課程設(shè)計-----基于plc的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　題 目: 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　院系名稱： 電氣工程 專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 教師職稱：

2、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　礦井提升機(jī)是礦山最重要的設(shè)備，肩負(fù)著礦石、物料、人員等的運(yùn)輸責(zé)任。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，這類提升機(jī)通常在電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。針對這種情況采用PLC與變頻器相結(jié)合

3、的控制方案對原有電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高整個電控系統(tǒng)安全可靠性、控制精度及調(diào)速性能。因此，對礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個研究課題。</p><p>　　本文針對提升機(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應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進(jìn)行了較深入的研究。事實表明 ，采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時具有動態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。<

4、;/p><p>　　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</p><p>　　Title The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC Control　　　　　　　</p><p>　　Abstract </p&g

5、t;<p>　　The shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the materials，staff and equipment.The traditional shaft hoist control system is always controlled by the relay-contactor，an

6、d adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvanges such as bad reliability，complicated operation，high fault rate，large energy –wa

7、sting and low efficiency. According to this kind of condition, we adopt PLC</p><p>　　To these questions existing in the shaft hoist contro1 system，the paper applied PLC(Programmable Logic Controller)and freq

8、uency converter to the system,and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates，adopting control system，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.<

9、/p><p>　　Keywords：Shaft hoist；Frequency conversion；Vector control；PLC</p><p><b>　　目 次</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題概述1</p>

10、<p>　　1.2 國內(nèi)外礦井提升機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.3 本文內(nèi)容及研究的意義5</p><p>　　2 礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計8</p><p>　　2.1 礦井提升機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的要求8</p><p>　　2.2 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計10</p><p&

11、gt;　　3 PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用17</p><p>　　3.1 PLC概述17</p><p>　　3.2 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點17</p><p>　　3.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計18</p><p>　　4 變頻調(diào)速系統(tǒng)23</p><p>　　4.1 變頻調(diào)速的發(fā)展及在

12、提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用23</p><p>　　4.2 變頻調(diào)速基本原理24</p><p>　　4.3 變頻器的選擇26</p><p>　　5 PLC控制程序設(shè)計30</p><p>　　5.1 PLC軟件概述及提升機(jī)PLC控制要求30</p><p>　　5.2 程序設(shè)計30</p>

13、<p>　　5.3 系統(tǒng)抗干擾措施34</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)37</p><p>　　附錄 PLC接線圖39</p><p><

14、b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題概述</b></p><p>　　礦井提升機(jī)是機(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，是生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。在煤炭生產(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑，素有礦井咽喉之稱。提

15、升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜，電動機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對應(yīng)提升機(jī)來說運(yùn)行的安全可靠是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生故障往往造成機(jī)毀人亡。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力，影響整個礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。因此，研制并制造即安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤炭安全生產(chǎn)的一項重要課題。</p><p>

16、;　　1.2 國內(nèi)外礦井提升機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化</p><p>　　要求的不斷提高，人們對提升機(jī)工作特性的認(rèn)識進(jìn)一步深化，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(jī)控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展方向。</p>

17、<p>　　1.2.1 國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀</p><p>　　(1) 晶閘管-電動機(jī)(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)</p><p>　　部分發(fā)達(dá)國家原有的交流提升機(jī)已基本上被晶閘管-電動機(jī)(以下簡稱SCR-D)所取代。如德國、瑞典等國家己有90%以上采用直流提升機(jī)，傳動系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減速機(jī))，使系統(tǒng)大為簡化。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，電機(jī)功

18、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，具有完善的保護(hù)系統(tǒng);采用磁場反并聯(lián)，有平波電抗器及臥式深度發(fā)送裝置;采用積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號;主回路采用兩組三相橋組成12脈動順抗整流，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公司等都有相同類型的產(chǎn)品，其性能大同小異。此類系統(tǒng)的優(yōu)點在于:體積小，重

19、量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費用低;無減速器，總效率高，電能消耗少;維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快;單機(jī)容量大，適用范圍廣;調(diào)速平滑，精度高;易于實現(xiàn)最佳控制和自動化，安全可靠;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。其缺點在于:功率因數(shù)低，如三相橋平均功率因數(shù)只有0.45左右;無功沖擊大，高次諧波對</p><p>　　(2) 交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動提升系統(tǒng)</p><

