【正文】 .............. 32 電信號檢測電路 ................................................................................................... 36 安徽理工大學畢業(yè)設計 (論文 ) ii 控制電源 ................................................................................................................ 38 控制系統(tǒng)的軟件設計 ................................................................................................... 40 DSP 簡介 ................................................................................................................ 40 程序模塊組成 ....................................................................................................... 42 4 變頻器的設計及原理 .......................................................................................................... 49 4. 1 元件參數(shù)計算及選擇 ................................................................................................. 49 4. 1. 1 原始參數(shù) ......................................................................................................... 49 4. 1. 2 主電路圖 ........................................................................................................... 49 4. 1. 3 開關器件的選擇 ............................................................................................. 49 4. 2 IGBT 驅動電路設計 ................................................................................................... 50 礦井提升機異步電動機矢量控制系統(tǒng)的設計 ........................................................... 51 轉子電流調節(jié)器 ACR 的設計 ............................................................................... 51 磁鏈調節(jié)器的設計 ............................................................................................... 53 控制電路設計 ............................................................................................................. 54 基于 DSP 處理器的控制電路圖 ........................................................................... 55 電信號檢測電路 ................................................................................................... 56 控制電源 ............................................................................................................... 58 結 論 ........................................................................................................................................ 60 參考文獻 .................................................................................................................................. 61 致 謝 ........................................................................................................................................ 62 安徽理工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 1 1 緒論 前言 礦 井提升機是煤礦的關鍵設備，它肩負著井上井下的物體運輸?shù)闹厝?。礦井提升有主井提升 和副井提升之分，主井提升的作用是沿井筒提升有益礦物如煤炭等 )。副井提升的主要作用是沿井筒提升矸石、下放材料、升降人員或設備等。礦井提升機在整個煤礦生產中占有重要的地位。因此，要求礦井提升機拖動系統(tǒng)具有安全可靠，運行高效且定位準確的能力。 礦井提升機作為礦山最大的電氣設備之一，其耗電量占礦山總耗電量的 30^40%，并 且 運行特性復雜，速度決，慣性大，一旦提升運行失去控制，不能按照給穿速度運行，就可能發(fā)生超速、過卷等重大安全事故，造成設備損壞甚至人員傷亡，給礦山帶來重大人生和財產損失。因此礦井提升機的電控系統(tǒng)的技 術性能和可靠性直接影響煤礦的安全生產 。 礦井提升機 的工作特點及其 對電力傳動系統(tǒng)的要求 礦井提升機的工作特點 是在一定的距離內，以較高的速度往復運行，完成上升與下降的任務。為確保提升機能夠達到高效、安全、可靠地連續(xù)工作，其必須具備良好的機械性能，良好的電氣控制設備和完善的保護裝置。 鑒于在礦井提升機的工作特點，因此要求礦井提升機的電力拖動系統(tǒng)具有安全可靠、運行高效且定位準確的能力，以滿足礦井提升工藝過程的需要。 