【正文】 rol which is used in 1960s and 1970s. Although interrelated renovations has been done in recent years, essentially it is still the contact control system which is made up of the contactorrelay. The hardware wring system of the contact control system is plex and has high hazard rate. During the renovation of this mine hoister system, the PLC is applied to the control system, and plentiful soft ponents of the PLC are applied to replace the contactor and PLC control IV system has improved original electric control system. At the same time, Programmable logic controller (PLC) with the inverter applied to the production of the mine is to design the existing hoist control system. It will improve the accuracy and ensure the smooth progress of the mine production. As to the key elements of the lift, it makes senses to set speed alarm, overload protection, which is to enhance the security situation. In addition, it is also using a simplified mathematical model to establish vector control simulation system, which is to verify the feasibility of the speed control system. Key words: Mine Hoister。事故的發(fā)生肯定會對人員以及設(shè)備造成嚴重的影響 ，從而帶來重大的經(jīng)濟損失。因此，在設(shè)計煤礦井下升降機，安全性以及可靠性的重要性就不言而喻了 [1]。而煤礦升降機能否平穩(wěn)、安全、可靠地運行，能否 延長升降的使用壽命、防止慣性 沖擊以及減少機械部分維修的工作量 ，包括作業(yè)人員在操作時的舒適度絕大數(shù)取決于 取決于電器控制方式。提高整個電控系統(tǒng)的安全性、控制精度以及調(diào)速性能已成為 我國 改善礦井升降機電氣傳動系統(tǒng)的當務(wù)之急 。該裝置由主機、輔助接觸線組成，借助接觸網(wǎng)饋電電源線、受控電機車接觸線和受電弓構(gòu)成開關(guān)控制系統(tǒng)。 (3)進一步完善升降機后備保護功能，保證升降機運行的安全可靠。 傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的缺點較為明顯：調(diào)速性能差，能耗較高，很多能量用在了電阻發(fā)熱上，升降機的運行過程中不穩(wěn)定，安全性差 。 在實施升降機電氣控制改造技術(shù)時， 一方面要跟隨著國際發(fā)展的腳步，另一方面也要綜合考慮到 我國國情，依靠自己的力量， 自主創(chuàng)新， 加強與先進國家的合作， 吸收國外較為先進的理念， 采取引進、合作生產(chǎn)、聯(lián)合改造等多種形式，實現(xiàn)符合中國國情的煤礦升降機電控系統(tǒng)現(xiàn)代化 [2]。 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 3 （ 2）提升行程控制 升降機的控制本質(zhì)上說是一個位置控制 ，要保證升降機停位的精確，采用微機控制，通過對相關(guān)信號的處理，使得升降的的調(diào)速更加平穩(wěn) [1]。 參數(shù)比較穩(wěn)定、可方便地與上位機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點，因此這類的系統(tǒng)的維護需要作業(yè)人員有更高的知識素養(yǎng)和技術(shù)水平。 由于井筒條件（豎井或斜井） 運行時的方法和特性不同 ， 導致他們構(gòu)成的提升系統(tǒng) 也有差異。 (3)機械傳動系統(tǒng) 機械傳動系統(tǒng)，機械傳動系統(tǒng)包括減速器和聯(lián)軸器。潤滑系通常由潤滑油道、機油濾清器和一些閥門等組成 ，以保證軸承和齒輪的正常工作。 在井口處有升降機 ， 電機經(jīng)過減速器后傳動給卷筒，這樣控制升降機的運行 。隨著人們對煤礦升降機自動化水平、煤礦升降機設(shè)備提升能力要求的提高，對電器傳動方式的改進提出了更高的挑戰(zhàn)。 