【正文】 指 導(dǎo) 教 師 XXX 系（部）主 任 XXX 2021 年 5 月 24 日 XXXXXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文）答 辯 委 員會(huì)記錄 XXX 系 XXX 專業(yè) ， 學(xué) 生 XXX 于 年 月 日 進(jìn) 行了 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文）答 辯 。 編 制 設(shè)計(jì) B 改用 PLC 控制，與傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器電控系統(tǒng)相比，調(diào)速時(shí)的能耗大大降低，運(yùn)行效率也有很大的提高，而且減少了維修的成本。適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器－接觸器進(jìn)行控制，這種系統(tǒng)存在著很多的缺點(diǎn)。 多 年來，礦井提升機(jī)及其拖運(yùn)、安全保護(hù)系統(tǒng)等設(shè)備的技術(shù)水平和安全水平一直是困擾煤炭安全生產(chǎn)和效益提高的重要因素。 變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對(duì)象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無級(jí)平滑調(diào)速，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè) 調(diào) 速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。通過對(duì)已改造的提升機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)研以及相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀可以看出 PLC 控制的變頻調(diào)速提升機(jī)有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀 礦井提升機(jī)作為礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的主要運(yùn)行形勢之一，最早起源于英國、美國、德國等一些采煤技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，五十年代已經(jīng)大規(guī)模服務(wù)于煤炭行業(yè)。 1981 年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國 Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī) (習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體 的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。計(jì)算機(jī)和 PLC 的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。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(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差。 對(duì)于我國的礦井提升機(jī)實(shí)現(xiàn)精度行程控制和制動(dòng)控制系統(tǒng)安全可靠是一個(gè)急待解決的問題。重車上行時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩擦力矩，電機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限，在重車減速時(shí)，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時(shí)間較短，電機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二 象限。 交流拖動(dòng)系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦 井獲得了廣泛應(yīng)用 。 PLC 變頻調(diào)速是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速方法， 從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非 是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。 此方案 調(diào)速平滑， 實(shí)施時(shí) 采用閉環(huán)系統(tǒng)，機(jī)械特性較硬，調(diào)速范圍較寬 。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開 關(guān) 、 操 作 手 柄繼 電 器 控 制 線 路有 繼 電 器 和 連 接 線 路 組 成輸 出 設(shè) 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機(jī) 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過 程 圖 13 繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)框圖 而這種控制方式還存在著很多的問題： （ 1）使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件使系統(tǒng)體積大、運(yùn)行噪聲大。 這些不足主要是因?yàn)椴捎美^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。 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(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā) 6 展方向 。 圖 1－ 4 為可編程控制器 （ PLC） 控制系統(tǒng)。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線 (即硬件 )，而只需通過編程器改變程序存儲(chǔ)器中某些語句的內(nèi)容。從解決實(shí)際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)速方案進(jìn)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(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性 , 使速度變化更加平滑和實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。基于 PLC 的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖如圖 15 所示。提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來測試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 9 第二章 主要元部件的選擇 （ PLC）的選擇 PLC 技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處分支、中斷、自診斷能力。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。S7200 系列 PLC 體積小，價(jià)格低廉，軟硬件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)配置方便，它一推向市場就在各行各業(yè)得 到了廣泛的應(yīng)用。