【正文】 到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。但是采用此法的電動機調(diào)速系統(tǒng)只能是單機運行，同時轉(zhuǎn)差頻率控制未能實施對電機瞬時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，盡管這種系統(tǒng)的靜態(tài)精度較高，但由于快速性較差，故適用于對響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。然而U/F控制是一種開環(huán)的控制方式，速度動態(tài)特性較差，電機轉(zhuǎn)矩利用率低，控制參數(shù)(如加/減速度等)還需要根據(jù)負(fù)載的不同來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時的存在，系統(tǒng)可能會發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速 （41）式中——定子繞組電源頻率。主回路包括整流部分、直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)、制動或回饋環(huán)節(jié)等部分；控制回路主要處理變頻器的核心軟件算法、電流電壓信號檢測傳感、控制信號的輸入/輸出、電路驅(qū)動和電路保護(hù)。位置信號檢測電路的原理圖如圖37所示。這種用法磁場源是永磁鐵，作為動件，磁性開關(guān)作為靜件,和機械式碰撞開關(guān)作用一樣,但無機械接觸,而是靠磁場作用。 TCK磁性開關(guān)由于綜合采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，所以取得了較高的技術(shù)指標(biāo)和性能，能在礦井井筒中不用維修、安全可靠地工作。系統(tǒng)設(shè)計采用了高可靠技術(shù)。它使用了先進(jìn)的弱磁傳感器和微電子器件，具有高的磁靈敏度、高的分辨率和寬的反應(yīng)頻率。本設(shè)計采用TCK－1型磁開關(guān)來檢測這些信號。表310 旋轉(zhuǎn)編碼器的端子分配顏色褐藍(lán)黑白粉端子名電源0V輸出A相輸出B相輸出Z相表311 E6B2CWZ6C型編碼器技術(shù)參數(shù)電源電壓DC5V－5%~24V+15%脈沖（p－p）5%以下消耗電流*180mA以下分辨率（脈沖/旋轉(zhuǎn)）1000輸出相A、B、Z相輸出極為差A(yù)相、B相的相位差90177。 24V。光亮度≥100cd/㎡。絕緣電阻≥2MΩ。可以用裝載指令和傳送指令訪問模擬量模塊。對于數(shù)字量模塊，從0號機架的4號槽開始,每個槽位分配4B（4個字節(jié)）的地址，相當(dāng)于32個I/O點。%，電流177。10V，0—20mA，177。177。%10基本誤差，25℃177。西門子S7300屬于模塊式PLC，主要由機架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）、信號模塊（SM）、通信處理器（CP）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）組成。S7300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接ASI總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。（1）SIMATIC S7200 PLCS7200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。在PLC處于運行(RUN)狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作?；窘Y(jié)構(gòu)：PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖3－1所示： 圖3－1 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖工作原理：整個掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段，全過程掃描一次所需要的時間稱為掃描周期。操作人員通過操作臺向PLC發(fā)送控制提升機運行的控制命令。再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機開始運行。提升過程采用微機主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視：提升過程中各工況參數(shù)(如速度)監(jiān)視；各主要設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號的監(jiān)視。（2）液壓站：為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機械制動力，再取消直流制動力；提升機起動時，先對電機施加直流制動，再松開機械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作?；赑LC的礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）、動力裝置、液壓站、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁開關(guān)（接近開關(guān)）、減速器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成，其系統(tǒng)框圖如圖所示： 圖24 提升機總體系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖中各部分功能如下：（1）動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物料的運輸任務(wù)。兩者的控制系統(tǒng)一個為單片機，另一各為PLC。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。