JTK8I3.2潤滑泵顯示HL2Q1.0制動(dòng)泵電機(jī)啟動(dòng)2QAI1.1編碼器I3.3制動(dòng)泵顯示HL3Q1.1潤滑泵電機(jī)啟動(dòng)3QAI1.2自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ZKI3.4制動(dòng)、潤滑泵故障顯示HL4Q1.2提升信號(hào)I1.3井架終端開關(guān)JXK6I2.0安全回路顯示HL5Q1.3閘瓦磨損開關(guān)JXK3I1.4JXK7I2.1電源開關(guān)XLCQ1.4JXK4I1.5過卷開關(guān)JXK1I1.6JXK2I 觸摸顯示屏硬件選型設(shè)計(jì)觸摸屏是目前國際上較先進(jìn)的一種集控制與顯示于一體的專用計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，被稱為可編程序控制器的臉面。并可以用于設(shè)置參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、以動(dòng)畫的形式描繪自動(dòng)化控制過程等，在礦井提升系統(tǒng)

31、中可以用棒圖顯示提升容器在井筒中的高度；動(dòng)態(tài)顯示全程的提升速度曲線圖；故障實(shí)現(xiàn)自登陸、自診斷以及聲光報(bào)警等。本系統(tǒng)采用西門子公司生產(chǎn)的TP270觸摸屏作為上位監(jiān)控機(jī)，其功能和特點(diǎn)如下：1.具有較高的可靠性和抗干擾能力。2.用它自帶的支持軟件可在屏幕上設(shè)置各種觸摸按鍵來取代傳統(tǒng)的控制面板和鍵盤。3.此觸摸屏帶有一個(gè)SIO口，可以設(shè)置成RS485接口，將PLC的RS-485接口與TP270進(jìn)行聯(lián)機(jī)通訊，采用直接的連接方式，通訊軟件可與PLC進(jìn)行內(nèi)部地址一對一的數(shù)據(jù)交換。4.觸摸屏帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的打印輸出口，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與圖表的打印。 4.2.4上位機(jī)監(jiān)控軟件選型觸摸屏畫面由專用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后

32、先通過編程電腦調(diào)試，合格后再下載到觸摸屏。觸摸屏畫面總數(shù)應(yīng)在其存儲(chǔ)空間允許的范圍內(nèi)，各畫面之間盡量做到可相互及強(qiáng)制切換。本系統(tǒng)采用西門子生產(chǎn)支持的VISAL C+的WINCC監(jiān)控軟件包，該組態(tài)軟件與西門子PLC間有良好的通訊功能，是西門子推出的功能強(qiáng)大的軟件，在目前流行的組態(tài)軟件中具有較先進(jìn)的技術(shù)具體畫面如下圖4.4所示：主 畫 面控制畫面參數(shù)設(shè)置畫面實(shí)時(shí)趨勢畫面信息記錄畫面節(jié)能畫面幫助畫面圖4.4各畫面切換流程如下圖4.5所示：圖4.5根據(jù)系統(tǒng)要求，結(jié)合觸摸屏的功能和特點(diǎn)在主畫面顯示提升高度、當(dāng)班提升次數(shù)、提升次數(shù)清零開關(guān)、故障指示燈等。通過觸摸屏按鈕進(jìn)入運(yùn)行畫面、故障一覽、故障處理、參數(shù)修

33、改等子畫面。運(yùn)行畫面用棒圖顯示提升容器在井筒中的高度及動(dòng)態(tài)顯示全程的提升速度曲線圖、故障一覽、故障處理子畫面實(shí)現(xiàn)故障自登陸、自診斷及聲光報(bào)警等對一些重要參數(shù)的、參數(shù)修改子畫面可設(shè)定操作密碼，以確保系統(tǒng)和生產(chǎn)的安全。各界面圖具體功能如下：（1）主畫面一般的用被控系統(tǒng)的主系統(tǒng)畫面作為主畫面，該畫面可進(jìn)入到各分畫面，各分畫面均能一步返回主畫面。且應(yīng)在畫面中顯示被控系統(tǒng)的一些主要參數(shù)，以便在此畫面上對整個(gè)被控系統(tǒng)有大致的了結(jié)。（2）控制畫面該種畫面主要用來控制被控設(shè)備的啟停及顯示變頻器內(nèi)部的參數(shù)，也可將變頻器參數(shù)的設(shè)定做在其中。該種畫面的數(shù)量在觸摸屏畫面中占的最多，其具體畫面數(shù)量由實(shí)際被控設(shè)備決定。（