無錫太湖學院學士學位論文 6 （速度）V0t1 t2 t3 t4 t5 t1 t圖 為升降機的速度圖 （加速度）0aa1a2a3ta1 圖 為升降機的加速度圖 速度和加速度圖顯示了升降機一個周期類運行的工作過程： （ 1）加速階段 t1 當升降機到達底端時，以加速度 a1 運行，一直達到最大速度 Vm。 （ 5）停車階段 t5 當升降機運行至終點時，升降機施閘停車。 因此可得升降機的一般動力微分方程： 22d( , )mr xF f x c M dt?? （ ） 因此，礦井升降機速度的變化規(guī)律為： f( ) dxVtdt?? （ ） 2 ,2d( ) ( , ) [ ( ) , ] ( )m m r r x txF f t f x c M f f t c M f tdt? ? ? ? ? （ ） 因此可得電動機提升力如圖 所示： （電動機提升力）0FdFd1Fd2Fd3Fd1F 圖 電動機提升力圖 要使升降機按給定速度圖運行，電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)負載的變化而自動的工作在電動或制動狀態(tài)。升降人員時，加速度ａ≤ 178。 能夠在加速、減速等階段調(diào)速平穩(wěn)，調(diào)速范圍比較廣，運行中平穩(wěn)和安全。 當系統(tǒng)受到負載變化時，調(diào)速系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)恢復到正常，速度基本上不受到影響， 當負載超過一定限度時，此時安全回路會出現(xiàn)相應(yīng)的動作，進行自我保護，制動抱閘停機。 (7)要求 有相應(yīng)的保護措施，以保證控制系統(tǒng)的安全性 。 (3)電氣控制系統(tǒng)中的線路老化比較明顯、運行的情況比較復雜復雜，維護量比較大，當出現(xiàn)事故時很難排查。 (2)穩(wěn)定的調(diào)速 為了設(shè)計出更優(yōu)更穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)，本課題采用 PLC 控制變頻器，利用變頻器控制升降機的運行情況以及調(diào)速。 (3) 高效性和舒適性 拖動系統(tǒng)可以按照提升種類要求的額定速度不同，讓舒適著乘坐比較舒服；同時調(diào)速的穩(wěn)定性使得升降機運行更加平穩(wěn)，方便物資的進出，大大的提高運行效率。 (1)主控系統(tǒng) 本系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用 PLC 來控制，主 PLC 正常運行時 ， 傳感器將相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換為控制信號， 以保證控制系統(tǒng)的運行的正常 。 變頻調(diào)速的頻率控制方式 —— 矢量控制 矢量控制主要是用來實現(xiàn)電機的定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的控制方法，通過改變一系列坐標實 現(xiàn)的。 變頻器自帶欠壓，過流 等保護裝置， 傳感器收集各種信號，然后傳給 PLC， PLC 對各信號進行相應(yīng)處理， 變頻器接到相應(yīng)信號后 ，從而控制升降機的轉(zhuǎn)速 。 PLC 控制可使系統(tǒng)控制線路大大簡化且柔性強，控制功能多， 將可編程控制器（ PLC）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦井實際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的升降機電控系統(tǒng)進行改造設(shè)計 ，提高精度 。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 31 所示 ： 表 31 電機技術(shù)參數(shù) 型號 標稱功率/KW 額定電流/A 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 額定轉(zhuǎn)矩/ 轉(zhuǎn)動慣量/178。 M)?？梢栽O(shè)定為閉環(huán)矢量控制。 (2)根據(jù)負載的類型和啟停的頻率等特點 ,選擇不同的輸出方式 。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個不同基本型號的 8 種 CPU，根據(jù)升降機電控統(tǒng)原理的調(diào)速控制要求，選擇西門子公司的 CPU226 控制可靠、價格較低，性能優(yōu)良，程序容量較大、運行速度快、編程靈活等優(yōu)點，既提高工作質(zhì)量，又取得了 良好的經(jīng)濟效 礦井升降機主接線圖 變電站送來的 380V 電源，經(jīng)高壓開關(guān)柜的隔離開關(guān) QF1 為電機供電。 熔斷器則用來保護電路得過載。