圖 11是礦井提升機拖動系統(tǒng)的結構圖。 為電壓期望值，即通常意義上的速度給定， T為驅動輪， 1為牽引鋼絲繩， 2為提升容器， 3為平衡鋼絲繩， M為驅動電動機。 U * nMT1223圖 11 礦井提升機拖動系統(tǒng)的結構圖 安徽理工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 2 礦井提升的整個過程可以分為 5 個階段：加速階段、等速階段、減速階段、爬行階段、停車抱閘階段。加速階段是礦井提升機從靜止狀態(tài)起動加速到最高速度；等速階段是提升機的主要運行階段，提升機以最高速度運行；減速階段是提升機從最高速度減小到爬行速度；爬行階段是箕斗定位和準備安全停車考慮。根據(jù)礦井生產安全規(guī)程的要求，要限制提升過程的加速度以及爬行速度。 根據(jù) 動力學方程式： 2375eL GD dnTT dt?? （ 11） 式中： eT —— 電動機轉矩， Nm LT —— 靜負載力矩， Nm 2GD —— 拖動系統(tǒng)正轉矩， N 2m 可得到如圖 2（ a）速度給定下，不同大小的力圖，如圖 2（ b）、（ c）、 （ d）所示。其中圖 2（ b）為靜 負載力矩比較大的情況 。圖 (c)為靜負載力矩比較小的情況 。圖 （ d） 為下放重物的情況。顯然，隨著提升物料的重量不同，要求電動機的拖動力不同，且在一個提升循環(huán)中，在不同階段電動機的拖動力的極性也在變化，實現(xiàn)四象限運行。 為滿足提升機速度圖的要求，提升機電氣傳動系統(tǒng)必須保證電動機在 1:25的調速范圍內有 %以上的特性硬度。按一般多繩提升機的工藝要求，其最高運行速度 n0F0F0F0ttt( a )( b )( c )( d ) 圖 12 給定速度下不同的力圖 安徽理工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 3 m ax 11 .7 5 /V ms?，爬行速度min /V ms?，則調速范圍為m a x m in 5 / = 23V /V ?。 國內外研究現(xiàn)狀 及發(fā)展 礦井提升機對安全性、可靠性和調速性能的特殊要求，使得提升機電控系統(tǒng)的技術水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術水平 ,因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術應用于提升機電控系統(tǒng)。下面就國內外計算機控制在礦 井 提升機中的應用情況作一介紹。 一 、國外礦井提升機的應用現(xiàn)狀 從 70年代開始，隨著微機技術的發(fā)展，微機控制技術己逐步應用于礦井提 升機中。目前，國外己達到相當成熟的階段，使整個拖動控制產生一次變革。 其應用主要體現(xiàn)在以下幾方面 : 1) 提升工藝過程微機控制 在交流變頻裝置中，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上說是一個位置控制，要保證提升容器在預定地點準確 停車，要求準確度高，目前可達到 誤差 2cm左右 。采用微機控制，可通過采集各種 傳感信號，如轉角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進行處理，計算出容器準確的位置而施以控制和保護。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 SIEMENS, ABB, AEG等公司已采用 32位微機來構成行程給定器。除此之外還提供性能不盡相同的機械行程控制器。一般過程控制用微機作監(jiān)視，行程控制也采用單獨微機完成，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。 3) 提升過程監(jiān)視 由于近代提升機控制系統(tǒng)的設計特別強調安全可靠性，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、各主要設備運行狀態(tài)監(jiān)視 。c、各傳感器(如位置開關、停車開關 )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，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)極為重要的環(huán)節(jié)。為確保人員和設備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法。安全回路極為重要，它是保護的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺 PC微機構成安全 回路，安徽理工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 4 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確地實施安全制動。 5) 全數(shù)字化系統(tǒng)調速控制 德國 AEG公司的 Logidyn D(32位機 )、西門子公司的 Siemadyn D(16位機 )以及 ABB公司的 Tyrak(16位機 )系統(tǒng)都已應用與提升機上。全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結構單一、參數(shù)穩(wěn)定且調整方便、可方便地與上位機聯(lián)網等優(yōu)點。當然此類系統(tǒng)要求維護人員有更高的技術水平和計算機知識。 二、國內提升機應用的現(xiàn)狀 由于種種原因，國內提升機行程控制的水平還較低，對速度給定以時間給定 和機械式行程給定為主，而以計算機為核心的礦井提升機行程監(jiān)控和保護的研究還處于嘗試階段鬧?！熬盼濉?，期間國產全數(shù)字直流提升機已成為煤礦提升機的首選機型。其中我國研究成功的具有自主知識產權的全數(shù)字化直流提升機，其核心部分 ASCS是由雙 CPU構成的計算機系統(tǒng)。此外我國還應用 SIMADYND和 S7研制成功第一臺交 交變頻器供電的交流提升機。由于采用了計算機技術，提升機的安全保護系統(tǒng)更為完善。但到目前為止，還未見采用高檔微機或其他控制裝置實現(xiàn)高性能的行程控制系統(tǒng)的成套裝置，對于我國的礦井提升機，實現(xiàn)高精度深度指示器和 行程控制器是一個急待解決的課題。在本系統(tǒng)中我們研制開發(fā)的多功能數(shù)字深度指示器填補了國內空白，達到同類產品同期國際上的先進水平?？偟膩碚f，我國近年來開展的對提升機數(shù)字電控系統(tǒng)的研究，采用了先進的控制設備和控制策略，無論在驅動方式上還是在控制技術上都取得了長足進展，取得了很大成績。 由于異步電動機在低速運行時特性曲線軟，在次同步狀態(tài)下無法產生有效的制動力矩，因而難于準確地控制提升機的停車位置。目前多采取動力制動或低頻拖動加制動的方式來完成減速、爬行和停車。目前在用的動力制動及低頻電源大多為采用模擬