【正文】 直觀的操作。由于顯示面板的小型化及 高性能，提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值。 觸摸屏是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等，來處理或監(jiān)控不斷變化的信息。 很多工業(yè)被控對象要求控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的人機(jī)接口功能，用來實(shí)現(xiàn)操作人員與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間的對話和相互作用。觸摸屏控制器的主要作用是接收來自觸摸點(diǎn)檢測裝置的觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送 CPU，它同時(shí)能接收 CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，例如動(dòng)態(tài)地顯示開關(guān)量和模擬量。人的行為和機(jī)器的行為變得簡單、直接、自然，達(dá)到完美的統(tǒng)一。當(dāng)有故障出現(xiàn)時(shí)可轉(zhuǎn)到相 應(yīng)的故障處理模塊進(jìn)行故障處理，并通過報(bào)警回路報(bào)警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。與變頻調(diào)速良好的起、制動(dòng)功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時(shí)間或斷續(xù)周期運(yùn)行、頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的場合，既能保證電動(dòng)機(jī)在高頻時(shí)的過載能力，又能在低頻時(shí)保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。逆變器開關(guān)器件己由晶閘管 （ SCR)、功率晶體管 （ GTR)，發(fā)展到絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)，以至智能型功率模塊 (IPM)，集成門極換流晶閘管 (IGCT)等。 (2)電壓型變頻器 在交 － 直 － 交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器。 變 頻 器控 制 器逆 變 器平 滑 電 路 I M電源 圖 3－ 5 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類 (1)電流型變頻器 當(dāng)交 － 直 － 交變壓變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對負(fù)載來說基本上是一個(gè)電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電流源型變頻器。 (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(biāo)變換和解禍運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對轉(zhuǎn)矩進(jìn)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(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達(dá)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 V壓控制是一種開環(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。 變轉(zhuǎn)差率 s： 定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 － 直 － 交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。把 PLC 梯形圖中左邊母線假想為電源相線，把右邊母線假想為電源地線。 PLC 梯形圖中的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器不是物理繼電器，物理定時(shí)器和物理計(jì)數(shù)器，這些器件實(shí)際上是存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器位，又稱軟器件。 PLC 的編程語言 PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，不僅有硬件，軟件也必不可少，目前 PLC 常用的編程語言有四種： 梯形圖編程語言，指令語句表語言，功能圖編程語言，高級(jí)編程功能語言。但是對某些 I/O快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 (3) 輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器，既器件映像寄存器中的寄存器狀態(tài)。 (2)程序執(zhí)行 根據(jù) PLC 梯形圖程序 掃描原則，按先左右后上下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。 (1) 輸入處理 也叫輸入采樣。 內(nèi)部處理階段， PLC檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語言來描述 ， 支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 PLC 在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級(jí)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) ” 。 PLC 的基本特點(diǎn) 可編程控制器（ PLC） 的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍 ， 與傳統(tǒng)的繼電太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 器控制相比有著突出的特點(diǎn) ： (1)靈活性、通用性強(qiáng) 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(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定 S 形速度曲線由 PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動(dòng) 變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺(tái)速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。 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)。 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。 控制 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 基于 PLC 的 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成， 其 系統(tǒng)框圖如圖 3－ 3 所示： 圖 3－ 3 控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖中各部分功能如下： 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)。 對于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價(jià)格也不高。控制程序是通過一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲(chǔ)器中。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 系統(tǒng) 控制方案 設(shè)計(jì) 控制單元基本原理 隨著 PLC 控制的日漸成熟，大多數(shù)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)都采用了 可編程序邏輯控制器 (Programmable logic controller)，簡稱 PLC， PLC 技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由 PLC 通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化 ； PLC 的輸入 /輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高 。 為了提高變頻器對電機(jī)的精確控制，采用閉環(huán)控制模式， 防止溜鉤或因上 升或下降啟動(dòng)時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足而引起沖擊機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。 （ 2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。 （ 1） 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng) （ 2） 直流可逆調(diào)速系統(tǒng) （ 3） 交流電動(dòng)機(jī)交 － 交變頻調(diào)速系統(tǒng) （ 4）交 直 交變頻調(diào) 速 系統(tǒng) 變頻器的主電路大體上可分為兩類 ， 電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容 ； 電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。 (4)特性曲線要硬 要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過大，影響系統(tǒng)正常工作 (當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。 根據(jù)以上分析 ， F = f（ t）的力圖見圖 2－ 2： 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 FF 1F 2F 3F 4F 5主加速勻 速主減速爬 行停 車t 1t 2t 3t 4 t 5 圖 2－ 2 提升機(jī)力圖 綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及礦山生產(chǎn)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對提升機(jī)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 提升人員時(shí)，加速度 2/ sma ? ，升降物料時(shí)，加速度 2/ sma? 。 (4)爬行階段 t4 V4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太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 不可能很準(zhǔn)確的變?yōu)樗俣?V4。 (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。 提升機(jī)的 速度要求及受力情況 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 ， 采用能耗制動(dòng)、閉環(huán)控制 ， 單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關(guān)的理想速度給定電路、速度負(fù)反饋電路、 PID 調(diào)節(jié)器、移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動(dòng)電路組成 ， 下放速度由PID 調(diào)節(jié)。 目前 ， 我國單繩纏繞式提升機(jī) ， 廣泛采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) ， 提升過程一般包括 ： 起動(dòng) 、 加速、勻速、減速、爬行和停車幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩 擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降。 礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代。 當(dāng)前國內(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。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)有各種檢測、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置 (如超載、速度、加減速等記錄 )。該方案耗能大，占地面積大，已不能適應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的需要。礦井提升機(jī)作太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 為生產(chǎn)重要設(shè)備，除高耗能以外，還有著工作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、危險(xiǎn)程度大等突出問題，因此，技術(shù)落后、設(shè)備陳舊逐漸不能滿足發(fā)展要求，取而代之的將會(huì)是節(jié)能環(huán)保、安全 高效的全數(shù)字化 生產(chǎn)模式。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)。 因此，應(yīng)用 變 頻器對 礦井 提升機(jī) 的 控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將成為歷史的必然趨勢。因此對礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文 ） 題 目 基于 PLC 和 變頻器的礦井提升機(jī)電 控 系統(tǒng) 姓 名