基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要.洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PAGE IV：.； PAGE 8基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本文針對(duì)提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器運(yùn)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進(jìn)展了較深化的研討。根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)，控制系統(tǒng)采用工控機(jī)監(jiān)控提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)， PLC控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。為了提高系統(tǒng)的可靠性，對(duì)提升機(jī)各種物理量及控制單元進(jìn)展控制監(jiān)控。提升機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)由工控機(jī)或觸摸屏和組態(tài)軟件組成。用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備銜接、編寫控制流程和工程所需求的信息報(bào)表以及結(jié)果打印等。主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，硬件簡(jiǎn)約、軟件靈敏性強(qiáng)、調(diào)試方便、

2、維護(hù)量小，配合一些公用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)等。同時(shí)能檢測(cè)各電機(jī)缺點(diǎn)景象并送往上位機(jī)顯示。減少了傳統(tǒng)繼電器接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。關(guān)鍵詞：礦用提升機(jī)；變頻調(diào)速；矢量控制；可編程控制器The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC Control ABSTRACTElevator Control System In this paper, the above problems

3、 exist in the PLC and frequency converter used in elevator control system, and for a more in-depth feasibility study. According to the operation of hoist features, the control system IPC VVVF elevator control system, PLC control systems, frequency control system components. In order to improve syste

4、m reliability, and various physical quantities on the elevator control unit to control monitoring. Dynamic monitoring of elevator or the touch screen by IPC and configuration software. User environment, complete the animation in the configuration design, equipment connections, control flow and proje

5、ct preparation of the required information statements, and the results of printing. Master control system uses PLC systems, hardware simplicity, the software flexibility and easy commissioning and maintenance of small, specialized electronic modules with a number of the elevator control equipment, d

6、rive dynamic braking for control of high pressure or low-frequency braking. While the motor symptoms can be detected and sent to the host computer display. Relay contact to reduce the traditional control system of the intermediate links, reducing hardware and control lines, which greatly improves sy

7、stem stability and reliability. KEY WORDS:：Shaft hoist；Frequency conversion；Vector control；PLC前言目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295503824 前言 PAGEREF _Toc295503824 h 1 HYPERLINK l _Toc295503825 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc295503825 h 2 HYPERLINK l _Toc295503826 1.1課題概述 PAGEREF _Toc295503826 h 2 HYPERLINK

8、l _Toc295503827 1.2國(guó)內(nèi)外礦井提升機(jī)的開展情況 PAGEREF _Toc295503827 h 2 HYPERLINK l _Toc295503828 1.2.1國(guó)外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc295503828 h 2 HYPERLINK l _Toc295503829 1.2.2國(guó)內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與開展趨向 PAGEREF _Toc295503829 h 6 HYPERLINK l _Toc295503830 1.3 本文內(nèi)容及研討的意義 PAGEREF _Toc295503830 h 7 HYPERLINK l _Toc295503831 1.3.1 研討內(nèi)

9、容 PAGEREF _Toc295503831 h 7 HYPERLINK l _Toc295503832 1.3.2 研討意義 PAGEREF _Toc295503832 h 8 HYPERLINK l _Toc295503833 第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503833 h 9 HYPERLINK l _Toc295503834 2.1 礦井提升機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求 PAGEREF _Toc295503834 h 9 HYPERLINK l _Toc295503835 2.2 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503835 h 11

10、 HYPERLINK l _Toc295503836 2.2.1 控制單元根本原理 PAGEREF _Toc295503836 h 11 HYPERLINK l _Toc295503837 2.2.2 調(diào)速安裝 PAGEREF _Toc295503837 h 13 HYPERLINK l _Toc295503838 2.2.3 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503838 h 15 HYPERLINK l _Toc295503839 第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503839 h 18 HYPERLINK l _Toc295503840 3.1變頻調(diào)速的

11、開展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的運(yùn)用 PAGEREF _Toc295503840 h 18 HYPERLINK l _Toc295503841 3.2 變頻調(diào)速根本原理 PAGEREF _Toc295503841 h 20 HYPERLINK l _Toc295503842 3.3 變頻器的選擇 PAGEREF _Toc295503842 h 21 HYPERLINK l _Toc295503843 3.3.1變頻器的選型 PAGEREF _Toc295503843 h 21 HYPERLINK l _Toc295503844 3.3.2 變頻器容量的選擇 PAGEREF _Toc295503844 h

12、 22 HYPERLINK l _Toc295503845 3.3.3 變頻器主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定 PAGEREF _Toc295503845 h 23 HYPERLINK l _Toc295503846 第4章 PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的運(yùn)用 PAGEREF _Toc295503846 h 26 HYPERLINK l _Toc295503847 4.1 PLC概述 PAGEREF _Toc295503847 h 26 HYPERLINK l _Toc295503848 4.2 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點(diǎn) PAGEREF _Toc295503848 h 27 HYPERLINK l _T

13、oc295503849 4.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503849 h 27 HYPERLINK l _Toc295503850 4.3.1 PLC的I/O分配 PAGEREF _Toc295503850 h 28 HYPERLINK l _Toc295503851 4.3.2 PLC接線圖 PAGEREF _Toc295503851 h 33 HYPERLINK l _Toc295503852 第5章 PLC控制程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503852 h 34 HYPERLINK l _Toc295503853 5.1 PLC軟件概述及提升機(jī)PLC控