34、3）參數(shù)設(shè)置畫面該畫面主要是對變頻器的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)還應(yīng)顯示參數(shù)設(shè)定完成的情況，實(shí)際制做時(shí)還應(yīng)考慮加密的問題。（4）實(shí)時(shí)趨勢畫面該畫面住要是以曲線記錄的形式來顯示被控值、變頻器的主要工作參數(shù)（如輸出頻率）等的實(shí)時(shí)狀態(tài)。（5）信息記錄畫面該畫面主要是記錄可能出現(xiàn)的設(shè)備損壞、過載、數(shù)值超范圍和系統(tǒng)急停等故障。另外該畫面還可記錄各設(shè)備啟停操作，作為憑證。 （6） 節(jié)能畫面該畫面主要是記錄和顯示變頻器的累積用電數(shù)及實(shí)時(shí)節(jié)電狀態(tài)，以便向用戶展示變頻節(jié)能的好處，也可用來與其它的節(jié)電測量作比較。（7） 幫助畫面為幫助運(yùn)行人員在系統(tǒng)啟/停和緊急情況下順利進(jìn)行操作，系統(tǒng)提了在線畫面幫助軟件包。運(yùn)行人員只

35、需按一個(gè)鍵就可調(diào)出幫助畫面，協(xié)助操作人員完成操作。(操作臺(tái)及部分運(yùn)行畫面見附圖五)4.3其它環(huán)節(jié)的選型設(shè)計(jì)4.3.1 位置控制系統(tǒng)選型設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中采用兩套旋轉(zhuǎn)編碼器分別裝在電動(dòng)機(jī)主軸和滾筒上以對提升機(jī)的速度和行程進(jìn)行時(shí)時(shí)控制，其工作原理框圖如圖所示：其具體工作流程如下圖所示：旋轉(zhuǎn)編碼器的具體型號(hào)在本系統(tǒng)中選用由西門子公司生產(chǎn)的XP8001-1旋轉(zhuǎn)編碼器分別置于電動(dòng)機(jī)主軸和主滾筒上兩路信號(hào)進(jìn)入PLC后經(jīng)過比較計(jì)算后做出相應(yīng)控制。1XP8001-1旋轉(zhuǎn)編碼器的技術(shù)參數(shù)如下：無負(fù)載時(shí)輸入 200mA;  150mA最大負(fù)載電流 100mA;  20mA分辨

36、率    1024 1024兩相輸出相位差 90 度 ± 20%  90 度 ± 20% 輸出振幅 U: U高 > U-3.5V,U低< 3V;U高 > 2.5V,U低< 0.5V頻率范圍 0.8uS  / 160 KHz;  0.45uS / 300KHz最高轉(zhuǎn)速 9000

37、 /MIN; 12000/MIN保存溫度 -20 C 到 80C; -20 C 到 100C防護(hù)等級(jí) IP66; IP66最大徑向受力 60N; 60N最大軸向受力 40N; 40N系統(tǒng)輸出 12-PIN; 12-PIN認(rèn)證 CSA, UL ;CSA, UL重量 0,3 Kg ;0,3 Kg4.3.2保護(hù)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全自動(dòng)操作方式，因此系統(tǒng)的保護(hù)和相互閉鎖關(guān)系更為重要，為確保提升系統(tǒng)運(yùn)行安全，自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)PLC內(nèi)部矛盾及外部雙套串聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)。后備保護(hù)獨(dú)立

38、起作用。本系統(tǒng)中所涉及的主要保護(hù)如下所述：1）速度保護(hù)：PLC根據(jù)從旋轉(zhuǎn)編碼器測量的行程和速度，與本機(jī)設(shè)定的保護(hù)基準(zhǔn)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行過程中的速度保護(hù)。在等速段超過額定速度15%時(shí)，系統(tǒng)安全保護(hù)動(dòng)作。減速段超過給定速度（按速度圖）10%保護(hù)動(dòng)作。原電控該保護(hù)靠磁入大器實(shí)現(xiàn)，不但整定十分困難，且動(dòng)作極度不穩(wěn)定，也很不準(zhǔn)確。2）過卷保護(hù)：在原設(shè)計(jì)內(nèi)外過卷保留的情況下，又增加了根據(jù)內(nèi)部計(jì)數(shù)行程設(shè)置的數(shù)控過卷保護(hù)。3）測速故障保護(hù)：對于提升機(jī)電控系統(tǒng)，提升速度與行程的測量裝置的正常工作尤為重要，PLC在提升運(yùn)行中，不斷比較兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器測量運(yùn)算出的速度，當(dāng)兩個(gè)速度值之差超限值時(shí)，說明速度測量回路

