【正文】 到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。但是采用此法的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)差頻率控制未能實(shí)施對電機(jī)瞬時(shí)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(dòng)態(tài)特性較差，電機(jī)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(shí)由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。異步電動(dòng)機(jī)定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)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(hào)檢測傳感、控制信號(hào)的輸入/輸出、電路驅(qū)動(dòng)和電路保護(hù)。位置信號(hào)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(dòng)件，磁性開關(guān)作為靜件,和機(jī)械式碰撞開關(guān)作用一樣,但無機(jī)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(jì)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(jì)采用TCK－1型磁開關(guān)來檢測這些信號(hào)。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?？梢杂醚b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(hào)機(jī)架的4號(hào)槽開始,每個(gè)槽位分配4B（4個(gè)字節(jié)）的地址，相當(dāng)于32個(gè)I/O點(diǎn)。%，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(jī)架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）、信號(hào)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(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動(dòng)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(dòng)檢測、監(jiān)測及控制等。在PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，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(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)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(gè)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(gè)階段，全過程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。操作人員通過操作臺(tái)向PLC發(fā)送控制提升機(jī)運(yùn)行的控制命令。再松開液壓制動(dòng)閘并將主令控制器推到正向（或反向），提升機(jī)開始運(yùn)行。提升過程采用微機(jī)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。（2）液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）、動(dòng)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(tái)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(jī)總體系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖中各部分功能如下：（1）動(dòng)力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器和底座，完成人、物料的運(yùn)輸任務(wù)。兩者的控制系統(tǒng)一個(gè)為單片機(jī)，另一各為PLC。梯形圖語言的圖形符號(hào)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(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 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(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。新型礦井提升機(jī)信號(hào)裝置的使用有效地解決了在微機(jī)系統(tǒng)中信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。此信號(hào)系統(tǒng)正在被淘汰。(3) 聲光信號(hào)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(jī)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(yùn)行至50赫茲時(shí)，進(jìn)入勻速段，此階段，變頻器維持最大輸出，滾筒運(yùn)行至最高速度，拖動(dòng)提升容器在最高速度下運(yùn)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(jī)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(tái)通過檢測變頻器的運(yùn)行信號(hào)，判斷變頻器已經(jīng)可以運(yùn)行，主控臺(tái)在自動(dòng)模式下，通過控制變頻器，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)運(yùn)行的五段速度曲線，即啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動(dòng)段。(4)爬行階段t4V4在 m/ s左右，此數(shù)值實(shí)際上是一個(gè)平均值，因?yàn)樘嵘龣C(jī)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(shí)，根據(jù)負(fù)載狀況使電動(dòng)機(jī)保持電動(dòng)狀態(tài)，且速度Vm=／s。 圖21提升機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成本設(shè)計(jì)采用單繩纏繞式提升機(jī)（單卷筒），提升過程包括：啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動(dòng)段五個(gè)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(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。主要內(nèi)容包括：（1）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)；（2）PLC控制回路電路的設(shè)計(jì)；（3）變頻器主回路電路的設(shè)計(jì)；（4）系統(tǒng)主程序流程圖的設(shè)計(jì)；（5）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)可分為豎井提升機(jī)和斜井提升機(jī)兩種。（2）直流拖動(dòng)方式我國提升機(jī)采用直流拖動(dòng)有兩種系統(tǒng)：直流發(fā)電機(jī)—直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組(F—D)和晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)(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(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)(SCR—D)直流低速直聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)其缺點(diǎn)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(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。目前國內(nèi)各大煤礦礦井提升機(jī)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(jī)安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)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(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。目前，國外己達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，使整個(gè)拖動(dòng)控制產(chǎn)生一次重大的變革。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)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(shí)現(xiàn)提升機(jī)多段速穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的工作制動(dòng)和安全制動(dòng)；采用先進(jìn)的上位機(jī)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而保證提升機(jī)可靠安全地運(yùn)行。纏繞式礦井提升機(jī)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(jī)加速、等速、減速、爬行到停車整個(gè)運(yùn)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(hào)共同完成對提升機(jī)整機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)最終對提升機(jī)的主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟停、加速、減速、穩(wěn)速運(yùn)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(hào)系統(tǒng)工作情況、提升機(jī)運(yùn)行過程中關(guān)鍵參數(shù)、參量的曲線、以及司機(jī)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(tái)是電控系統(tǒng)的人機(jī)界面，擔(dān)負(fù)著對提升機(jī)進(jìn)行集中控制、監(jiān)視、參量信號(hào)顯示的重任。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。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(dòng)作發(fā)出信號(hào)，PLC 再根據(jù)與電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)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(lì)磁電流If，使下放速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低。當(dāng) a =0時(shí)，= ，勻速運(yùn)行；a＞0時(shí)，＞，加速運(yùn)行；a＜0時(shí)，F(xiàn)＜，減速運(yùn)行。變頻器接受主控臺(tái)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，按照預(yù)先設(shè)定的加速時(shí)間逐步提高運(yùn)行頻率，滾筒轉(zhuǎn)速逐步提高。 （5）二次減速制動(dòng)段：主控臺(tái)通過提升容器的位置傳感信號(hào)，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(hào)，變頻器運(yùn)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(tái)發(fā)出急停指令，變頻器停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)控制液壓站，關(guān)斷液壓閥，從而驅(qū)動(dòng)滾筒抱閘系統(tǒng)，經(jīng)過二級(jí)制動(dòng)，抱閘系統(tǒng)抱死，滾筒靜止，提升容器停運(yùn)。(2) 信號(hào)之間、信號(hào)系統(tǒng)與提升機(jī)電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖,井口總信號(hào)工和司機(jī)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(hào)種類和數(shù)量不受限制, 提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院挽`活性, 功能靈活多樣, 擴(kuò)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(jì)的數(shù)字運(yùn)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(jì)要求。故可采用方案三作為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)信號(hào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。因此必須在系統(tǒng)里加入制動(dòng)器，避免產(chǎn)生“蠕動(dòng)”現(xiàn)象，從而保證運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)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(hào)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，PLC控制將380V動(dòng)力電源接入變頻器。同時(shí)接近開關(guān)（磁開關(guān)）可以檢測提升容器在井筒中運(yùn)行的位置，并將這些電信號(hào)傳送給PLC，PLC通過該信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段、二次減速制動(dòng)段的五段速運(yùn)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(jī)器人和CAD/CAM）之一。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí)，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(qiáng)，可靠性更高。S7300操作系統(tǒng)自動(dòng)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(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；具備強(qiáng)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(jì)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(shí)間浮點(diǎn)數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間6us位存儲(chǔ)器2048B定時(shí)器/計(jì)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(gè)優(yōu)先級(jí)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(jī)數(shù)字量I/O本機(jī)模擬量I/O——最大機(jī)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(gè)1/1—報(bào)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)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