14、制要求 PAGEREF _Toc295503853 h 34 HYPERLINK l _Toc295503854 5.2 程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295503854 h 35 HYPERLINK l _Toc295503855 5.3系統(tǒng)抗干擾措施 PAGEREF _Toc295503855 h 40 HYPERLINK l _Toc295503856 結(jié)論 PAGEREF _Toc295503856 h 42 HYPERLINK l _Toc295503857 謝 辭 PAGEREF _Toc295503857 h 43 HYPERLINK l _Toc295503858 參考文獻(xiàn)

15、 PAGEREF _Toc295503858 h 44 HYPERLINK l _Toc295503859 附錄 PAGEREF _Toc295503859 h 46 HYPERLINK l _Toc295503860 外文資料翻譯 PAGEREF _Toc295503860 h 47前言在煤炭消費(fèi)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、巖石、下放資料、升降人員和設(shè)備的義務(wù)，是聯(lián)絡(luò)井上與井下的獨(dú)一途徑，素有礦井“咽喉之稱。提升機(jī)的電力傳動(dòng)特性復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)、制動(dòng)不斷地轉(zhuǎn)換的形狀中。對(duì)提升機(jī)來說，運(yùn)轉(zhuǎn)的平安、可靠性是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的消費(fèi)效率，作為運(yùn)送人員的副井，

16、一旦發(fā)生缺點(diǎn)，往往呵斥機(jī)毀人亡。提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平安可靠性不僅直接影響整個(gè)礦井的消費(fèi)才干，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下任務(wù)人員的生命平安。因此，研制并制造既平安可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤礦平安消費(fèi)的一項(xiàng)重要課題。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)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(jiǎn)約、軟件靈敏性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛運(yùn)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)公用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等。操作、監(jiān)控和平安

17、維護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計(jì)算機(jī)運(yùn)用軟件能完成提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等各種運(yùn)動(dòng)方式的控制要求。在廣泛調(diào)查現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)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(jiǎn)單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)安裝，運(yùn)用先進(jìn)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)速的重要研討方向之一。采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照構(gòu)造規(guī)范化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原那么，研制消費(fèi)適宜礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)展技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。第1章 標(biāo)題 第1章 緒 論1.1課題概述礦井提升機(jī)是

18、機(jī)、電、液一體化的大型機(jī)械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是消費(fèi)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。在煤炭消費(fèi)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放資料、升降人員和設(shè)備的義務(wù)，是聯(lián)絡(luò)井上與井下的獨(dú)一途徑，素有礦井咽喉之稱。提升機(jī)的電力傳動(dòng)特性復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)、制動(dòng)不斷地轉(zhuǎn)換的形狀中。對(duì)應(yīng)提升機(jī)來說運(yùn)轉(zhuǎn)的平安可靠是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的消費(fèi)效率，作為運(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生缺點(diǎn)往往呵斥機(jī)毀人亡。提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平安可靠性不僅直接影響整個(gè)礦井的消費(fèi)才干，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下任務(wù)人員的生命平安。因此，研制并制造即平安可靠又節(jié)省能源的

19、提升機(jī)是煤炭平安消費(fèi)的一項(xiàng)重要課題。1.2國(guó)內(nèi)外礦井提升機(jī)的開展情況礦井提升安裝是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的提高和礦井消費(fèi)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對(duì)提升機(jī)任務(wù)特性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動(dòng)控制系統(tǒng)也逐漸趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐漸運(yùn)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(jī)控制中的運(yùn)用已成為必然的開展方向。1.2.1國(guó)外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀(1) 晶閘管-電動(dòng)機(jī)(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)部分興隆國(guó)家原有的交流提升機(jī)已根本上被晶閘管-電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱SCR-D)所取代。如德國(guó)、瑞典等國(guó)家己有90%以上采用直流提升機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減

20、速機(jī))，使系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，電機(jī)功率3000kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，滾筒直徑6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200m，具有完善的維護(hù)系統(tǒng);采用磁場(chǎng)反并聯(lián)，有平波電抗器及臥式深度發(fā)送安裝;采用積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號(hào);主回路采用兩組三相橋組成12脈動(dòng)順抗整流，大大提高了功率因數(shù)。SIEMENS(西門子)公司、ABB公司、CEOELEC公司以及ASEA公司等都有一樣類型的產(chǎn)品，其性：能大同小異。此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:體積小，分量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低;無減速器，總效率高，電能耗費(fèi)少;維護(hù)任務(wù)量小，

21、備件少，處置事故快;單機(jī)容量大，適用范圍廣;調(diào)速平滑，精度高;易于實(shí)現(xiàn)最正確控制和自動(dòng)化，平安可靠;節(jié)電顯著，5-8年可回收設(shè)備投資，是礦井節(jié)電的有效途徑。其缺陷在于:功率因數(shù)低，如三相橋平均功率因數(shù)只需0.45左右;無功沖擊大，高次諧波對(duì)電網(wǎng)影響大。這些缺陷可采用順序控制和多脈沖整流的方法以及在電網(wǎng)上加諧波濾波器等措施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi)。(2) 交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)SCR-D直流拖動(dòng)系統(tǒng)趨于成熟，且采用了順控技術(shù)等措施來提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)依然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，且對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，提升容量越大，問題越突出。再那么，直流電機(jī)制造本錢高，電樞