20、p>　　SCR-D直流拖動系統(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)仍然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，且對電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，提升容量越大，問題越突出。再則，直流電機(jī)制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步增加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護(hù)工作量，故障率高。因此換相整流子是個薄弱環(huán)節(jié)。由于存在上述兩個問題，迫使人們又重新考慮交流拖動方式。自80年代初以來，交流變頻供電的同步機(jī)拖動異

21、軍突起，在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動方式。如SIEMENS公司1979年投運(yùn)的2×4200kw、l×2650kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min;CEGELEC公司1983年投運(yùn)的l×548OkW，額定轉(zhuǎn)速69.5r/min;AEG公司1985年投l×30O0kW，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，ABB公司投運(yùn)的l×4200kW額定轉(zhuǎn)速45.86r/min;SIEMAG公司投運(yùn)的2

22、x46O0kW等變頻調(diào)速同步機(jī)拖動的提升機(jī)，經(jīng)過多年的運(yùn)行，均獲得成功。這種拖動系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點: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</p><p>　　(3) 微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用</p><p>　　從70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提</p><p>　　升機(jī)中。目前，國外己

23、達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，使整個拖動控制產(chǎn)生一次重大的變</p><p>　　革。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面:</p><p>　　1) 提升工藝過程微機(jī)控制</p><p>　　在交流變頻裝置中，提升工藝過程大都采用微機(jī)控制。由于微機(jī)功能強(qiáng)，使用靈活，運(yùn)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。如AEG公司采用CP-80微機(jī)、ABB公司采用

24、MASTER-200和SIEMENS公司采用S5-150等微機(jī)實現(xiàn)的變頻控制，都獲得了相當(dāng)成功。它們把控制、監(jiān)視、基準(zhǔn)值預(yù)測以及模擬控制等組合在公共的微機(jī)控制總線上組成靜止變流器的傳動控制，計算機(jī)實現(xiàn)速度及多個變量的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2) 提升行程控制</b></p><p>　　提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點準(zhǔn)確停車

25、，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)±2cm。采用微機(jī)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、井筒位置、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理，計算出罐籠準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。在罐籠提升時可實現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微機(jī)來構(gòu)成行程給定器，并還提供性能不盡相同的機(jī)械行程控制器口。一般過程控制用微機(jī)不同時用于監(jiān)視，行程控制也采用單獨微機(jī)完成，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。&

26、lt;/p><p><b>　　3) 提升過程監(jiān)視</b></p><p>　　由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計特別強(qiáng)調(diào)安全可靠性，所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，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)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。其目的在于使各種故障在出

27、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(jìn)行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。</p><p><b>　　4) 安全回路</b></p><p>　　安全回路旨在出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障時控制提升機(jī)進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)。為確保</p><p>　　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，大致分為以下四種

28、情況:a 報警顯示，如冷卻器溫度過高等;b 二次不能開車，如電機(jī)繞組過熱、制動油過熱等;c 立即進(jìn)行電氣制動，如停車終點設(shè)備出現(xiàn)故障時本次提升應(yīng)盡快停下來;d 立即進(jìn)行安全制動，如過卷、超速等。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采用兩臺PC微機(jī)構(gòu)成安全回路，使安全回路具完善的故障監(jiān)視功能。無論是提升機(jī)還是安全回路本身出現(xiàn)故障時都能準(zhǔn)確地實施安全制動。</p><p>　　5) 制動系統(tǒng)的控制

29、與監(jiān)視</p><p>　　制動(可調(diào)閘)控制系統(tǒng)除要可靠地完成工作制動和安全制動外，還要完成對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)要求與安全回路相似。如西門子公司采用兩套可編程序控制器(PLC)的雙重控制與保護(hù)系統(tǒng)。</p><p>　　6) 全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)</p><p>　　德國AEG公司的Logidyn D(32位機(jī))、西門子

30、公司的Siemadyn D(16位機(jī))以及ABB公司的Tyrak(16位機(jī))系統(tǒng)都己應(yīng)用于提升機(jī)上。全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)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。當(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員有更高的技術(shù)水平和計算機(jī)知識。</p><p>　　(4) 內(nèi)裝式提升機(jī)</p><p>　　AEG公司生產(chǎn)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)動的定子充當(dāng)滾筒，使機(jī)構(gòu)

