【正文】 情況:(3) 用的參數(shù)設(shè)置專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置經(jīng)常用于實現(xiàn)不能確定了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)調(diào)整必須在本機上完成的情況。為此，變頻器調(diào)速時應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。為了保護報警輸出的觸點，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即RC震蕩電路）。還可以將多臺變頻器的直流母線直接連接，形成公共直流母線，再接入制動單元與制動電阻，當制動功率大時由制動電阻消耗能量。提升機構(gòu)變頻器容量依據(jù)負載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。在選用變頻器時除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動機兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟性好而且輸出波形更好。這是因為，電動機的容量選擇在考慮最大負載，富裕系數(shù)，電動機規(guī)格等因素，往往電動機的容量富裕較大，工業(yè)用電動機常常在50%～60%額定負荷下運行。由于同容量電動機，其極數(shù)不同，電動機額定電流不同。其中后兩項變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。6SE70系列變頻器的所有設(shè)備均有故障自診斷功能。對于經(jīng)常制動的設(shè)備采用整流回饋單元向公共直流母線供電，再由直流母線向多臺逆變器供電。提升機普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻可以在不過電流的情況下提供較大的起動轉(zhuǎn)矩。由于恒轉(zhuǎn)矩負載類設(shè)備都存在一定靜摩擦力，負載的慣量很大，在啟動時要求有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩。(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，其克服了坐標變換和解耦運算的復(fù)雜性，直接對轉(zhuǎn)矩進行控制，通過轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原則選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達到控制電機轉(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)。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速n0也增加，實際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，同步轉(zhuǎn)速n0也下降，電機轉(zhuǎn)速也降低，這種通過改變電源頻率實現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。(5) 節(jié)電效果顯著。電動機在自然特性上運轉(zhuǎn)時的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負載變化小。完全避免了重載坡起時溜車的現(xiàn)象。采用矢量控制技術(shù)零速起動轉(zhuǎn)矩達150%，確保低速爬行時的啟動與運行特性，輸出頻率跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可準確指示出來。提升機控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)，全數(shù)字變頻技術(shù)應(yīng)用于提升機控制。近年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展和DSP微處理器的推出，更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，目前已經(jīng)進入了實用化階段，作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速，其發(fā)展不超過40年，卻取得了長足的進步，變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機速度和位置。安全保護功能齊全，設(shè)有過卷、等速超速、定點超速、PLC 編碼器斷線、錯向、傳動系統(tǒng)故障及自動限速等保護功能。 （6）安全保護本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另兩條也同時斷開。 （3）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。滿足提升階段(如加速、減速、等速、爬行等)穩(wěn)定運行的要求。系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用三菱FX2N系列的可編程控制器，一備一用，當主PLC發(fā)生故障的時候可以迅速切換備用PLC不影響生產(chǎn)。目前交流調(diào)速最有前途的是變頻調(diào)速技術(shù)，在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能滿足提升機恒轉(zhuǎn)矩負載這一特征，所以在提升機調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)展方向。但用于單水平提升時，其提升效果實際上與用發(fā)電機組供電的直流拖動系統(tǒng)相當。(2) 有沖擊性的無功功率。直流拖動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點，是交流拖動系統(tǒng)無法相比的。與GM系統(tǒng)相比，VM系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:功率放大倍數(shù)高，GM系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在101左右，VM系統(tǒng)可高達104，比GM系統(tǒng)高三個數(shù)量級。 調(diào)速裝置礦井提升機，從電力拖動而言，可分為交流拖動和直流拖動兩大類。 圖22 可編程控制器控制系統(tǒng)框圖可編程邏輯控制器因為其具有高可靠性以及軟件可編程的優(yōu)點，在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。圖22為可編程控制器控制系統(tǒng)。如果對該豎井提升機電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當代高新實用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動化程度高的電控系統(tǒng)。(2) 在啟動過程中，由于罐籠的實際載重量不同，實際的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計參數(shù)運行，常常出現(xiàn)停車不準確甚至提前停車現(xiàn)象。 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計 控制單元基本原理我國提升機設(shè)備中，普遍使用TKD系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。(5) 工作方式轉(zhuǎn)換容易。不可能待系統(tǒng)運轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能重載啟動，有較高的過載能力。提升人員時，加速度a≦，升降物料時，加速度a≦,另外不得超過提升機的減速器所允許的動力矩。從圖21可以看出，要使提升機按照給定的速度圖運行，電動力矩Te可能為正，也可能為負。可以得出按給定速度圖所需轉(zhuǎn)矩Te=f(t)的特性，從而可以得到拖動系統(tǒng)所需的力F=f(t)，提升機傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖如圖21所示。提升機電氣傳動系統(tǒng)的給定速度u=f(t)如圖21所示，根據(jù)動力學方程式Td=TeTi= Tn *e/375 ()式中 Te電動機電動力矩。表明本文所提出的設(shè)計方案具有實用價值。記錄提升鉤數(shù)以及每班、每日、每月、每年的提升量累計。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機系統(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:電力拖動系統(tǒng)中，選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量控制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一。操作、監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)選用可編程控制器。因此，需要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。 本文內(nèi)容及研究的意義 研究內(nèi)容當前國內(nèi)提升機電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。如天津電氣傳動研究所己研制了一臺300kw的變頻調(diào)速裝置。 從國外引進的晶閘管供電的直流提升機20多套，其中AEG公司21O0kW低速直聯(lián)6套、西門子公司低速直聯(lián)4套、瑞典ASEA公司9套。b 上海冶金礦山機械廠主要生產(chǎn)主機及信號系統(tǒng)，已生產(chǎn)80 多臺提升機，1979 年生產(chǎn)過一臺低速直聯(lián)落地式提升機。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導致調(diào)速的經(jīng)濟性變差。