22、回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步添加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護(hù)任務(wù)量，缺點(diǎn)率高。因此換相整流子是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。由于存在上述兩個(gè)問題，迫使人們又重新思索交流拖動(dòng)方式。自80年代初以來，交流變頻供電的同步機(jī)拖動(dòng)異軍突起，在大型提升機(jī)中開展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動(dòng)方式。如SIEMENS公司1979年投運(yùn)的24200kw、l2650kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min;CEGELEC公司1983年投運(yùn)的l548OkW，額定轉(zhuǎn)速69.5r/min;AEG公司1985年投l30O0kW，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，ABB公司投運(yùn)的l4200kW額定轉(zhuǎn)速45.86r/min;SIEMAG公司投運(yùn)的2x4

23、6O0kW等變頻調(diào)速同步機(jī)拖動(dòng)的提升機(jī)，經(jīng)過多年的運(yùn)轉(zhuǎn)，均獲得勝利。這種拖動(dòng)系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點(diǎn):a 提升容量幾乎不受限制，最大可達(dá)l0000kw，提升速度可達(dá)20m/s以上，提升高度1200m以上，滾筒直徑達(dá)6.5m，這是直流系統(tǒng)難以到達(dá)的;b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)和降低了運(yùn)轉(zhuǎn)耗費(fèi);c 功率因數(shù)高，可達(dá)住0.91，極大地節(jié)省了電能;d 動(dòng)態(tài)質(zhì)量好(和直流系一致樣)，系統(tǒng)可在四象限平滑過渡和無級(jí)調(diào)速;e 由于機(jī)械特性好，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大;f 同步機(jī)的價(jià)錢和有色金屬的耗費(fèi)低于直流機(jī);g 調(diào)速范圍寬。因此，多數(shù)專家以為，變頻同步機(jī)拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機(jī)拖動(dòng)的必然開展方向。

24、這種 拖動(dòng)系統(tǒng)的缺陷是:(3)微機(jī)控制在提升機(jī)上的運(yùn)用從70年代開場(chǎng)，隨著微機(jī)技術(shù)的開展，微機(jī)控制技術(shù)己逐漸運(yùn)用于礦井提升機(jī)中。目前，國(guó)外己到達(dá)相當(dāng)成熟的階段，使整個(gè)拖動(dòng)控制產(chǎn)生一次艱苦的變革。其運(yùn)用主要表達(dá)在以下幾方面: 1) 提升工藝過程微機(jī)控制在交流變頻安裝中，提升工藝過程大都采用微機(jī)控制。由于微機(jī)功能強(qiáng)，運(yùn)用靈敏，運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。如AEG公司采用CP-80微機(jī)、ABB公司采用MASTER-200和SIEMENS公司采用S5-150等微機(jī)實(shí)現(xiàn)的變頻控制，都獲得了相當(dāng)勝利。它們把控制、監(jiān)視、基準(zhǔn)值預(yù)測(cè)以及模擬控制等組合在公共的微機(jī)控

25、制總線上組成靜止變流器的傳動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)速度及多個(gè)變量的調(diào)理。2) 提升行程控制提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)2cm。采用微機(jī)控制，可經(jīng)過采集各種傳感信號(hào)，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒位置、滾筒及鋼絲繩磨損等信號(hào)進(jìn)展處置，計(jì)算出罐籠準(zhǔn)確的位置而施以控制和維護(hù)。在罐籠提升時(shí)可實(shí)現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升才干。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微機(jī)來構(gòu)成行程給定器，并還提供性能不盡一樣的機(jī)械行程控制器口。普經(jīng)過程控制用微機(jī)不同時(shí)用于監(jiān)視，行程控制也采用單獨(dú)微機(jī)完成，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。3) 提升過程監(jiān)視由

26、于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)平安可靠性，所以提升過程監(jiān)視與平安回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采用微機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)形狀監(jiān)視;c 各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。其目的在于使各種缺點(diǎn)在出現(xiàn)之前就得以處置，防止事故的發(fā)生，并對(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)展存貯、保管或打印輸出，甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。4) 平安回路平安回路旨在出現(xiàn)機(jī)械、電氣缺點(diǎn)時(shí)控制提升機(jī)進(jìn)入平安維護(hù)形狀。為確保人員和設(shè)備的平安，對(duì)不同缺點(diǎn)普通采用不同的處置方法，大致分為以下四種情況:a 報(bào)警顯示，如冷卻器溫度過高等;b

27、二次不能開車，如電機(jī)繞組過熱、制動(dòng)油過熱等;c 立刻進(jìn)展電氣制動(dòng)，如停車終點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)本次提升應(yīng)盡快停下來;d 立刻進(jìn)展平安制動(dòng)，如過卷、超速等。平安回路極為重要，它是維護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采用兩臺(tái)PC微機(jī)構(gòu)成平安回路，使平安回路具完善的缺點(diǎn)監(jiān)視功能。無論是提升機(jī)還是平安回路本身出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施平安制動(dòng)。5) 制動(dòng)系統(tǒng)的控制與監(jiān)視制動(dòng)(可調(diào)閘)控制系統(tǒng)除要可靠地完成任務(wù)制動(dòng)和平安制動(dòng)外，還要完成對(duì)液壓站的控制以及各環(huán)節(jié)參數(shù)(如油壓、閘瓦磨損等)的監(jiān)視，其技術(shù)要求與平安回路類似。如西門子公司采用兩套可編程序控制器(PLC)的雙重控制與維護(hù)系統(tǒng)。6) 全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)德