31、大為簡化，占地面積小，制造成本低。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向</p><p>　　(1) 交流拖動方式</p><p>　　目前我國提升機(jī)約70%采用串電阻調(diào)速的交流拖動方式。有單繩和多繩兩種</p><p>　　系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大</p>

32、<p>　　量電能消耗在轉(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</p><p>　　調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。</p><p>　　(2) 直流拖動方式</p><p>　　我國提升機(jī)采用直流拖動有兩種系統(tǒng):直流發(fā)電機(jī)一直流電動機(jī)機(jī)和晶閘管一直流電動機(jī)系統(tǒng)。其生產(chǎn)和使用情況如下:</p><p>　　1)

33、 國內(nèi)研制大型直流提升機(jī)主要有三大廠家:a 上海電機(jī)廠主要生產(chǎn)配</p><p>　　套電機(jī)，已生產(chǎn)低速直流電機(jī)80多臺，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速5Or/min，其中長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26O0kW低速直聯(lián)電機(jī);b 上海冶金礦山機(jī)械廠主要生產(chǎn)主機(jī)及信號系統(tǒng)，已生產(chǎn)80 多臺提升機(jī)，1979 年生產(chǎn)過一臺低速直聯(lián)落地式提升機(jī);c 北京整流器廠主要生產(chǎn)配套

34、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)及元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達(dá)7000kW;還引進(jìn)了交流變頻調(diào)速(交一直一交)電控生產(chǎn)線，可生產(chǎn)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。</p><p>　　2) 從國外引進(jìn)的晶閘管供電的直流提升機(jī)20多套，其中AEG公司21O0kW</p><p>　　低速直聯(lián)

35、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)計算機(jī)控制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng)。</p><p><b>　　(3) 研制與發(fā)展</b></p><p>　　1) 國產(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用。</p><p>　　2) 大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)89%，國內(nèi)正在組織研究這種</p>

36、<p>　　系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制。如天津電氣傳動研究所己研制了一臺300kw的變頻調(diào)速裝置。</p><p>　　3) 可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨特優(yōu)點，特別適用于對我國占大部分的交流提升機(jī)繼電-接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造;因此有不少單位都在著手研制，如焦

37、作礦務(wù)局，韓城礦務(wù)局均用可編程序控制器對TKD電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，已投入正常運(yùn)行和使用，已經(jīng)顯示出了很強(qiáng)的生命力。這是今后一段時期乃至凡十年對我國占絕大多數(shù)采用繼電控制的交流提升系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的必由之路。</p><p>　　1.3 本文內(nèi)容及研究的意義</p><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容</p><p>　　當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分

38、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:</p><p>　　(1) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。</p><p>　　(2) 電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。</p><p>　　(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。&l

39、t;/p><p>　　(4) 交流繞線異步電動機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。</p><p>　　(5) 電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。</p><p>　　(6) 提升容器通過給定的減速點時，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)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。</p><p>　　上

40、述問題使提升機(jī)運(yùn)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(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代。</p><p>　　就計算機(jī)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(jī)型，它是采用計算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PL

41、C控制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制，配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機(jī)拖動等。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運(yùn)動方式的控制要求。</p><p>　　1.3.2 研究意義</p><p>　　在

42、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(jìn)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(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，具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu)點:電力拖動系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動裝置，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)速的重要研究

43、方向之一。</p><p>　　采用先進(jìn)的工業(yè)計算機(jī)、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(jī)電控設(shè)備是進(jìn)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用組態(tài)模式，實現(xiàn)良好的人-機(jī)對話;實時監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，上位機(jī)動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖:可進(jìn)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

44、聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處理。</p><p>　　為保證提升設(shè)備無事故，在提升設(shè)備有可能出現(xiàn)故障的各個重要環(huán)節(jié)上，設(shè)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置(如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、運(yùn)行時間等記錄)。</p><p>　　本文從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進(jìn)行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控

45、制精度，加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。表明本文所提出的設(shè)計方案具有實用價值。適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的追求目標(biāo)。</p><p>　　2 礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　2.1 礦井提升機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　提升機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖。所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。</p

