【正文】 .................................. 11 .............................................................................................. 12 ............................................................................................................ 13 第 5 章 提升機(jī) 調(diào) 速控制系 統(tǒng)軟 件 實現(xiàn) .................................................................................................. 20 升機(jī)中 S型速度曲線建模及實現(xiàn) ............................................................................ 20 結(jié) 論 ................................................................................................................................................ 30 致 謝 ................................................................................................................................................ 31 參 考文 獻(xiàn) .............................................................................................................................................. 32 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 第 1 章 緒論 國內(nèi)外提升 電控 研究 近三十年來，國外提升機(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)是電動機(jī)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(jī)和直流電動機(jī)懸臂安裝直接傳動的提升機(jī)。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(jī)來代替直流電機(jī)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(jī)懸臂傳動的提升機(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，這是世界上第一臺機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)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(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，計算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計算機(jī)和 PLC 的應(yīng)用，使提升機(jī)自動化水平、安全、可靠性都達(dá)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(qiáng)調(diào)的是，此時期在國外一著名的 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。 就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時候，我國提升機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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 ，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 :豎井和斜井 。按提升容器分 :箕斗提升、籠提升、礦車提升 。按提升類分 :單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機(jī)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(dá)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(jī)較多，其他平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 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(jī)采用較多。 目前我國提升機(jī) 90%以上均采用交流繞線式異步電動機(jī)的拖動方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機(jī)的有 TKD 系列，多繩磨擦式提升機(jī) 的有 JKM、幻 J 系列。這幾種提升機(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(jì)，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(jī)等中、小容量的繞線式異步電動機(jī)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(jìn) 20 多套晶閘管 — 直流電動機(jī)控制系統(tǒng)。直流電動機(jī)傳動有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機(jī) — 直流電動機(jī)機(jī)組，另一種為晶閘管— 直流電動機(jī)系統(tǒng)。我國自己生產(chǎn)的晶閘 管 — 直流電動機(jī)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(diǎn)是 :體積小、重量輕、占地面積小 。基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費(fèi)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(jī)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。 礦井提升機(jī)對安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術(shù)水平。比較國內(nèi)外礦用提升機(jī)系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機(jī)在電控方面的應(yīng)用特點(diǎn)有以下幾個方面 : l)提升工藝過程微 機(jī)控制 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。 2)提升行程控制 提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到 ? 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、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理，計算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。一般過程控制用微機(jī)作監(jiān)視，行程控制也采用單獨(dú)下位機(jī)完成。 3)提升過程監(jiān)視 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 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。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(jìn)行存儲、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。 4)安全回路 安全回路是指提升機(jī)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)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。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺 PC 微機(jī)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(jī)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。 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(jìn)國家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)，有代表性的是西門子公司和 ABB 公司。我國在 20 世紀(jì) 90 年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機(jī)控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵直流電動機(jī)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(jī)械特性，在提升機(jī)應(yīng)用中顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢。 課題研究的目的和意義 礦井提升機(jī)是煤礦，有色金屬礦生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全、可靠、有效高速運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、慣性質(zhì)量大、運(yùn)行特性復(fù)雜的特點(diǎn)，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機(jī)械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事 故至今仍未能消除。一旦提升機(jī)的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運(yùn)行，就會發(fā)生提升機(jī)超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 所以提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的一個重大課題。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機(jī)能否實現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動運(yùn)行，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動化，改善提統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對 電氣傳動方式提出了更高的要求。對礦井提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的要求是：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運(yùn)行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，動態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，可靠性要求高等。 目前，我國地下礦山礦井提升機(jī)的電氣傳動系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升機(jī)，主要采用晶閘管變流器 — 直流電動機(jī)傳動控制系統(tǒng)和同步電動機(jī)矢量控制交一交變頻傳動控制系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)大都采用數(shù)字控制方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自動化運(yùn)行，效率高，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，運(yùn)行可靠性高，但造價昂貴，中小礦井難以承受。對于中、小型提升機(jī)，則多采用交流 繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速的交流電氣傳動系統(tǒng)，即 TKD 電控系統(tǒng)。這種電氣傳動系統(tǒng)設(shè)備簡單，但屬于有級調(diào)速，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動時很難實現(xiàn)恒加減速控制，經(jīng)常會造成過放或過卷事故。提升機(jī)頻繁的啟動和制動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。 將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。對于現(xiàn)采用 TKD 電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交電壓 型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機(jī)改造中應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，消除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果 [10]。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生。因此，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。本文介紹變頻器在提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 本課題擬解決的關(guān)鍵問題是控制策略研究，提升機(jī)是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它屬于大轉(zhuǎn)動慣量機(jī) 電 液系統(tǒng)，提升機(jī)要按所要求的速度圖運(yùn)行， 否則在系統(tǒng)中容易產(chǎn)生大的慣平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 性力，降低機(jī)器的壽命，甚至產(chǎn)生脫軌等惡性事故。控制策略研究就是要通過電液控實時地、準(zhǔn)確地使提升機(jī)按給定的速度圖運(yùn)行，使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機(jī)運(yùn)行的要求。 本論文的研究目標(biāo)是將可編程控制器（ PLC）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦山實際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計，提高精度，在更安全的范圍內(nèi)保證礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行。設(shè)計中充分考慮到保護(hù)系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，采用控制功能強(qiáng)大的 PLC 來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型交流接觸器，簡化了控制線路，并應(yīng)用各種現(xiàn)場抗干擾措施，包括采用電抗器、空氣開 關(guān)、及 RC 防浪涌震蕩電路等。尤其在軟件中采用提升機(jī)電控系統(tǒng)中斷模塊及故障處理模塊，使超速報警更加科學(xué)合理。為了更直觀的顯示提升機(jī)的工作狀態(tài)及故障來源，增加了提升機(jī)監(jiān)