28、國(guó)AEG公司的Logidyn D(32位機(jī))、西門子公司的Siemadyn D(16位機(jī))以及ABB公司的Tyrak(16位機(jī))系統(tǒng)都己運(yùn)用于提升機(jī)上。全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件構(gòu)造單一，參數(shù)穩(wěn)定且調(diào)整方便，可方便地與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員有更高的技術(shù)程度和計(jì)算機(jī)知識(shí)。7) 內(nèi)裝式提升機(jī)AEG公司消費(fèi)的內(nèi)裝式提升機(jī)，將提升主電機(jī)與滾筒合為一體，即轉(zhuǎn)子固定，轉(zhuǎn)動(dòng)的定子充任滾筒，使機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，占地面積小，制造本錢低。1.2.2國(guó)內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與開展趨向(1) 交流拖動(dòng)方式目前我國(guó)提升機(jī)約70%采用串電阻調(diào)速的交流拖動(dòng)方式。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改動(dòng)轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法，在調(diào)速

29、中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能耗費(fèi)在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。(2) 直流拖動(dòng)方式我國(guó)提升機(jī)采用直流拖動(dòng)有兩種系統(tǒng):直流發(fā)電機(jī)不斷流電動(dòng)機(jī)機(jī)和晶閘管不斷流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。其消費(fèi)和運(yùn)用情況如下: 國(guó)內(nèi)研制大型直流提升機(jī)主要有三大廠家:a 上海電機(jī)廠主要消費(fèi)配套電機(jī)，已消費(fèi)低速直流電機(jī)80多臺(tái)，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速5Or/min，其中長(zhǎng)廣煤礦及五村煤礦的提升機(jī)為100OkW、48r/min，淮南潘三礦采用一臺(tái)26O0kW低速直聯(lián)電機(jī);b 上海冶金礦山機(jī)械廠主要消費(fèi)主機(jī)及信號(hào)系統(tǒng)，已消費(fèi)80 多臺(tái)提升機(jī)，1979 年消費(fèi)過一臺(tái)

30、低速直聯(lián)落地式提升機(jī);c 北京整流器廠主要消費(fèi)配套電控，已從瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引進(jìn)了晶閘管電控整機(jī)系統(tǒng)及元件消費(fèi)線，直流電控容量可達(dá)7000kW;還引進(jìn)了交流變頻調(diào)速(交不斷一交)電控消費(fèi)線，可消費(fèi)單機(jī)4200kW變頻調(diào)速電控設(shè)備;1986年向甘肅金川礦提供了一套帶微機(jī)控制的800kW直流電控設(shè)備。 從國(guó)外引進(jìn)的晶閘管供電的直流提升機(jī)20多套，其中AEG公司21O0kW低速直聯(lián)6套、西門子公司低速直聯(lián)4套、瑞典ASEA公司9套。另外，還正在引進(jìn)計(jì)算機(jī)控制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng)。(3) 研制與開展 國(guó)產(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐漸完善和推行運(yùn)用。 大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)

31、89%，國(guó)內(nèi)正在組織研討這種系統(tǒng)，不少院校和研討單位都在著手研制。如天津電氣傳動(dòng)研討所己研制了一臺(tái)300kw的變頻調(diào)速安裝。 可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的運(yùn)用可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾才干強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)繼電邏輯容易，根本免于維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對(duì)我國(guó)占大部分的交流提升機(jī)繼電-接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)展技術(shù)改造;因此有不少單位都在著手研制，如焦作礦務(wù)局，韓城礦務(wù)局均用可編程序控制器對(duì)TKD電控系統(tǒng)進(jìn)展改造，已投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)用，曾經(jīng)顯示出了很強(qiáng)的生命力。這是今后一段時(shí)期乃至凡十年對(duì)我國(guó)占絕大多數(shù)采用繼電控制的交流提升系統(tǒng)進(jìn)展技術(shù)改造的必由之路。1.3 本文內(nèi)容及研討的意義1.3.1 研討內(nèi)容

32、當(dāng)前國(guó)內(nèi)提升機(jī)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(jī)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:(1) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，耗費(fèi)電能，呵斥能源浪費(fèi)。(2) 電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。(3) 繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器運(yùn)用壽命，維修本錢較高。(4) 交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。(5) 電動(dòng)機(jī)依托轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)轉(zhuǎn)特性較軟。(6) 提升容器經(jīng)過給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能到達(dá)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

33、。上述問題使提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和平安性不能得到有效的保證。因此，需求研制更加平安可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和平安性得到提高。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)展晉級(jí)換代。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)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(jiǎn)約、軟件靈敏性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC 技術(shù)曾經(jīng)廣泛運(yùn)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)公用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等。操作、監(jiān)控

34、和平安維護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計(jì)算機(jī)運(yùn)用軟件能完成提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、低速爬行等各種運(yùn)動(dòng)方式的控制要求。1.3.2 研討意義在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前山西省各大煤礦的礦井提升機(jī)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，已不能順應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)開展的需求.因此有必要對(duì)其調(diào)速方案進(jìn)展改造。在廣泛調(diào)查現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)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(jiǎn)單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn):電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)安裝，運(yùn)用先進(jìn)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)速的重要研討方向之一。 采用