39、發(fā)生問題，保護(hù)回路動(dòng)作并顯示，該保護(hù)對攬系統(tǒng)閉環(huán)安全起到了重要保障作用。4）行程校驗(yàn)與調(diào)零：主控PLC對旋轉(zhuǎn)編碼器和計(jì)數(shù)行程是系統(tǒng)控制的一個(gè)重要測量參數(shù)，是提升機(jī)控制與保護(hù)的依據(jù)。本系統(tǒng)在每個(gè)提升循環(huán)停車時(shí)，都以停車磁開關(guān)信號(hào)作為基準(zhǔn)對行程數(shù)字進(jìn)行清零，以消除累計(jì)誤差，從而保證了控制的精確度。而且在井筒每鉤有兩次運(yùn)行中的校驗(yàn)，第一次是出曲軌時(shí)，若校驗(yàn)出編碼器計(jì)數(shù)不正常，則絞車立即安全制動(dòng)。并指示出計(jì)數(shù)故障，安全回路閉鎖。5）提升機(jī)驅(qū)動(dòng)失敗保護(hù)（倒轉(zhuǎn)）：提升機(jī)在控制方向，動(dòng)作程序正常的情況下，在運(yùn)行中發(fā)生與提升方向反向的倒轉(zhuǎn)情況，由PLC準(zhǔn)確判斷，并作用于安全回路進(jìn)行安全制動(dòng)。該保護(hù)能夠有效地避

40、免超載提升或低頻拖動(dòng)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的事故。6）按速度圖，箕斗接近井口6米時(shí)，其速度應(yīng)為0.4米/秒，基因各種原因造成箕斗接近井口時(shí)速度超過2米/秒，則本保護(hù)立即動(dòng)作。以上保護(hù)動(dòng)作則絞車安全制動(dòng)。且井筒中為二級(jí)制動(dòng)接近井口為一級(jí)制動(dòng)。保護(hù)動(dòng)作后，觸摸屏報(bào)警界面顯示故障原因并作記錄。只有人為按下復(fù)位按鈕或PLC全部停電后，故障指示才能消除。高壓換向回路安全聯(lián)鎖：外部接線聯(lián)鎖：安全回路、低頻換向、檢修開關(guān)、反向接觸器共四聯(lián)鎖。程序內(nèi)部聯(lián)鎖：顯控儀提升方向、內(nèi)部提升信號(hào)方向、制動(dòng)及潤滑泵、箕斗到位、低接觸器、反向接觸器、內(nèi)部減速點(diǎn)、內(nèi)部輸出方向及低頻閉鎖、檢修聯(lián)鎖、消弧聯(lián)鎖、腳踏低頻開關(guān)、安全回路、緊閘

41、角度信號(hào)等共18個(gè)軟件聯(lián)鎖點(diǎn)。5提升機(jī)變頻調(diào)速數(shù)控系統(tǒng)工作原理 5.1 工作原理圖提升機(jī)變頻調(diào)速數(shù)控系統(tǒng)原理框圖如下圖所示: 具體硬件接線圖見下圖提升機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件接線圖 5.2 工作原理 5.2.1 啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作 系統(tǒng)送電前認(rèn)真檢查絞車機(jī)械及電氣部分是否正常，高壓電源是否正常，主領(lǐng)控制器置于中間位置同時(shí)工作閘于制動(dòng)位置，合上高壓開關(guān)接通高壓電源，將系統(tǒng)置于自動(dòng)提升位置。 5.2.1系統(tǒng)的起動(dòng)、運(yùn)行及停車 起動(dòng)制動(dòng)油泵、潤滑油泵，檢測制動(dòng)油是否過熱、過、欠壓，潤滑油是否過、欠壓，將檢測到的信息送入PLC，若所有檢測信號(hào)均正常工作則PLC將根據(jù)內(nèi)部指令起動(dòng)安全回路。然后于裝載信號(hào)工聯(lián)系，根據(jù)