46、><p>　　提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的給定速度u=f(t)如圖2.1所示，根據(jù)動力學(xué)方程式</p><p>　　Td=Te-Ti= Tn *e/375 (2.1)</p><p>　　式中 Te-電動機(jī)電動力矩;Ti-傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩;Tn-傳動系統(tǒng)的飛輪力矩，Tn=4gJ，其中J為轉(zhuǎn)動慣量(㎏·㎡)，g為重力加速度</p&

47、gt;<p>　　Td-傳動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩,e-加速度。</p><p>　　可以得出按給定速度圖所需轉(zhuǎn)矩Te=f(t)的特性，從而可以得到拖動系統(tǒng)</p><p>　　所需的力F=f(t)，提升機(jī)傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖如圖2.1所示。</p><p><b>　　圖a</b></p><p><b

48、>　　圖b</b></p><p><b>　　圖c</b></p><p><b>　　圖d</b></p><p>　　圖2.1 提升機(jī)傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖</p><p>　　提升機(jī)的負(fù)載靜力FL決定于提升機(jī)滾筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物

49、體的凈載重。由于提升系統(tǒng)的負(fù)載為位勢負(fù)</p><p>　　載，所以靜力FL的作用方向始終是提升重物的重力方向，而與系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)</p><p>　　和方向無關(guān)。因此在電動機(jī)不帶電時，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài)(便于罐籠</p><p>　　的裝卸載)，對滾筒必須施加機(jī)械閘。</p><p>　　從圖2.1可以看出，要使提升機(jī)按照給定的速度

50、圖運(yùn)行，電動力矩Te可能</p><p>　　為正，也可能為負(fù)。這意味著電動機(jī)不僅要工作在電動狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動</p><p>　　狀態(tài)。由于不同的負(fù)載，不同的提升機(jī)運(yùn)行階段，電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也各不相同。</p><p>　　綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點，提升機(jī)工藝對提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下:</p><p>　　(1

51、) 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</p><p>　　a≦0.75m/s2，升降物料時，加速度a≦1.2m/s2,另外不得超過提升機(jī)的減速器所允許的動力矩。</p><p>　　(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(yùn)行方式及提升階段(加速、減速、等速、爬行等)</p><p>　　(3) 有較好

52、的起動性能。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，穩(wěn)定運(yùn)行的要求。不可能待系統(tǒng)運(yùn)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。</p><p>　　(4) 特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時速降過大，影響系統(tǒng)正常工作(當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性)。</p><p>　　(5) 工作方式

53、轉(zhuǎn)換容易。要能夠方便的進(jìn)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)。</p><p>　　(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護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行.盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費用。</p><p>　　2.2 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計</p><

54、p>　　2.2.1 控制單元基本原理</p><p>　　我國提升機(jī)設(shè)備中，普遍使用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個控制任務(wù)，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線連接起來加以實現(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，控制程序的修改必須通過改變接線來實現(xiàn)。&

55、lt;/p><p>　　幾十年來 ，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:</p><p>　　(1) 使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運(yùn)行噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，故障率高，工作穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改變難度大，使用壽命短。</p><p>　　(2) 在啟動過程中，由于罐籠的實際載重量不同，實際的加速

56、過程并非按照預(yù)定的設(shè)計參數(shù)運(yùn)行，常常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確甚至提前停車現(xiàn)象。</p><p>　　(3) 采用磁放大器做調(diào)節(jié)控制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難保證。</p><p>　　(4) 系統(tǒng)安全保護(hù)環(huán)節(jié)不全面，工作不可靠，故障顯示不直觀，分析查找故障難度大，缺乏運(yùn)行參數(shù)顯示功能.</p><p>　　(5) 調(diào)速性能差，機(jī)械沖擊大，人員乘車舒適性差。</p

57、><p>　　這些不足主要是因為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。如果對該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動化程度高的電控系統(tǒng)。是可編程序邏輯控制器，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)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化;PLC的輸入喻出回路均

58、帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，程序運(yùn)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(hù)更換方便，并可顯示故障類型。</p><p>　　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?？刂瞥绦蚴峭ㄟ^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(yùn)行時依次讀取存儲器中

59、的程序語句，對它們的內(nèi)容進(jìn)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。</p><p>　　圖2.2 可編程控制器控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　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。</p&

60、gt;<p>　　對于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的PLC即可滿足要求，其價格也不高.如果采用PLC技術(shù)對TKD-A電控系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)，工作可靠性將大大提高，工藝改變時只需要改變控制程序即可。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