其中使用的主要元件如表 32 所示： 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 15 表 32 控制接線圖主要元件表 符號 名稱 型號 數(shù)量 備注 FU 熔斷器 1 QF 空氣斷路 器 2 FR1 熱繼電器 1 MM420 變頻器 SE MIENS 1 高壓接觸器，線圈電壓交流 220V RC1 滅弧裝置 1 根據(jù)需要選配 M 主提升電動機 1 三相異步電動 機 升降機的主要電氣設(shè)備 （ 1）主提升電機 主提升電機是提升系統(tǒng)中的拖動設(shè)備，是提升控制過程中主要控制的對象，是整個升降機的中心。 I/O地 址分配表 地址分配表中，每一個輸入點與一個而且經(jīng)與一個輸入電路相連，通過輸入接口電路把現(xiàn)場開關(guān)信號變成了 CPU 能接受的標準電信號 ,每一個輸出點與一個且僅與一個輸出電路相連，通過電路把 CPU 運算處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的各種大功率開關(guān)信號。報警軟件設(shè)計包括報出現(xiàn)緊急情況時的安全制動和報警。 升降機的速度控制主要包括以下的流程： （ 1） PLC 檢測階段 無錫太湖學院學士學位論文 18 PLC 檢測階段包括 PLC 硬件線路的連接， PLC 的初始化等。 （ 5）升降機的減速、爬行及停車階段的流程如圖 所示： 達到減速點反接制動減速燈信號亮升降機達到爬行速度進行爬行到達終點停止 圖 減速階段的流程圖 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 19 當升降機到達減速點后， PLC 控制變頻器進行調(diào)頻，變頻器控制電機的這個反轉(zhuǎn)從而來達到反接制動，同時速度也會發(fā)生相應(yīng)的變化。 （ 2）梯形圖 無錫太湖學院學士學位論文 20 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 21 升降機運行中過卷保護設(shè)計 過卷是指提升機在行駛過程中超過了正常停車位置而沒有停車。 （ 2）梯形圖 無錫太湖學院學士學位論文 22 升降機運行中限位設(shè)計 在提升機的運行過程中，當升降機運行到頂端或者低端的時，需要限位來加以控制，確保 行程的安全，在底端或者頂端停止一段時間，完成裝貨或者卸貨后，升降機可以自動調(diào)整方向，進行升降。此調(diào)速控制系統(tǒng)才能才能安全可靠的工作 。 三、 超載報警 熱繼電器常閉觸點串接于安全控制回路，當電機因負載過重 ，熱繼電器動作，常閉觸點斷開，使安全回路動作，保護提升機不受損壞。報警回路的動作要靠報警信號燈閃爍或者蜂鳴器鳴笛來觸發(fā)，比如當煤礦井下瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r，瓦斯蜂鳴器就會鳴笛，設(shè)備停止運行，直到故障被排除。 煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計 27 4 升降機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的仿真 數(shù)字仿真技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到各種設(shè)計的控制系統(tǒng)中，它可以對大型復雜的系統(tǒng)進行仿真，只要建立完善的數(shù)學模型，其仿真的效果和真實值相比還是很樂觀的，經(jīng)過多次的仿真驗證，其真實性已經(jīng) 得到了認證 。 本課題的整個仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是 SpeedController 環(huán)節(jié)， 把電動機的實際轉(zhuǎn)速與參考給定轉(zhuǎn)速進行比較，并進行偏差處理，最終產(chǎn)生所需要的控制變量 [16]。 無錫太湖學院學士學位論文 28 （ 1）比例環(huán)節(jié)： 當 比例系數(shù) 增大時，會使響應(yīng)更加敏捷，于此帶來不好的一面是 它不能消除偏差，過大的比例系數(shù)會使 系統(tǒng)產(chǎn)生過大的振幅 ，并產(chǎn)生震蕩，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 仿真子模塊功能 Speed Controller 子模塊，如圖 所示。 當建模和參數(shù)設(shè)置完成后 ， 即可進行仿真 。仿真運行結(jié)果表明， 該控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高，抗干擾能力強， 可以滿足 本系統(tǒng)的 控制要求。其不僅肩負著運輸煤礦的重任，而且關(guān)系到成千上萬作業(yè)員的生命安全。將 PLC 和變頻器結(jié)合起來控制升降機的運行。 采用可控制編程器和變 頻器相結(jié)合的方法來控制升降機的運行 ； 變頻器的調(diào)速方法實現(xiàn)了提升機的平滑調(diào)速，提高了提升機的舒適度和安全性；由于缺乏實際工程經(jīng)驗，同時受到時間和條件的限制，以及作者本人水平有限，礦井提升機控制系統(tǒng)在很多方面還需要不斷完善。 無錫