35、先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照構(gòu)造規(guī)范化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原那么，研制消費(fèi)適宜礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)展技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。運(yùn)用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)方式，實(shí)現(xiàn)良好的人-機(jī)對(duì)話;實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀，上位機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示及缺點(diǎn)閉鎖:可進(jìn)展缺點(diǎn)報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)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(jì);缺點(diǎn)聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處置。為保證提升設(shè)備無事故，在提升設(shè)備有能夠出現(xiàn)缺點(diǎn)的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上，設(shè)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測(cè)、控制、自診斷以及記錄和維護(hù)安裝(如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、

36、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等記錄)。本文從處理實(shí)踐礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)速方案進(jìn)展了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了本錢，提高了控制精度，加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。闡明本文所提出的設(shè)計(jì)方案具有適用價(jià)值。適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目的。 REF _Ref168484390 r h 錯(cuò)誤！未找到援用源。 REF _Ref168484424 h 錯(cuò)誤！未找到援用源。 PAGE 6 PAGE 17第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 礦井提升機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求提升機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足消費(fèi)工藝的要求速度圖。所以需求先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性。提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的給定速度u

37、=f(t)如圖2-1所示，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式Td=Te-Ti= Tn *e/375 (2.1)式中 Te-電動(dòng)機(jī)電動(dòng)力矩;Ti-傳動(dòng)系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩;Tn-傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪力矩，Tn=4gJ，其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()，g為重力加速度Td-傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩,e-加速度。可以得出按給定速度圖所需轉(zhuǎn)矩Te=f(t)的特性，從而可以得到拖動(dòng)系統(tǒng)所需的力F=f(t)，提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)給定速度圖、力圖如圖2-1所示。 圖a 圖b圖c圖d 圖2-1 提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)給定速度圖、力圖提升機(jī)的負(fù)載靜力FL決議于提升機(jī)滾筒接受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物體的凈載重。由于提升系統(tǒng)的負(fù)載為位勢(shì)負(fù)載，所

38、以靜力FL的作用方向一直是提升重物的重力方向，而與系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)形狀和方向無關(guān)。因此在電動(dòng)機(jī)不帶電時(shí)，為了使重的罐籠處于靜止形狀(便于罐籠的裝卸載)，對(duì)滾筒必需施加機(jī)械閘。從圖2-1可以看出，要使提升機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)力矩Te能夠?yàn)檎材軌驗(yàn)樨?fù)。這意味著電動(dòng)機(jī)不僅要任務(wù)在電動(dòng)形狀，還應(yīng)能任務(wù)在制動(dòng)形狀。由于不同的負(fù)載，不同的提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀也各不一樣。綜合以上提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)以及礦山消費(fèi)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下:(1) 加(減)速度符合國(guó)家有關(guān)平安消費(fèi)規(guī)程的規(guī)定。提升人員時(shí)，加速度a0.75m/s2，升降物料時(shí)，加速度a1.2m/s(2) 具有良

39、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(yùn)轉(zhuǎn)方式及提升階段(加速、減速、等速、爬行等)(3) 有較好的起動(dòng)性能。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。不能夠待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必需能重載啟動(dòng)，有較高的過載才干。(4) 特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度根本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過大，影響系統(tǒng)正常任務(wù)(當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超越一定的限制時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我維護(hù)。迅速平安制動(dòng)停車，即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性)。(5) 任務(wù)方式轉(zhuǎn)換容易。要可以方便的進(jìn)展自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等任務(wù)方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈敏，不至于因任務(wù)方式的轉(zhuǎn)換影響正常消費(fèi)。(

40、6) 采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)效率。具備必要的連鎖和平安維護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)平安運(yùn)轉(zhuǎn).盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。2.2 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.2.1 控制單元根本原理我國(guó)提升機(jī)設(shè)備中，普遍運(yùn)用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點(diǎn)的邏輯控制，以磁放大器為中心組成模擬量閉環(huán)調(diào)理。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個(gè)控制義務(wù)，支配控制系統(tǒng)任務(wù)的“程序是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線銜接起來加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修正必需經(jīng)過改動(dòng)接線來實(shí)現(xiàn)。幾十年來 ，這種控制系統(tǒng)由于受元件程度的限制

41、而存在著缺陷，突出表如今:(1) 運(yùn)用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，缺點(diǎn)率高，任務(wù)穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改動(dòng)難度大，運(yùn)用壽命短。(2) 在啟動(dòng)過程中，由于罐籠的實(shí)踐載分量不同，實(shí)踐的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確甚至提早停車景象。(3) 采用磁放大器做調(diào)理控制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難保證。(4) 系統(tǒng)平安維護(hù)環(huán)節(jié)不全面，任務(wù)不可靠，缺點(diǎn)顯示不直觀，分析查找缺點(diǎn)難度大，缺乏運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)顯示功能.(5) 調(diào)速性能差，機(jī)械沖擊大，人員乘車溫馨性差。這些缺乏主要是由于采用繼電器控制方式呵斥的，在這種

42、控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。假設(shè)對(duì)該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)展技術(shù)改造，那么需求改動(dòng)控制戰(zhàn)略，采用當(dāng)代高新適用技術(shù)來控制，使之成為平安、可靠、高效率、自動(dòng)化程度高的電控系統(tǒng)。是可編程序邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC，PLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC經(jīng)過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化;PLC的輸入喻出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載維護(hù)措施，程序運(yùn)轉(zhuǎn)為循環(huán)掃描任務(wù)方式，且有缺點(diǎn)檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高;PLC控制系統(tǒng)構(gòu)造為模塊化構(gòu)造，維護(hù)改換方便，并可顯示缺點(diǎn)類型。圖2-2為可編程控制器控制系統(tǒng)。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系一致樣，但它們

