【正文】 機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，希望電動(dòng)機(jī)的主磁通保持不變。 而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 : )1(60)1( 11 sn fsnn p ???? 式中 : s 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 11nnns ?? 改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。 由式可知，變頻調(diào)速與變極調(diào)速為轉(zhuǎn)差功率不變型不論其轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率消耗基本不變，因此調(diào)速效率為最高。 P— 電機(jī)磁極對數(shù)。 變頻調(diào)速基本原理 異步電機(jī)的 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。可使提升機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時(shí)間降至最少， 具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。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(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流小、動(dòng)負(fù)荷小、調(diào)速平滑而無沖擊。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(shí)，起動(dòng)瞬間總要溜車。采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實(shí)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(dòng)在減速段達(dá)到直流拖動(dòng)的調(diào)速性能，減速段到爬行段過渡平滑。 第二個(gè)階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動(dòng)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(dòng)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)系解禍后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電?dòng)機(jī)。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。而在有幾個(gè)并聯(lián)回路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左面。 (2)輸出指令不能直接跟母線連接。可以這樣說我們繪制的梯形圖是繪制的每一個(gè)包含各種圖形元素的單元區(qū)域 ,在圖一中 ,我們可以清楚地看到 ,每一個(gè)圖形元素被分別放在單元區(qū)域中 ,而每一單元區(qū)域又組成了整個(gè)梯級。整個(gè)梯形圖指令由若干個(gè)梯級組成 ,每個(gè)梯級又是一個(gè)或幾個(gè)輸入元件和一個(gè)輸出元件組成，輸出元件應(yīng)出現(xiàn)在梯級的最右邊 ,輸入元件出現(xiàn)在輸出元件的左邊。 2)元件映像寄存器的內(nèi)容隨程序的執(zhí)行而改變 ,前一步的運(yùn)算結(jié)果隨即可作為 下一步的運(yùn)算條件 ,與輸入映像寄存器不同。若此前的狀態(tài)是 0，要改寫與其對應(yīng)的元件映像寄存器的狀態(tài)向下繼續(xù)執(zhí)行第二個(gè)梯級 ,從元件映像寄存器中讀出繼電器 01000 的狀態(tài) 1（前一步存入的） ,所以常開觸點(diǎn)為 01000 為 1，繼電器 18 010001 的狀態(tài)是 1。 以 OMRON PLC 為例，如圖 所示給出 PLC 執(zhí)行用戶程序的過程示意圖。在通信時(shí)，來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號解調(diào)出 來，再轉(zhuǎn)到外部的 Inter。 PLC利用 到 30M頻帶范圍傳輸信號。 PLC 的 接入方式 電力線通信技術(shù)，英文簡稱 PLC，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。 （ 3） 疊裝式 PLC 將整裝式和模塊式結(jié)合起來，成為疊裝式 PLC。模塊插在機(jī)架內(nèi)的插座上。整體式 PLC一般配備有特殊功能單元，如模擬單元、位置控制單元等，使 PLC 的功能得以擴(kuò)展。一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。以上分類沒有十分嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，這些界限會發(fā)生變更。例如，西門子公司的 S7300PLC 就屬于中型機(jī)。例 如 ，西門子公司的 S7200PLC屬于小型機(jī)。完成上述各階段的處理后 ,又返回公共處理階段 ,周而復(fù)始的進(jìn)行掃描?？梢?,在一個(gè)掃描周期中元件映像寄存器中的內(nèi)容是可變的。在每個(gè)掃描周期的 I/O 刷新階段 ,CPU 從 PLC 輸入端讀取一次信息并存入輸入映像寄存器中。 執(zhí)行用戶程序階段 ,逐條解釋和執(zhí)行用戶程序 ,其所需的全部信息都是從 映像寄存器中讀取的 . 映像寄存器包括輸入映像寄存器和元件映像寄存器。一次循環(huán)過程可歸納為五個(gè)階段 ,循環(huán)掃描過程為公共處理執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算輸入輸出刷新外設(shè)端口服務(wù) 公共處理。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC的制造商對電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。這樣，即使某個(gè) CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。如下所述： 1. 系列化 各大生產(chǎn)公司一般都有小型、中型、大型三種系列產(chǎn)品 . 一般小型機(jī)是單處理器系統(tǒng)中型機(jī)是雙處理器系統(tǒng) ,包括位處理器和字處理 14 器大型機(jī)則為多處理器系統(tǒng) ,由字處理器 !位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成 . I/O口 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,一般有低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò)兩種。 PLC的功能擴(kuò)展也極為方便 ,硬件配置相當(dāng)靈活 ,根據(jù)控制要求的改變 ,可以 隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù) ,再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn) ,除了梯形圖 !語句表之外 ,還存在順序流程圖 !結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三 種編程語言的表達(dá)方式。 PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施 ,并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù) ,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī) ” 。繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化 ,控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動(dòng) ,所有 布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì) ,耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。 13 第三章： 可編程控制器簡介 可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì) 算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。要能夠方便的進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)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)。 4)特性曲線要硬。 2)具有良好的調(diào)速性能。 要使提升機(jī)按給定速度圖運(yùn)行，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)負(fù)載的變化而自動(dòng)的工作在電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)，也就是說要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)能滿足四象限運(yùn)行。其給定速度圖與力圖如圖 （ c）所示 在加速段： ||,0,0 11 LdLd FFFF ??? 