61、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(yùn)行將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)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(qiáng)的實用價值。</p><p>　　2.2.2 調(diào)速裝置</p><p>　　礦井提升機(jī)，從電力拖動而言，可分為交流拖動和直流拖動兩大類。我國目前正在服務(wù)的礦

62、井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中，屬于交流拖動的有轉(zhuǎn)子電路串電阻的調(diào)速系統(tǒng):屬于直流拖動的有直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)組成的G-M調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流裝置供電的V-M調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　直流拖動系統(tǒng)一般采用他勵電動機(jī)作為主拖動電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段運(yùn)行穩(wěn)定，在加速，減速和低速運(yùn)行時的電耗小，容易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點.根據(jù)供電方式的不同，直流拖動系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)(簡稱G-M系統(tǒng))，一

63、類是晶閘管供電的系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))。</p><p>　　G-M系統(tǒng)的特點是過載能力強(qiáng)，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運(yùn)行可靠，維護(hù)工作量大但是技術(shù)要求不高，對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害的影響，即不會引起電力公害等。</p><p>　　與G-M系統(tǒng)相比，V-M系統(tǒng)具有以下優(yōu)點: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)高三個數(shù)量級

64、;快速響應(yīng)性好，G-M系統(tǒng)為秒級，V-M為毫秒級，因而動態(tài)品質(zhì)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)速時轉(zhuǎn)速受到限制，而V-M系統(tǒng)調(diào)速時速度從零到最大速度都能控制，運(yùn)行可靠。</p><p>　　直流拖動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點，是交流拖動系統(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

65、，因此，目前在大型提升機(jī)方面，世界各國大多采用直流拖動方案，尤以V-M系統(tǒng)為主。但是根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明，V-M系統(tǒng)尚存在以下缺點:</p><p>　　(1) 晶閘管元件的過載能力(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，為了適應(yīng)瞬時過載(例如提升機(jī)的加速階段)的需要，通常將元件的容量和耐壓等級都相應(yīng)增大，或者增加使用的晶閘管元件數(shù)量，使元件作串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，即使用的元件在正常負(fù)載時處于

66、低負(fù)載(降級使用)，以確保在過載的加速階段，晶閘管元件的負(fù)載仍然在額定負(fù)載的范圍內(nèi)，不致由于出現(xiàn)過負(fù)荷時使晶閘管元件燒毀。但由于這種降級使用，也給生產(chǎn)維護(hù)上增加了困難。</p><p>　　(2) 有沖擊性的無功功率。由于高次諧波的影響，使電網(wǎng)電壓的波動加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害”:同時低速時功率因數(shù)也較低。</p><p>　　目前,在我國使用的多繩摩擦輪提升機(jī)，G-M直流拖動

67、占一定比例，而進(jìn)口的直流拖動提升系統(tǒng)，則全部采用V-M系統(tǒng)。</p><p>　　傳統(tǒng)的串電阻交流拖動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，占地面積小，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠價格低廉，設(shè)備供貨容易，安裝調(diào)試周期短等優(yōu)點.主要缺點是啟動階段電能損耗較大，當(dāng)用于要求頻繁啟動或不同運(yùn)行速度的多水平提升機(jī)時就更為不經(jīng)濟(jì)。但用于單水平提升時，其提升效果實際上與用發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動系統(tǒng)相當(dāng)。此外在調(diào)速性能方面，交流拖動系統(tǒng)一般不如直流

68、拖動系統(tǒng)優(yōu)越，但選用了動力制動、低頻制動、可調(diào)機(jī)械閘、負(fù)荷測量、計算裝載等輔助裝置后，交流拖動系統(tǒng)亦可獲得滿意的調(diào)速性能。綜上原因，交流拖動系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　近年來交流變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展起來，調(diào)速方式的不斷進(jìn)步使得運(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)中廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮出交流調(diào)速的優(yōu)勢

69、。</p><p>　　目前交流調(diào)速最有前途的是變頻調(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)速方案將是重要發(fā)展方向。</p><p>　　2.2.3 系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　基于PLC控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤滑站、操作臺、安全保護(hù)和控制監(jiān)視系