全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)單一，參數(shù)穩(wěn)定且調(diào)整方便，可方便地與上位機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。無論是提升機還是安全回路本身出現(xiàn)故障時都能準確地實施安全制動。b 二次不能開車，如電機繞組過熱、制動油過熱等。c 各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號的監(jiān)視。一般過程控制用微機不同時用于監(jiān)視，行程控制也采用單獨微機完成，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。2cm。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。c 高次諧波對電網(wǎng)有影響，需在電網(wǎng)上加濾波器等補償措施加以緩解。g 調(diào)速范圍寬。c 功率因數(shù)高，～1，極大地節(jié)省了電能。AEG公司1985年投l30O0kW，ABB公司投運的l。由于存在上述兩個問題，迫使人們又重新考慮交流拖動方式。這些缺點可采用順序控制和多脈沖整流的方法以及在電網(wǎng)上加諧波濾波器等措施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi)。易于實現(xiàn)最佳控制和自動化，安全可靠。無減速器，總效率高，電能消耗少。采用積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號。(1) 晶閘管電動機(SCRD)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)部分發(fā)達國家原有的交流提升機已基本上被晶閘管電動機(以下簡稱SCRD)所取代。提升機運行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力，影響整個礦山的經(jīng)濟效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。第1章 緒 論礦井提升機是機、電、液一體化的大型機械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產(chǎn)運輸?shù)闹饕ぞ摺２僮?、監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)選用可編程控制器。提升機運行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力，影響整個礦山的經(jīng)濟效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。同時能檢測各電機故障現(xiàn)象并送往上位機顯示。為了提高系統(tǒng)的可靠性，對提升機各種物理量及控制單元進行控制監(jiān)控。根據(jù)提升機的運行特點，控制系統(tǒng)采用工控機監(jiān)控提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)， PLC控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小，配合一些專用電子模塊組成的提升機控制設(shè)備，可供控制高壓帶動動力制動或低頻制動等。對提升機來說，運行的安全、可靠性是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運送人員的副井，一旦發(fā)生故障，往往造成機毀人亡。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小，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，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。采用先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標準化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。對應(yīng)提升機來說運行的安全可靠是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運送人員的副井，一旦發(fā)生故障往往造成機毀人亡。特別是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展方向。采用磁場反并聯(lián)，有平波電抗器及臥式深度發(fā)送裝置。此類系統(tǒng)的優(yōu)點在于:體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費用低。調(diào)速平滑，精度高。無功沖擊大，高次諧波對電網(wǎng)影響大。因此換相整流子是個薄弱環(huán)節(jié)。CEGELEC公司1983年投運的l548OkW。b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機的可靠運行和降低了運行消耗。f 同步機的價格和有色金屬的消耗低于直流機。b 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電機的過載倍數(shù)有所降低。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在交流變頻裝置中，提升工藝過程大都采用微機控制。2) 提升行程控制提升機的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點準確停車，要求準確度高，目前可達177。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微機來構(gòu)成行程給定器，并還提供性能不盡相同的機械行程控制器口。b 各主要設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視。為確保人員和設(shè)備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法，大致分為以下四種情況:a 報警顯示，如冷卻器溫度過高等。安全回路極為重要，它是保護的最后環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采用兩臺PC微機構(gòu)成安全回路，使安全回路具完善的故障監(jiān)視功能。6) 全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)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)都己應(yīng)用于提升機上。(1) 交流拖動方式目前我國提升機約70%采用串電阻調(diào)速的交流拖動方式。其生產(chǎn)和使用情況如下: 國內(nèi)研制大型直流提升機主要有三大廠家:a 上海電機廠主要生產(chǎn)配套電機，已生產(chǎn)低速直流電機80多臺，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速5Or/min，其中長廣煤礦及五村煤礦的提升機為100OkW、48r/min，淮南潘三礦采用一臺26O0kW低速直聯(lián)電機。1986年向甘肅金川礦提供了一套帶微機控制的800kW直流電控設(shè)備。 大功率變頻調(diào)速電控提升機其效率可達89%，國內(nèi)正在組織研究這種系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制。這是今后一段時期乃至凡十年對我國占絕大多數(shù)采用繼電控制的交流提升系統(tǒng)進行技術(shù)改造的必由之路。(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、維護量小，PLC 技術(shù)已經(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，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。該方案耗能大，占地面積大。實時監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)，上位機動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖:可進行故障報警、數(shù)據(jù)查詢、報表打印。本文從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以需要先來分析提升機電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。㎡)，g為重力加速度Td傳動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩,e加速度。因此在電動機不帶電時，為了使重的罐籠處于靜止狀態(tài)(便于罐籠的裝卸載)，對滾筒必須施加機械閘。綜合以上提升機的運行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點，提升機工藝對提升機電控系統(tǒng)的要求如下:(1) 加(減)速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。提升機不同于其他機械，穩(wěn)定運行的要求。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機機械特性)。具備必要的連鎖和安全保護環(huán)節(jié)。幾十年來 ，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:(1) 使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運行噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，故障率高，工作穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改變難度大，使用壽命短。這些不足主要是因為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護更換方便，并可顯示故障類型。在存