42、箕斗位置發(fā)送正確提升信號(hào)。提升信號(hào)發(fā)出后，操作臺(tái)觸摸屏“允許敞閘”信息顯示，此時(shí)司機(jī)將工作閘緩慢推離緊閘位置同時(shí)PLC將根據(jù)外部輸入信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算輸出相應(yīng)控制指令控制相應(yīng)變頻器的起動(dòng)，變頻器將根據(jù)內(nèi)部所置參數(shù)自動(dòng)完成提升機(jī)的加、減速及到位停車全過程。自動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，司機(jī)監(jiān)視各窗口是否正常及后備保護(hù)指示是否正常。并且變頻器、PLC的運(yùn)行狀況返回觸摸屏以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，箕斗到位停車后，閘把拉回緊閘位置，當(dāng)空鉤提升或司機(jī)發(fā)現(xiàn)有超速現(xiàn)象時(shí)，在未開始減速前司機(jī)可人為將閘把從最大位置漸漸拉回，人為提前減速。6效果分析通過本次改造系統(tǒng)顯示出以下幾個(gè)方面的效果：1)自動(dòng)化提升行程及速度控制精度高,可靠性和

43、安全保障提高.行程判斷精度達(dá)到7毫米,速度判斷精度達(dá)到0.0018米/秒程序掃描周期小于0.004秒,這樣的性能指標(biāo)對交流提升機(jī)控制來說,富裕系數(shù)是很大的.采用PLC取代原繼電器控制使電控設(shè)備運(yùn)行可靠性提高,故障率降低,大大減少了故障時(shí)間與電氣元件的損耗.本系統(tǒng)用PLC程序設(shè)計(jì)了具有多處創(chuàng)新的完善的保護(hù),填補(bǔ)了原國產(chǎn)TKD電控保護(hù)的不足,提高了安全保障.2)全自動(dòng)化提升的實(shí)現(xiàn)縮短了提升周期,提高了礦井提升能力.據(jù)測試,每個(gè)運(yùn)行周期提升時(shí)間較原系統(tǒng)可減少15秒,提升量可由原設(shè)計(jì)的65萬噸/年提高到100萬噸/年,而且減少了操作人員.3)交變頻裝置的采用,使低頻動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行效率提高,較原發(fā)電機(jī)組運(yùn)

44、行效率提高5%,再加上發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行耗電量,年節(jié)電量為25萬千瓦時(shí).而且,車房澡聲比原來低15分貝.4)這項(xiàng)國產(chǎn)交流提升機(jī)電控生自動(dòng)化改造技術(shù),經(jīng)科技成果查新,證明本技術(shù)在國內(nèi)尚沒有先例.與同類技術(shù)相比較,本項(xiàng)目在提升系統(tǒng)改造的深度和廣度上,以及技術(shù)先進(jìn)性方面,已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平.因此,該項(xiàng)國產(chǎn)交流提升機(jī)TKD電控綜合改造技術(shù)對國內(nèi)同類礦井提升機(jī)的技術(shù)改造,提高自動(dòng)化裝備水平,保證提升安全順暢,有很大的推廣價(jià)值.而且,本技術(shù)在我國今后礦井提升機(jī)新型電控的設(shè)計(jì)制造中也很有重要的參考價(jià)值!結(jié)束語 通過對礦井提升機(jī)PLC數(shù)控技術(shù)變頻改造的分析和研究，使我充分地掌握了這種技術(shù)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。真正體會(huì)

45、到這種技術(shù)推廣應(yīng)用的價(jià)值。體會(huì)到了它的可靠性、自動(dòng)化程度高、分散控制集中管理的特點(diǎn)。尤其是通過對西門子公司的PLC組成的級(jí)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的研究，選擇并重點(diǎn)研究了變頻器在拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且把這種技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中去。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對礦井提升機(jī)的速度監(jiān)控，提升容器的(罐籠)的位置監(jiān)控，提升機(jī)液壓系統(tǒng)和電機(jī)溫度的監(jiān)控，并且與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行了鏈接通信，PLC與PLC之間的鏈接，實(shí)現(xiàn)了分散控制、集中用上位機(jī)進(jìn)行管理的特點(diǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，觸摸屏畫面設(shè)計(jì)形象直觀，使用方便。在提升機(jī)的減速點(diǎn)、限速點(diǎn)和過卷點(diǎn)的處理上以及對速度的動(dòng)態(tài)跟蹤顯示方面，有較強(qiáng)的創(chuàng)造性。該系統(tǒng)極大地方便了現(xiàn)場工作人員

46、對提升機(jī)性能及狀態(tài)變化趨勢進(jìn)行全面的系統(tǒng)的了解，更有助于在報(bào)警提示下的故障查找與排除，對提升機(jī)的狀態(tài)維護(hù)具有促進(jìn)作用，縮短了檢修時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 該系統(tǒng)可在煤礦、鐵礦等礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中大面積推廣，從硬件、軟件、人為諸方面杜絕提升事故的發(fā)生，特別是在中、小型礦井中，徹底降低事故發(fā)生率。 由于受本人水平和條件的限制，在本項(xiàng)研究過程中，仍存在一些問題，有待于今后進(jìn)一步探討和解決: (1)一個(gè)完整的可編程控制器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是包括器件層、控制層和信息層的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本論文對器件層和控制層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分析和研究較多，并已把它應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中去，而對信息層沒有作深入的研究，這有待于在以后的實(shí)踐中進(jìn)一步完善