70、統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。各部分功能如下。</p><p>　　圖2.3 提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　?。?）主控系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2.4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)生故障的時候可以迅速切換備用PLC不影響生產(chǎn)。使用PLC集成高速計數(shù)輸入

71、口以及特殊高速計數(shù)模塊相結(jié)合，對分別安裝于電機(jī)軸、輥筒主軸、天輪的四個編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時監(jiān)視速度、深度以及判斷松繩；A/D模塊采集現(xiàn)場液壓站及潤滑站的油壓、油溫等信號;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，達(dá)到停車位的精確控制。程序編制滿足提升機(jī)自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式，并可方便的轉(zhuǎn)換;滿足提升階段(如加速、減速、等速、爬行等)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。</p><p>&l

72、t;b>　?。?）變頻調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)采用德國制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采用矢量控制技術(shù)適合提升機(jī)工作環(huán)境，只需在控制單元給出對變頻器的控制命令(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)行，滿足提升階段穩(wěn)定運(yùn)行的要求。變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時配合來自現(xiàn)場的各種信號傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實現(xiàn)絞車過卷、過速

73、、減速、限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)功能，滿足煤礦安全規(guī)程要求。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號到PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時候才可以松閘，這樣會避免豎井提升機(jī)啟動時發(fā)生溜車現(xiàn)象。</p><p><b>　　（3）液壓站</b></p><p>　　為提升機(jī)提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動力，再取消直流制動力；提升機(jī)起動時，先對電機(jī)施加直流

74、制動，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。</p><p><b>　?。?）操作臺</b></p><p>　　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(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(jī)啟動、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。<

75、;/p><p>　?。?）控制監(jiān)視系統(tǒng)：</p><p>　　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)。</p><p><b>　　（6）安全保護(hù)</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖

76、，一條斷開時，另兩條也同時斷開。硬安全回路通過硬件回路實現(xiàn)，無論P(yáng)LC單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開;軟安全回路分別在兩套PLC軟件中搭建，與硬安全回路相同并且同時動作。安全電路斷開后，系統(tǒng)會立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器，制動油泵，斷開安全閥和KT線圈，進(jìn)行緊急制動。安全保護(hù)功能齊全，設(shè)有過卷、等速超速、定點超速、PLC 編碼器斷線、錯向、傳動系統(tǒng)故障及自動限速等保護(hù)功能。</p><

77、p>　　控制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)司機(jī)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(jī)開始運(yùn)行。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)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(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號

78、傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機(jī)速度和位置。</p><p>　　3 PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p><b>　　PLC概述</b></p><p>　　國際電工委員會（IEC）于1982年11月1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是

79、一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計。具有其他工業(yè)設(shè)備難以具備的特點：</p><p>　　PLC具有以下特點:</p><p

80、>　　(1) 可靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波的多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用E2PROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達(dá)幾萬小時以上。</p><p>　　(2) 控制功能強(qiáng)。PLC所采用的CPU一般是具有較強(qiáng)位處理功能的位處理機(jī)，為了增強(qiáng)其復(fù)雜控制功能和聯(lián)網(wǎng)通信等管理功能，可以采用雙CPU的運(yùn)行方式，使其功能得到極大的加強(qiáng)。</p><p>

81、　　(3) 編程方便易學(xué)。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學(xué)習(xí)。</p><p>　　(4) 模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統(tǒng)。</p><p>　　(5) 與外部設(shè)備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動端子

82、排，提供不同的端子功能適合用于多種電氣規(guī)格。</p><p>　　(6) 適用與惡劣的工業(yè)環(huán)境。采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合。</p><p>　　(7) 體積小、重量輕、功耗低、性價比高。維修方便，功能更改靈活。</p><p>　　3.2 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點</p><p>　　三菱PLC有如下系列

83、:Q系列, AnS系列，QnA系列，A系列和FX系列前四個系列的PLC為模塊型?？砂匆笈渲谩?FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。</p><p>　　Q4AR系列為雙機(jī)熱備系列，最大輸入輸出點數(shù)為8192點。</p><p>　　A系列PLC的最大輸入輸出點數(shù)為2048點。 F系列程控器的最大輸入輸出點數(shù)為256點。 三菱小型FX2N