（2）配套齊全，功能完善，適用性強 PLC可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。新型礦井提升機信號裝置的使用有效地解決了在微機系統(tǒng)中信號的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。此信號系統(tǒng)正在被淘汰。(3) 聲光信號一瞬即逝,無據(jù)可查,一旦發(fā)生事故,給事故分析帶來困難,很難找出真正的事故原因,致使同類事故重復(fù)發(fā)生。 根據(jù)礦井提升機控制工藝要求，要完成任務(wù)有多種選擇方案。（2）勻速段：當(dāng)轉(zhuǎn)速給定指令提高至50赫茲，變頻器運行至50赫茲時，進(jìn)入勻速段，此階段，變頻器維持最大輸出，滾筒運行至最高速度，拖動提升容器在最高速度下運行。根據(jù)以上分析，F(xiàn) = f（t）的力圖如圖2－3所示：圖2－3 提升機力圖由以上分析可知，調(diào)速系統(tǒng)中變頻器受高壓電后，主控臺通過檢測變頻器的運行信號，判斷變頻器已經(jīng)可以運行，主控臺在自動模式下，通過控制變頻器，實現(xiàn)礦井提升機運行的五段速度曲線，即啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動段。(4)爬行階段t4V4在 m/ s左右，此數(shù)值實際上是一個平均值，因為提升機由較高的Vm不可能很準(zhǔn)確的變?yōu)樗俣萔4。(2)勻速階段t2上升時，根據(jù)負(fù)載狀況使電動機保持電動狀態(tài)，且速度Vm=／s。 圖21提升機電控系統(tǒng)構(gòu)成本設(shè)計采用單繩纏繞式提升機（單卷筒），提升過程包括：啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動段五個主要環(huán)節(jié)。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機和多繩摩擦式礦井提升機。主要內(nèi)容包括：（1）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計；（2）PLC控制回路電路的設(shè)計；（3）變頻器主回路電路的設(shè)計；（4）系統(tǒng)主程序流程圖的設(shè)計；（5）上位機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計；2系統(tǒng)方案設(shè)計礦井提升機可分為豎井提升機和斜井提升機兩種。（2）直流拖動方式我國提升機采用直流拖動有兩種系統(tǒng)：直流發(fā)電機—直流電動機機組(F—D)和晶閘管—直流電動機(SCR—D)系統(tǒng)。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：①提升工藝過程微機控制；②提升行程控制；③提升過程監(jiān)視；④安全回路；⑤制動系統(tǒng)的控制與監(jiān)視；⑥全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)。（1）晶閘管—電動機(SCR—D)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)其缺點在于：功率因數(shù)低，；無功沖擊大，高次諧波對電網(wǎng)影響大。因此，需研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機運行的可靠性和安全性得到提高。（4）交流繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。目前國內(nèi)各大煤礦礦井提升機電控系統(tǒng)的調(diào)速方案大多數(shù)還是采用繼電器—接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。礦井提升機安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響全礦的安全生產(chǎn)及礦工生命的安全。（3）繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。上述問題使提升機運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、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機控制，配合一些提升機專用電子模塊組成的提升機控制設(shè)備，可控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。目前，國外己達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，使整個拖動控制產(chǎn)生一次重大的變革。極少數(shù)提升機采用串級調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄且投資大。采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)提升機多段速穩(wěn)定運行；采用編碼器、接近開關(guān)等準(zhǔn)確檢測提升容器的位置和速度；采用液壓站和盤形制動器實現(xiàn)提升機的工作制動和安全制動；采用先進(jìn)的上位機監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)提升機的狀況實時監(jiān)測，從而保證提升機可靠安全地運行。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。