350kW提升機交流控制系統(tǒng)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計文獻綜述350kW提升機交流控制系統(tǒng)設(shè)計院（系、部）名 稱 ： 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱： 電氣工程及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 2012年 5月 2日 河北科技師范學(xué)院教務(wù)處制國內(nèi)外提升機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

2、機在德國Monopol礦問世，1988年由MAVGHH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，此時期在國外著名的提升機制造公司，如西門子、ABB、ALS

3、THOM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2，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

4、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。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，

5、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；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

6、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企業(yè)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

7、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

8、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。本文內(nèi)容及研究意義 研究內(nèi)容當(dāng)前國內(nèi)提升機電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)

9、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3：l)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。2)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。3)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。4)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。5)電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。6)提升容器通過給定的減速點時，由于負載的不同，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(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，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

10、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，配合一些提升機專用電子模塊組成的提升機控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。操作、監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計算機應(yīng)用軟件能完成

11、提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運動方式的控制要求。 圖1-2礦用提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)而在PLC電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運用現(xiàn)在先進的矢量控制技術(shù)，不但適合提升機運行工藝的要求，還將解決整套提升機系統(tǒng)的電力拖動方面的一系列問題。變頻裝置取代復(fù)雜的串聯(lián)電阻切換裝置，對提升機運行速度曲線、轉(zhuǎn)矩大小的要求都由變頻器來完成，簡化了控制操作流程，提高了控制精度。1.4.2 研究意義在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，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

12、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4，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)，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(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。使用上位機監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)模式，實現(xiàn)良好的人一機對話；實時監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)，上位機動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖；可進行故障報警、數(shù)據(jù)查詢、報表打印；記錄提升鉤數(shù)以及每班、每日、每月、每年的提升量累計；故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機的緊急處理。為保證提升設(shè)備無事故，在提升設(shè)備有可能出