84、系列程控器的輸入輸出點最大不超過256點。每臺主機(jī)可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過8個。 FX 系列PLC根據(jù)輸入輸出點數(shù)不同及功能分為多個不同的系列：</p><p>　　輸入出點數(shù)在30點以內(nèi)可使用 FX1S系列 輸入出點數(shù)在128點以內(nèi)可使用FX1N系列 輸入出點數(shù)在256點以內(nèi)可使用 FX2N系列 FX2N系列是PLCFX家族中最先進(jìn)的系列?；締卧?(

85、16～128點) 有繼電器或晶體管輸出,最多可擴(kuò)展到256點。內(nèi)置有8K步RAM (最多可擴(kuò)展到16K步)可選用存儲卡盒, 有RAM, EPROM和EEPROM。</p><p>　　FX2N系列PLC的特點：</p><p>　　(1) 高速的運(yùn)算速度</p><p>　　基本指令：0.08微秒/指令，應(yīng)用指令：1.52至幾百微秒/指令。</p>&

86、lt;p>　　(2) 更靈活的配置</p><p>　　除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個基本FX2N單元中的每個單元可以擴(kuò)充到256個I/O?？稍黾右粋€通道,如: 連接一臺人機(jī)界面顯示單元DU，另外一個連接編程器或連二臺DU。 (3) 豐富的軟元件</p><p>　　3072點輔助繼電器(M)、256點計時器、235點計數(shù)器、8000數(shù)據(jù)寄存器和1000點狀

87、態(tài)繼電器(S)。 </p><p><b>　　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.3.1 PLC的I/O分配</p><p>　　為提高系統(tǒng)可靠性，PLC的輸入輸出信號均采用一定的信號隔離方式:輸入信號，開關(guān)量信號通過繼電器隔離分配，電平信號通過信號分配板隔離分配;輸出信號，通過中間繼電器轉(zhuǎn)接來控制執(zhí)行對象。</p&g

88、t;<p>　　在設(shè)計時需統(tǒng)計I/O的總量，包括開關(guān)量和模擬量，以確定選用PCL的模塊數(shù)量以及型號。具體分配如下表，F(xiàn)X2N-A-1系列PLC控制系統(tǒng)的輸入信號及地址編號如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 輸入點地址編碼</p><p>　　FX2N-B-1系列PLC的控制系統(tǒng)的輸入信號及地址編號如表3.2所示。</p><p>　　表3.

89、2 輸入點地址編碼</p><p>　　FX2N-C-1PLC的控制系統(tǒng)的輸入信號及地址編號如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 輸入點地址編碼</p><p>　　FX2N-B-1控制系統(tǒng)的輸出信號及地址編號如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 輸出點地址編碼</p><p>　　FX2N-A-1

90、控制系統(tǒng)的輸出信號及地址編號如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 輸出點地址編碼</p><p>　　3.3.2 PLC接線圖</p><p>　　FX2N-128MRPLC硬件接線圖見附錄。</p><p><b>　　4 變頻調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　　4.1 變頻調(diào)

91、速的發(fā)展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容易，調(diào)速精度高等特點長期占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過流能力不強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)差，難以實現(xiàn)高速度化等原因，一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。相比較而言，交流異步電機(jī)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、容易維護(hù)及價格低廉等優(yōu)點，但異步電機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制理論的飛速發(fā)展，現(xiàn)代

92、控制理論越來越多的應(yīng)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、相競爭，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。近年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展和DSP微處理器的推出，更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，目前已經(jīng)進(jìn)入了實用化階段，作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速，其發(fā)展不超過40年，卻取得了長足的進(jìn)步，變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制技

93、術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：</p><p>　　第一個階段為電壓/頻率(U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時需要補(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。</p><p>　　第二個階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動機(jī)的控制特點來進(jìn)行交流電

94、動機(jī)的控制，通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動機(jī)定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場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，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電動機(jī)。</p><p>　　第三個階段為直接轉(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)雜計算工作，直接在定子坐標(biāo)系上計算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間控制在一拍以內(nèi)，

95、且無超調(diào)，控制性能更好。</p><p>　　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)應(yīng)用于提升機(jī)控制。減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式，將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)，與動力制動減速相比，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)實現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使減速階段在各種條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行，使交流拖動在減速段達(dá)到直流拖動的調(diào)速性能，減速段到爬行段過渡平滑。

