【正文】 ................................................................ 15 電動(dòng)機(jī)的選擇 ............................................................................................................ 16 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ......................................... 18 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的主回路 ................................................................................ 18 系統(tǒng)主回路原理圖 ............................................................................................. 18 PLC 與變頻器的接線圖 ..................................................................................... 18 變頻調(diào)速主控電路接線 ............................................................................................ 19 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的控制回路 ............................................................................. 20 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......................................... 22 提升速度圖及分析 ..................................................................................................... 22 控制程序流程圖 ........................................................................................................ 22 梯形圖編制 ................................................................................................................. 23 3 梯形圖的編程原則 ............................................................................................ 23 系統(tǒng)梯形圖 ........................................................................................................ 24 調(diào)試過程 .................................................................................................................... 29 系統(tǒng)抗干擾措施 ......................................................................................................... 29 第五章 人機(jī)交互界面 ......................................... 31 觸摸屏概述 ................................................................................................................ 31 PWS－ 3261 觸屏簡介 ................................................................................................. 31 觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ................................................................. 31 第六章 結(jié) 論 ............................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................... 35 致 謝 ...................................................... 36 1 第一章 概述 礦井提升機(jī)常被人們稱為 礦山的咽喉，是礦山最重要的設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負(fù)著運(yùn)輸?shù)V石、物料、人員等的重要責(zé)任。對(duì)提升機(jī)來說，運(yùn)行的安全性與可靠性是至關(guān)重要的。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，這種系統(tǒng)存在著很多的缺點(diǎn)。因此對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。 采用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝來裝備煤炭生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以達(dá)到減人提效、確保安全生產(chǎn)的目的，是科技興煤的必由之路。礦井提升設(shè)備，其中主要是提升機(jī)及其控制和安全設(shè)備，也同樣要面臨著這一必經(jīng)之路。 多 年來，礦井提升機(jī)及其拖運(yùn)、安全保護(hù)系統(tǒng)等設(shè)備的技術(shù)水平和安全水平一直是困擾煤炭安全生產(chǎn)和效益提高的重要因素。為改變這一狀況，煤炭行業(yè)的科研、高校、生產(chǎn)企業(yè)和待業(yè)主管部門以及行業(yè)的科研和生產(chǎn)企業(yè)的工程技術(shù)人員做了大量的工作，已開發(fā)了眾多適用的產(chǎn)品和技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了長足的進(jìn)步。大家可以看到，目前我國已經(jīng)可提供多種技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、安全性高的礦井提升設(shè)備，大多數(shù)已在煤礦基建、生產(chǎn)和技術(shù)改造等方面獲得了成功的應(yīng)用。 隨著計(jì)算機(jī)和 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展，采用先進(jìn)的控制技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)， 從而使礦井提升機(jī)的控制性能得到極大的改善，其自動(dòng)化水平、安全性、可靠性都達(dá)到了新的高度，并采用現(xiàn)代化的管理和監(jiān)視手段保障提升機(jī)的安全運(yùn)行，保證礦井提升機(jī)可靠、準(zhǔn)確地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的計(jì)算機(jī)控制。 變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對(duì)象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無級(jí)平滑調(diào)速，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè) 調(diào) 速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。 在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，具有編程簡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)裝置，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，在使用過程中實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，換向等功能，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。通過對(duì)已改造的提升機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)研以及相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀可以看出 PLC 控制的變頻調(diào)速提升機(jī)有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 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(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、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置 (如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間等記錄 )。 2 礦井提升機(jī)的國內(nèi)外 發(fā)展研究現(xiàn)狀 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)代化要求的不斷提高，人們對(duì)提升機(jī)工作特性的認(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)在礦井提升機(jī)控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展。 國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀 礦井提升機(jī)作為礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的主要運(yùn)行形勢(shì)之一，最早起源于英國、美國、德國等一些采煤技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，五十年代已經(jīng)大規(guī)模服務(wù)于煤炭行業(yè)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近三十年來，國外礦井提升機(jī) 機(jī)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(jìn)，相互提高。起初的提升機(jī)是電動(dòng)機(jī)通過減速器傳動(dòng)卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)懸臂安裝直接傳動(dòng)的提升機(jī)。上世紀(jì)七十年代德國西門子公司發(fā)明矢量控制的交 — 直 — 交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動(dòng)機(jī)來代替直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來。 1981 年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國 Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī) (習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體 的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)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(jī)控制。上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計(jì)算機(jī)和 PLC 的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)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(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國外著名的提升機(jī)制造公司，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(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全 保護(hù)性能又有了新的提高。 國內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向 我國礦井提升機(jī)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，這種控制系統(tǒng)存在著操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、調(diào)速性能差、運(yùn)行效率低、控制精度低、安全保護(hù)和監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)不完善、維修成本高等不足。就拖動(dòng)方式而言，目前我國的礦井提升機(jī)主要有以下兩種拖動(dòng)方式： 1. 交流拖動(dòng)方式 目前我國提升機(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(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。 圖 11 為提升機(jī)的交流拖動(dòng)原理圖。 3 圖 11 礦井提升機(jī)的交流拖動(dòng) 2. 直流拖動(dòng)方式 我國提升機(jī)采用直流拖動(dòng)有兩種系統(tǒng) :直流發(fā)電機(jī) — 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)和晶閘管 — 直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。 對(duì)于我國的礦井提升機(jī)實(shí)現(xiàn)精度行程控制和制動(dòng)控制系統(tǒng)安全可靠是一個(gè)急待解決的問題?？傮w來說，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展和 PLC 可編程控制技術(shù)、變頻技術(shù)的發(fā)展，我國近十年來關(guān)于礦井提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速 ,采用了先進(jìn)的控制 設(shè)備和控制策略 ,無論在驅(qū)動(dòng)方式上還是控制技術(shù)上都取得了很大的進(jìn)展 ,積累了大量的經(jīng)驗(yàn) ,取得了很大的成績。 提升機(jī)的直流拖動(dòng)如圖 12 所示。 圖 12 礦井提升機(jī)的直流拖動(dòng) 4 分析及確定 拖動(dòng)與調(diào)速方案分析 斜井提升是典型的摩擦性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車上行時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩擦力矩，電機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限，在重車減速時(shí)，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時(shí)間較短，電機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二 象限。當(dāng)另一列重車上行時(shí)，電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限，另外有占總運(yùn)行時(shí)間 10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，電機(jī)純粹處于第二或第四象限，此時(shí)電機(jī)長時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。 經(jīng)分析本文將 采用 交流繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)， 長期以來，我國廣泛使用交流 繞線式 電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)，與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)比較簡單、設(shè)備價(jià)格較低；在加速階段采用附加電阻調(diào)速，效果良好。 提升過程一般包括：起動(dòng)加速、勻速、減速、爬行和停車幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。 交流拖動(dòng)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 。 提升機(jī)經(jīng)過變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過程變化不大，操縱桿控制電機(jī)正轉(zhuǎn)三檔速度和反轉(zhuǎn)三檔速度。不管電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都