011 ??? dL FFF 在勻速段： 012 ??FF 在減速段： | 3dF |=| 3dL FF? |0， 3dF 0 在爬行段： 04 ?? LFF 根據(jù)力圖可知，電動(dòng)機(jī)在加速階段，工作在正向電動(dòng)狀態(tài)；在勻速、減速和爬行階段均工作在正向制動(dòng)狀態(tài)。在減速段，工作在正向制動(dòng)狀態(tài) 。 (l)重物上 提，靜載量較大 ( LFF ?3d )。 從圖 ，要使提升機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)行，電動(dòng)力矩雙可能為正，也可能為負(fù)。 nT — 傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪力 矩， gJTn 4? ，其中 J為轉(zhuǎn)性慣量（ kg* 2m ） ，g是重力加速度（ m/2s ）； dT — 傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（ N*m）； ?— 加速度； 可以得出按給定速度圖所需轉(zhuǎn)矩 eT =f(t)的特性，從而可以得到拖動(dòng)系統(tǒng)所需的力 F=f(t)，如圖 。 礦井提升機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的要求 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，即滿足各種可能出現(xiàn)的運(yùn)行速度圖和力圖。 當(dāng) a =0 時(shí) , F = cF ,勻速運(yùn)行 。 cF — 提升機(jī)的靜阻力（包括車重、提升機(jī)重量和繩重） ,kg。脈動(dòng)爬行 ,此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串有大量的電阻 ,故有特性軟、不易控和電耗大等缺點(diǎn)。減速按照速度圖要求進(jìn)行 ,由裝在斜坡上的位置開關(guān)動(dòng)作發(fā)出信號 ,PLC 再根據(jù)與電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)行的光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行比較 ,發(fā)出指令 ,然后接入兩段電阻 4R 、 5R 使提升機(jī)速度下降 ,幾秒后又將 2R 、 3R 接入電路 ,使 mV 降到 4V 。上升時(shí) ,電阻按時(shí)間原則來控制切除 ,使電動(dòng)機(jī)保持電動(dòng)狀態(tài) ,且速度 smVm /? 。下放時(shí) ,由于負(fù)力較大 ,需要制動(dòng)力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。 提升機(jī)的速度圖和 力圖 合理地確定提升機(jī)的力圖和速度圖 ,可以提高其運(yùn)行的安全可靠性 ,以及減小電動(dòng)機(jī)的功耗。下放時(shí)為負(fù)力 ,一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻 ,另一方面增大制動(dòng)電流并輔以機(jī)械制動(dòng)方式減速。提升時(shí)為正力 ,采用電動(dòng)拖動(dòng)。提升時(shí)為正力 ,采用電動(dòng)加速。的斜坡上運(yùn)行 ,見圖 ,其功能是在山頂與山底之間運(yùn)送游客。 6 第二章 提升機(jī)的工況分析 提升系統(tǒng)簡介 礦井提升機(jī)可分為豎井提升機(jī)和斜井提升機(jī)兩種。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、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 )。實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，上位機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示及故障閉鎖 。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(diǎn) 。如圖 所示，變頻裝置取代復(fù)雜的串聯(lián)電阻切換裝置，對提升機(jī)運(yùn)行速度曲線、轉(zhuǎn)矩大小的要求都由變頻器來完成，簡化了控制操作流程，提高了控制精度。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈 5 活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小， PLC 技術(shù)己經(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(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等。 上述問題使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。 3)繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。變頻調(diào)速方式類似于它勵(lì)直流電動(dòng)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。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(xiàng)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。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。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。 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(gè)廠或國家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平。單機(jī)容量大，適用范圍廣 。我國自己生產(chǎn)的晶閘管 — 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng) 用于 20 世紀(jì) 90 年代。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。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，其他礦 (如金屬礦、非金屬礦 )則較少。按井筒的提升道角度分 :豎井 (如圖 所示為豎井井架設(shè)備 )和 斜井 。 就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)候，我國提升機(jī)電控系統(tǒng)很長時(shí)間都處于落后的狀況。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。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)。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。因此，需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。 4)交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。 1 第一章 緒論 課題來源 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。 3)繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。 上述問題使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。采用 PLC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)己經(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(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等。 國內(nèi)外 提升及研究狀況 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。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。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)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。 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 。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。這 幾種提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機(jī) — 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組，另一種為晶閘管 — 直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。無齒輪傳動(dòng)部分 (不需要減速器 )、總效率高、電能消耗少 。節(jié)約電能。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