43、是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的?？刂瞥绦蚴墙?jīng)過一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲(chǔ)器中.每個(gè)程序語句確定了一個(gè)順序，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)依次讀取存儲(chǔ)器中的程序語句，對(duì)它們的內(nèi)容進(jìn)展解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象任務(wù)。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修正不需求經(jīng)過改動(dòng)控制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需經(jīng)過編程器改動(dòng)程序存儲(chǔ)器中某些語句的內(nèi)容。 圖2-2 可編程控制器控制系統(tǒng)框圖可編程邏輯控制器由于其具有高可靠性以及軟件可編程的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的運(yùn)用。對(duì)于普通提升機(jī)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(jià)錢也不高.假設(shè)采用PLC技術(shù)對(duì)TKD-A電控

44、系統(tǒng)進(jìn)展改造，把原來由各種電器經(jīng)過連線而實(shí)現(xiàn)的邏輯控制改由PLC經(jīng)過軟件編程實(shí)現(xiàn)，那么控制線路將大大簡(jiǎn)化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干擾才干將大大加強(qiáng)，任務(wù)可靠性將大大提高，工藝改動(dòng)時(shí)只需求改動(dòng)控制程序即可。改造時(shí)堅(jiān)持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器作用不變，那么用戶運(yùn)用起來將非常方便，不需求順應(yīng)期。同時(shí)可以利用PLC的高速計(jì)數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通訊功能、缺點(diǎn)檢測(cè)及診斷功能、信號(hào)顯示功能等來添加一些新的控制功能，平安性將大大提高，運(yùn)轉(zhuǎn)將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確，完全可以滿足礦山消費(fèi)的苛刻要求，而且投資相對(duì)較少，性價(jià)比較高，具有很強(qiáng)的適用價(jià)值。2.2.2 調(diào)速安裝礦井提升機(jī)，從電力拖動(dòng)而言，可分為交

45、流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類。我國(guó)目前正在效力的礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中，屬于交流拖動(dòng)的有轉(zhuǎn)子電路串電阻的調(diào)速系統(tǒng):屬于直流拖動(dòng)的有直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)組成的G-M調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流安裝供電的V-M調(diào)速系統(tǒng)。直流拖動(dòng)系統(tǒng)普通采用他勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，在加速，減速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電耗小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn).根據(jù)供電方式的不同，直流拖動(dòng)系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng))，一類是晶閘管供電的系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng))。G-M系統(tǒng)的特點(diǎn)是過載才干強(qiáng)，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，維護(hù)任務(wù)量大但是技術(shù)要求不高，對(duì)系統(tǒng)以外的電網(wǎng)

46、不會(huì)呵斥有害的影響，即不會(huì)引起電力公害等。與G-M系統(tǒng)相比，V-M系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):功率放大倍數(shù)高，G-M系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在101左右，V-M系統(tǒng)可高達(dá)104，比G-M系統(tǒng)高三個(gè)數(shù)量級(jí);快速呼應(yīng)性好，G-M系統(tǒng)為秒級(jí)，V-M為毫秒級(jí)，因此動(dòng)態(tài)質(zhì)量快速性能較好;功耗小、效率高，G-M系統(tǒng)平均效率為75%左右，V-M系統(tǒng)可達(dá)85%左右，比G-M系統(tǒng)效率提高10%以上;調(diào)速范圍大，由于剩磁影響，G-M系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)速遭到限制，而V-M系統(tǒng)調(diào)速時(shí)速度從零到最大速度都能控制，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。直流拖動(dòng)系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點(diǎn)，是交流拖動(dòng)系統(tǒng)無法相比的。而V-M系統(tǒng)由于具有以上一些突出的特點(diǎn)，因此，目前在大型提

47、升機(jī)方面，世界各國(guó)大多采用直流拖動(dòng)方案，尤以V-M系統(tǒng)為主。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)消費(fèi)實(shí)際閱歷闡明，V-M系統(tǒng)尚存在以下缺陷:(1) 晶閘管元件的過載才干(過電壓、過電流)較低，因此在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中作為供電元件時(shí)，為了順應(yīng)瞬時(shí)過載(例如提升機(jī)的加速階段)的需求，通常將元件的容量和耐壓等級(jí)都相應(yīng)增大，或者添加運(yùn)用的晶閘管元件數(shù)量，使元件作串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，即使用的元件在正常負(fù)載時(shí)處于低負(fù)載(降級(jí)運(yùn)用)，以確保在過載的加速階段，晶閘管元件的負(fù)載依然在額定負(fù)載的范圍內(nèi)，不致由于出現(xiàn)過負(fù)荷時(shí)使晶閘管元件燒毀。但由于這種降級(jí)運(yùn)用，也給消費(fèi)維護(hù)上添加了困難。(2) 有沖擊性的無功功率。由于高次諧波的影響，使電網(wǎng)電壓