96、這樣在提升機(jī)系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)能實現(xiàn)正力減速與爬行、負(fù)力減速與爬行以及驗繩等多種工作方式，達(dá)到控制要求。采用矢量控制技術(shù)零速起動轉(zhuǎn)矩達(dá)150%，確保低速爬行時的啟動與運(yùn)行特性，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，應(yīng)用于提升位能負(fù)載時，起動瞬間總要溜車。采用特殊的軟件編程，改善低頻特性，

97、即使在輸出0Hz的情況下，也能輸出200%的負(fù)載力矩，達(dá)到了在整個運(yùn)行過程都能輸出滿足負(fù)載要求的力矩。完全避免了重載坡起時溜車的現(xiàn)象。</p><p>　　提升機(jī)使用變頻調(diào)速控制具有下列優(yōu)點:</p><p>　　(1) 調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。通過控制器的控制，變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級調(diào)速，使電動機(jī)起動電流小、動負(fù)荷小、調(diào)速平滑而無沖擊。</p><p&g

98、t;　　(2) 調(diào)速精度高。電動機(jī)在自然特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小。</p><p>　　(3) 動態(tài)品質(zhì)好?？墒固嵘龣C(jī)的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間降至最少，具有良好的動態(tài)品質(zhì)。</p><p>　　(4) 易實現(xiàn)電動機(jī)的換向，當(dāng)頻率降低至零后即可反向開車，采用控制器改變相序即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡。</p><p>　　(5)

99、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%。</p><p>　　4.2 變頻調(diào)速基本原理</p><p>　　由電機(jī)學(xué)的基本公式: </p><p><b>　　(4.1)</b></p><p>　　式中電動機(jī)定子繞組的磁極對數(shù)p一定，改變電源頻率f，即可改變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速。異步電動機(jī)

100、的實際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速n0也增加，實際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，同步轉(zhuǎn)速n0也下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，這種通過改變電源頻率實現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。</p><p>　　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:</p><p><b>　　（1）V/F控制&l

101、t;/b></p><p>　　V/F控制是交流電機(jī)最簡單的一種控制方法，通過控制過程中始終保持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)還需要根據(jù)負(fù)載的不同來進(jìn)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。</p>

102、<p><b>　?。?）轉(zhuǎn)差頻率控制</b></p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制.與V/F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(jī)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(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行，同時轉(zhuǎn)差頻率控制未能實施對電機(jī)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

103、性較差，故適用于對響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）矢量控制</b></p><p>　　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(biāo)變換，實現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解耦的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來進(jìn)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

104、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(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。</p><p>　　(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制</p><p>　　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(biāo)變換和解耦運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定

105、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(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達(dá)到控制電機(jī)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。</p><p>　　4.3 變頻器的選擇</p><p>　　選擇變頻器時應(yīng)以負(fù)載特性為基本依據(jù)，分析提升機(jī)的

106、負(fù)載屬于重力，其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。由于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類設(shè)備都存在一定靜摩擦力，負(fù)載的慣量很大，在啟動時要求有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩。這就要求通用變頻器有足夠的低頻轉(zhuǎn)矩提升能力和短時過流能力。但當(dāng)?shù)退贂r負(fù)載較重的情況下，為提高轉(zhuǎn)矩提升能力而使電壓補(bǔ)償提的過高，往往容易引起過電流保護(hù)動作。選型時應(yīng)充分考慮這些情況，必要時應(yīng)將通用變頻器的容量提高一檔，或者采用具有矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的通用變頻器。采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻可以在不過電

107、流的情況下提供較大的起動轉(zhuǎn)矩。對于升降類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如提升機(jī)、電梯等，這類負(fù)載的特點是啟動時沖擊電流大，在其下降過程中需要一定制動轉(zhuǎn)矩，同時會有能量回饋，因此要求變頻器有一定余量。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意適當(dāng)增大異步電動機(jī)的容量或增大通用變頻器的容量。通用變頻器的容量一般取1.1～1.5倍異步電動機(jī)的容量。</p><p>　　3.3.1 變頻器的選型</p>

108、<p>　　提升機(jī)普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。本系統(tǒng)選用西門子6SE70變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。</p><p>　　6SE07系列變頻器是具有多種可供選擇接線方式的設(shè)備:有將整流部分與逆變部分裝于一體的變頻器、用于變頻器的制動電阻和制動單元、單獨的整流單元、整流回饋單