主控系統(tǒng)主要是指完成提升機加速、等速、減速、爬行到停車整個運行過程的開關(guān)量邏輯控制及其必要的保護(hù)并與其他子系統(tǒng)交換信號共同完成對提升機整機有效控制的系統(tǒng)；輔控系統(tǒng)是指各路供電電源、控制回路的接口以及輔機系統(tǒng)的控制等部分；調(diào)速系統(tǒng)是指根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，作為執(zhí)行機構(gòu)最終對提升機的主拖動電動機進(jìn)行啟停、加速、減速、穩(wěn)速運行控制的系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)是指對電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件，包括提升信號系統(tǒng)工作情況、提升機運行過程中關(guān)鍵參數(shù)、參量的曲線、以及司機操作的正確性進(jìn)行監(jiān)控和顯示，并進(jìn)行必要的記錄以備系統(tǒng)的查閱之需；操作臺是電控系統(tǒng)的人機界面，擔(dān)負(fù)著對提升機進(jìn)行集中控制、監(jiān)視、參量信號顯示的重任。下放時，由于負(fù)力較大，需要制動力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。減速按照速度圖要求進(jìn)行，由裝在井筒內(nèi)的位置開關(guān)動作發(fā)出信號，PLC 再根據(jù)與電動機同軸運行的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行比較發(fā)出指令，增大勵磁電流If，使下放速度在規(guī)定的時間內(nèi)降低。當(dāng) a =0時，= ，勻速運行；a＞0時，＞，加速運行；a＜0時，F(xiàn)＜，減速運行。變頻器接受主控臺轉(zhuǎn)速給定信號，按照預(yù)先設(shè)定的加速時間逐步提高運行頻率，滾筒轉(zhuǎn)速逐步提高。 （5）二次減速制動段：主控臺通過提升容器的位置傳感信號，判斷提升容器即將進(jìn)入預(yù)定停車位置后，給變頻器更低轉(zhuǎn)速信號，變頻器運行至最低頻率，當(dāng)提升容器即將到達(dá)預(yù)定位置后，主控臺發(fā)出急停指令，變頻器停止驅(qū)動電機，同時控制液壓站，關(guān)斷液壓閥，從而驅(qū)動滾筒抱閘系統(tǒng)，經(jīng)過二級制動，抱閘系統(tǒng)抱死，滾筒靜止，提升容器停運。(2) 信號之間、信號系統(tǒng)與提升機電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖,井口總信號工和司機的操作不受制約,很容易因誤操作而引發(fā)事故。工作可靠性差，一旦控制或閉鎖失靈，則事故將不可避免。尤其在通信方面, 采用了數(shù)字通信技術(shù), 只需兩對普通電纜, 且信號種類和數(shù)量不受限制, 提高了信號傳輸?shù)目煽啃院挽`活性, 功能靈活多樣, 擴展方便。 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。（4）體積小，重量輕，能耗低 方案二和方案三的控制系統(tǒng)都比較安全、可靠，且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求。故可采用方案三作為此次畢業(yè)設(shè)計信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。因此必須在系統(tǒng)里加入制動器，避免產(chǎn)生“蠕動”現(xiàn)象，從而保證運輸?shù)娜撕臀锪系陌踩?。?）控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。控制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)操作人員聽到提升請求信號時，按下啟動按鈕，PLC控制將380V動力電源接入變頻器。同時接近開關(guān)（磁開關(guān)）可以檢測提升容器在井筒中運行的位置，并將這些電信號傳送給PLC，PLC通過該信號可以實現(xiàn)啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段、二次減速制動段的五段速運行。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。S7300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；具備強大的通信功能，S7300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。本設(shè)計選用SIMATIC（西門子）S7300 PLC。表31 CPU 3152DP技術(shù)參數(shù)集成式RAM128KB最大位操作指令執(zhí)行時間浮點數(shù)指令執(zhí)行時間6us位存儲器2048B定時器/計數(shù)器256/256FB最大塊數(shù)/最大容量FC最大塊數(shù)/最大容量DB最大塊數(shù)OB最大容量2048/16KB2048/16KB1023/16KB16KB每個優(yōu)先級的最大局部數(shù)據(jù)1024B集成DI/DO集成AI/AO16/16全部I/O地址區(qū)最大分布式I/O地址區(qū)最大數(shù)字量I/O總數(shù)中央?yún)^(qū)最大的數(shù)字量I/O1024B/1024B2000B163841024最大模擬量I/O總數(shù)中央?yún)^(qū)最大模擬量I/O1024256本機數(shù)字量I/O本機模擬量I/O——最大機架數(shù)/模塊總數(shù)MPI通信接口內(nèi)置/通過CP的DP接口數(shù)通過CP連接的DP站4/322個1/1—報文功能可定義的站數(shù)16最大連接數(shù)16表32 SM321數(shù)字量輸入模塊技術(shù)參數(shù)1輸入點數(shù)322額定輸入電壓DC 24V3隔離，分組數(shù)16組4輸入電流7mA5輸入延遲時間—6允許最大靜態(tài)電流表33 SM322數(shù)字量輸出模塊技術(shù)參數(shù)1輸出點數(shù)322額定輸入電壓DC 24V3分組數(shù)，隔離8，光耦4最大輸出電流（60℃）最大燈負(fù)載最小電流5W5mA5短路保護(hù)電子式6感性負(fù)載最大輸出頻率阻性負(fù)載最大輸出頻率燈負(fù)載最大輸出頻率100Hz