48、的動(dòng)搖加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害:同時(shí)低速時(shí)功率因數(shù)也較低。目前,在我國(guó)運(yùn)用的多繩摩擦輪提升機(jī)，G-M直流拖動(dòng)占一定比例，而進(jìn)口的直流拖動(dòng)提升系統(tǒng)，那么全部采用V-M系統(tǒng)。傳統(tǒng)的串電阻交流拖動(dòng)系統(tǒng)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，鞏固耐用，占地面積小，維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠?jī)r(jià)錢低廉，設(shè)備供貨容易，安裝調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn).主要缺陷是啟動(dòng)階段電能損耗較大，當(dāng)用于要求頻繁啟動(dòng)或不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度的多程度提升機(jī)時(shí)就更為不經(jīng)濟(jì)。但用于單程度提升時(shí)，其提升效果實(shí)踐上與用發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)。此外在調(diào)速性能方面，交流拖動(dòng)系統(tǒng)普通不如直流拖動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)越，但選用了動(dòng)力制動(dòng)、低頻制動(dòng)、可調(diào)機(jī)械閘、負(fù)荷丈量、計(jì)算裝載等輔助安裝后

49、，交流拖動(dòng)系統(tǒng)亦可獲得稱心的調(diào)速性能。綜上緣由，交流拖動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛運(yùn)用。近年來交流變頻調(diào)速技術(shù)迅速開展起來，調(diào)速方式的不斷提高使得運(yùn)用于提升機(jī)系統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)不僅僅局限于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻方式，變頻調(diào)速技術(shù)也越來越多地在提升機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用，充分發(fā)揚(yáng)出交流調(diào)速的優(yōu)勢(shì)。目前交流調(diào)速最有出路的是變頻調(diào)速技術(shù)，在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能滿足提升機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要開展方向。2.2.3 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、液壓站、光滑站、操作臺(tái)、平安維護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖2-3

50、所示。各部分功能如下。 2-3 提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖 1主控系統(tǒng)圖2-3為提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用三菱FX2N系列的可編程控制器，一備一用，當(dāng)主PLC發(fā)生缺點(diǎn)的時(shí)候可以迅速切換備用PLC不影響消費(fèi)。運(yùn)用PLC集成高速計(jì)數(shù)輸入口以及特殊高速計(jì)數(shù)模塊相結(jié)合，對(duì)分別安裝于電機(jī)軸、輥筒主軸、天輪的四個(gè)編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)展采集，同時(shí)監(jiān)視速度、深度以及判別松繩；A/D模塊采集現(xiàn)場(chǎng)液壓站及光滑站的油壓、油溫等信號(hào);在井筒及深指器各階段安裝行程開關(guān)，用以確定罐籠位置，并相互校驗(yàn)，到達(dá)停車位的準(zhǔn)確控制。程序編制滿足提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等任務(wù)方式，并可方便的轉(zhuǎn)換;滿足提升階段(如加速、減速、

51、等速、爬行等)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。 2變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用德國(guó)制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采用矢量控制技術(shù)適宜提升機(jī)任務(wù)環(huán)境，只需在控制單元給出對(duì)變頻器的控制命令(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等)即可使提升機(jī)按照設(shè)定的速度曲線運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足提升階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。變頻調(diào)速安裝本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫等維護(hù)，同時(shí)配合現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處置，可實(shí)現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要維護(hù)的雙線制維護(hù)功能，滿足煤礦平安規(guī)程要求。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號(hào)到PLC，要求只需在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩到達(dá)一定值的時(shí)候才可以松閘，這樣會(huì)防止豎井提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生溜車景象。 3液壓站為提升機(jī)提供制動(dòng)力，

52、停車時(shí)先經(jīng)過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)平安可靠地任務(wù)。 4操作臺(tái)操作臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制中心，經(jīng)過它可以設(shè)定系統(tǒng)的任務(wù)方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、減速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制功能。 5控制監(jiān)視系統(tǒng)：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(cè)提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的各種任務(wù)參數(shù)、任務(wù)形狀、缺點(diǎn)參數(shù)和缺點(diǎn)形狀。 6平安維護(hù)本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件平安電路和兩條軟件平安電路，這三條平安電路相互

53、冗余與閉鎖，一條斷開時(shí)，另兩條也同時(shí)斷開。硬平安回路經(jīng)過硬件回路實(shí)現(xiàn)，無論P(yáng)LC單元能否正常任務(wù)，一旦出現(xiàn)重度缺點(diǎn)信號(hào)，硬平安回路馬上斷開;軟平安回路分別在兩套PLC軟件中搭建，與硬平安回路一樣并且同時(shí)動(dòng)作。平安電路斷開后，系統(tǒng)會(huì)立刻解除運(yùn)轉(zhuǎn)控制指令，封鎖變頻器，制動(dòng)油泵，斷開平安閥和KT線圈，進(jìn)展緊急制動(dòng)。平安維護(hù)功能齊全，設(shè)有過卷、等速超速、定點(diǎn)超速、PLC 編碼器斷線、錯(cuò)向、傳動(dòng)系統(tǒng)缺點(diǎn)及自動(dòng)限速等維護(hù)功能。控制系統(tǒng)任務(wù)原理：當(dāng)司機(jī)聽到開車信號(hào)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，PLC控制將380V動(dòng)力電源接入變頻器。再松開液壓制動(dòng)閘并將主令控制器推到正向或反向，提升機(jī)開場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)