47、。 (2)可編程控制器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在工業(yè)控制中的具體應(yīng)用，可編程控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是現(xiàn)場總線技術(shù)和可編程控制器技術(shù)的有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)場總線技術(shù)的開放性和互聯(lián)性的要求，客觀上需要不同的現(xiàn)場總線技術(shù)的同一化，其中對以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場控制中的進(jìn)一步應(yīng)用的研究，被認(rèn)為是解決現(xiàn)場總線繁雜性的有效辦法。在今后的研究過程中，還需對以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。 (3)提升機(jī)雙線智能控制器對提升機(jī)行程采用間接測量的辦法，這無形中增加了一級(jí)故障點(diǎn)。參考文獻(xiàn) 1 亞歷山大.卡爾蓋 現(xiàn)代提升設(shè)備 北京： 煤炭工業(yè)出版社出版 1983年 2 馬健民 趙增玉 現(xiàn)代提升機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng) 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2

48、002年版 3 郭鎮(zhèn)明 叢望 電力拖動(dòng)基礎(chǔ) 哈爾濱： 哈爾濱工程大學(xué)出版社 1996年4 施仁 劉文江 自動(dòng)化儀表與過程控制 北京：電子工業(yè)出版社 1990年 5 高鐘毓 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1996年 6 顧永輝 范廷瓚總編 煤礦電工手冊（第三分冊）北京：煤炭工業(yè)出版社 1987年 7 徐志毅主編 機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù) 上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 1994年 8電機(jī)工程手冊編委會(huì) 電機(jī)工程手冊（第二版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1995年 9 李永東異步電機(jī)電壓定向矢量控制電氣傳動(dòng)，1991，4（1）：525610 Tugomir Surina, Clyde Herrick

49、. Semiconductor Electronics. Copyright 1964 by Holt, Rinehart and Winston, Inc 致謝本論文是在劉瑞國老師的悉心指導(dǎo)下完成的。近幾個(gè)月來，在學(xué)習(xí)方面，無論是理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，還是現(xiàn)場實(shí)踐，劉老師都給予最大限度的指導(dǎo)和幫助，學(xué)生受益匪淺;更為重要的是，劉老師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)、廢寢忘食、一絲不茍的工作精神以及對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、言傳身教的作風(fēng)，學(xué)生將終生銘記、終生受益。在此謹(jǐn)向陳老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意。課題進(jìn)展中，也得到了其他老師和同學(xué)的大力支持與幫助，在此一并表示衷心的感謝。最后，對本文所有被引用文

50、獻(xiàn)的作者表示感謝，也感謝各位專家和教授對本文的評(píng)閱和賜教。47附錄一 附錄二附錄三附錄五附錄六 英文文獻(xiàn) Distributed control system(DCS) is a newly controlling technology using computertechnology to detect ,operate，manage，and decentralized control the produce process.DCS is made up of many technologies, such as the computer, the signal processing, th

51、emeasurement and controlling, the communicating network, CRT, the graphical display and the human-machine interface. Not being the same as decentralized instrument control and centralized computer control system, DCS not only overcomes their limitations, but also centralizes their advantage. DCS has

52、 centralized many functions,including continue control, batch control, logic sequential control and data acquisition,and etc. DCS adopts the design principle that decentralized control, centralized operate,integrated management and decentralized autonomy. DCS has not only the performance of safety a

53、nd reliability, common-use, optimum control, but also the ability of integrated management. DCS founds the newly method for the computer control in industry field. Programmable logic controller(PLC) is a kind of general industry controlling equipment melted with the micro-electronics, the computer,

54、the automatic and communicating technology. PLC, reliably, programming easily, extended conveniently, fixed flexibly and low cost with good quality, has been used in every field of industry control, and has been one of the major three supports of modern industry automation.With the never stopping de

55、velopment of computer network technology and communicating technology, network has become the trend of the development of PLC.Networking of PLC not only makes PLC itself getting much more benefit, but also drive the DCS growing greatly. In the case of practice application, PLC-network often, as a subsystem, is linked to CIMS, large-scale DCS, or the - other PLC-networks, to constitute the integrated automation system. At present, in one side, PLC is developing towards easiness, super miniaturization, to adapt the technolo