54、轉(zhuǎn)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(dòng)變頻器任務(wù)；對(duì)變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況需求，由操作臺(tái)速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)展控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器，PLC經(jīng)過該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走間隔 ，監(jiān)視器可以時(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。第3章 REF _Ref168484495 h 錯(cuò)誤！未找到援用源。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 PAGE 25第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1變頻調(diào)速的開展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的運(yùn)用傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容易，調(diào)速精度高等特點(diǎn)長(zhǎng)期占據(jù)了主導(dǎo)位置，

55、但是由于構(gòu)造復(fù)雜，過流才干不強(qiáng)，環(huán)境順應(yīng)差，難以實(shí)現(xiàn)高速度化等緣由，不斷限制了其運(yùn)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展。相比較而言，交流異步電機(jī)具有環(huán)境順應(yīng)才干強(qiáng)、過流才干大、結(jié)實(shí)耐用、構(gòu)造簡(jiǎn)單、容易維護(hù)及價(jià)錢低廉等優(yōu)點(diǎn)，但異步電機(jī)的調(diào)速性能難以滿足消費(fèi)要求。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制實(shí)際的飛速開展，現(xiàn)代控制實(shí)際越來越多的運(yùn)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，使得交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)，交流調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。近年來，電力電子技術(shù)的開展和DSP微處置器的推出，更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了根底，目前曾經(jīng)進(jìn)入了適用化階段，作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速，其開展不超越40年，卻獲得了長(zhǎng)足的提高，變頻

56、調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的運(yùn)用。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)大體閱歷了以下幾個(gè)開展階段：第一個(gè)階段為電壓/頻率(U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時(shí)定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需求人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時(shí)需求補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯樱诳刂栖浖袀溆胁煌甭实难a(bǔ)償特性，以便用戶選擇。第二個(gè)階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)展交流電動(dòng)機(jī)的控制，經(jīng)過電機(jī)一致實(shí)際和坐標(biāo)變換實(shí)際，把交流電動(dòng)機(jī)定子電流分解成磁場(chǎng)定向坐標(biāo)的磁場(chǎng)電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦后，交

57、流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂疲谑堑韧谥绷麟妱?dòng)機(jī)。第三個(gè)階段為直接轉(zhuǎn)矩控制，也叫直接自控，它避開了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換及求矢量模與相角的復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩呼應(yīng)時(shí)間控制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，控制性能更好。提升機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)，全數(shù)字變頻技術(shù)運(yùn)用于提升機(jī)控制。減速段速度調(diào)理采用低頻發(fā)電制動(dòng)方式，將系統(tǒng)的動(dòng)能反響給電網(wǎng)，與動(dòng)力制動(dòng)減速相比，不僅調(diào)速性能好、減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)理，使減速階段在各種條件下均可嚴(yán)厲按照給定的速度圖運(yùn)轉(zhuǎn)，使交流拖動(dòng)在減速段到達(dá)直流拖動(dòng)的調(diào)速性能，減速

58、段到爬行段過渡平滑。這樣在提升機(jī)系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)正力減速與爬行、負(fù)力減速與爬行以及驗(yàn)繩等多種任務(wù)方式，到達(dá)控制要求。采用矢量控制技術(shù)零速起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)150%，確保低速爬行時(shí)的啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)特性，輸出頻率跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可準(zhǔn)確指示出來。從而使傳動(dòng)系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性。采用直接轉(zhuǎn)矩控制可改善低頻特性，普通變頻器雖然可以輸出較低的頻率，但輸出力矩小，特性較軟，運(yùn)用于提升位能負(fù)載時(shí)，起動(dòng)瞬間總要溜車。采用特殊的軟件編程，改善低頻特性，即使在輸出0Hz的情況下，也能輸出200%的負(fù)載力矩，到達(dá)了在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程都能輸出滿足負(fù)載要求的力矩。完全防止了重載坡起時(shí)溜車的景象。提升機(jī)

59、運(yùn)用變頻調(diào)速控制具有以下優(yōu)點(diǎn):(1) 調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。經(jīng)過控制器的控制，變頻器的輸出頻率可以延續(xù)調(diào)理，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流小、動(dòng)負(fù)荷小、調(diào)速平滑而無沖擊。(2) 調(diào)速精度高。電動(dòng)機(jī)在自然特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小。(3) 動(dòng)態(tài)質(zhì)量好?？墒固嵘龣C(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時(shí)間降至最少，具有良好的動(dòng)態(tài)質(zhì)量。(4) 易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的換向，當(dāng)頻率降低至零后即可反向開車，采用控制器改動(dòng)相序即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡。(5) 節(jié)電效果顯著。變頻調(diào)速比轉(zhuǎn)子回路串接電阻的調(diào)速方法節(jié)約電能20%40%。3.2 變頻調(diào)速根本原理由電機(jī)學(xué)的根本公式: (4.1)式中電動(dòng)

60、機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p一定，改動(dòng)電源頻率f，即可改動(dòng)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)踐轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。電源頻率添加，同步轉(zhuǎn)速n0也添加，實(shí)踐轉(zhuǎn)速也添加；電源頻率下降，同步轉(zhuǎn)速n0也下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，這種經(jīng)過改動(dòng)電源頻率實(shí)現(xiàn)的速度調(diào)理過程稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機(jī)的控制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的呼應(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:1V/F控制V/F控制是交流電機(jī)最簡(jiǎn)單的一種控制方法，經(jīng)過控制過程中一直堅(jiān)持V/F 為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而V/F控制是一種開環(huán)的控制方式，速度動(dòng)態(tài)特性較差，電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率低，控制參數(shù)(如加/減速度等)