為了使 PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后 PLC 要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。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。 (2)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的 要求選擇其他編程語言。 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)的修改用戶程序就可以達(dá)到 變換和增加控制功能的目的。一臺(tái)小型的 PLC 只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積 ,控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 3． 通用變頻器的控制技術(shù)性能達(dá)到了直流電機(jī)調(diào)速水平。 變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。對(duì)于變頻器的應(yīng)用，必須首先熟練對(duì)變頻器的面板操作，以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)變頻器的各種功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 MM420 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 圖 23 交 直 交變頻器結(jié)構(gòu)圖 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)。 2. MM440 變頻調(diào)速的原理 異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱的三相繞組中通入對(duì)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： pf160n0? (2－ 1) 式中 f1定子繞組電源頻率； P電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。交流拖動(dòng) 中 以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電 阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等 。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于 大型 類的負(fù)載。如表 21 所示。 變頻器各端子說明 分布如圖 25 所示。因此本次設(shè)計(jì)選用三相交流 籠 型 異步電動(dòng)機(jī)。 PLC 與變頻器的外圍接線圖如圖 32 所示， PLC 的 端接電機(jī)啟動(dòng)按鈕 SB1， 端接電機(jī)停止按鈕 SB2，再 使用 PLC 的一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)作為使電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)的輸出信號(hào)，接到 MM420 變頻器的 AIN1+， AIN1端子上。 變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)串聯(lián)在 KM1 的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時(shí)，報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使 KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。 聲光報(bào)警回路： 變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn) 30B30C 串聯(lián)在 KM1 的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時(shí)，報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使 KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。 制動(dòng)控制回路：提升機(jī)負(fù)載由于慣性較大 ，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至 0Hz 時(shí)，常常停不住，而有“蠕動(dòng)” (也稱爬行 )現(xiàn)象，在礦山提升機(jī)這種大負(fù)載機(jī)械中，蠕動(dòng)現(xiàn)象有可能造成十分危險(xiǎn)的后果。 的輸入端 、 為提升機(jī)上升、下降開關(guān)控制端； 、 、 為提升機(jī)的過卷、松繩、過載控制端。 21 圖 34 系統(tǒng)控制回路電路圖 其 I/O 口分配如表 31 所示： 表 31 控制系統(tǒng) Ｉ /Ｏ 分配表 PLC I/O 分配表 輸 入 輸 出 電機(jī)啟動(dòng)按鈕 工頻輸出端 電機(jī)停止按鈕 變頻輸出端 變頻控制端 正轉(zhuǎn)繼電器 工頻控制端 反轉(zhuǎn)繼電器 上升控制端 安全回路繼電器 下降控制端 報(bào)警繼電器 過卷保戶端 復(fù)位 松繩保戶端 點(diǎn)動(dòng)控制 過載保護(hù)端 COM AC 220V 22 第四章 系統(tǒng) 軟 件設(shè)計(jì) 提升設(shè)備在一次提升過程中，提升速度、轉(zhuǎn)矩等運(yùn)行參量隨提升時(shí)間變化的曲線，稱為提升工作圖。 圖 41 箕斗 提升速度圖 （ 1） t1 段：初加速階段。對(duì)于箕斗提升，加速度 a2 一般不大于 178。這時(shí)重載箕斗已接近井口，空箕斗接近裝載點(diǎn)，提升容器以加速度 a4 運(yùn)行， a4 一般不大于 178。提升容器到達(dá)終點(diǎn)，提升機(jī)施閘停車，井底箕斗裝載，井口箕斗卸載。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)。 3. 觸點(diǎn)應(yīng)在水平線上，不能在垂直分支上，且應(yīng)遵循自左至右、自上而下的原則。 I 0 . 0I 1 . 0I 0 . 2 I 2 . 02 3451Q 0 . 0 圖 43 梯形圖簡圖 系統(tǒng)梯形圖 由于控制工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成 :參數(shù)設(shè)定、上位機(jī)顯示、故障存儲(chǔ)、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、中間量這五部分，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，便于現(xiàn) 場維護(hù)管理，使提升機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性得到了大幅度提高。從而達(dá)到互鎖作用。此時(shí) FWD 與CM 相連，電機(jī)正轉(zhuǎn)上提煤車。此時(shí)繼電器 KM2 得電， KM3 失電；置于變頻器與電機(jī)之間的 KM2 常開觸點(diǎn)閉合，跨過變頻器，連接電機(jī)與三相動(dòng)力電源的 KM3 常開觸點(diǎn)斷開。 控制系統(tǒng)的梯形圖 如圖 44 所示： 26 27 28 29 圖 44 系統(tǒng)梯形圖 調(diào)試過程 1． 先將程序傳入 PLC 中，連接外部連線和按鍵以及各個(gè)狀態(tài)指示燈。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮系統(tǒng)的抗干擾措施。 ③ 所有機(jī)柜、操作臺(tái)等均需保護(hù)接地，臺(tái)柜內(nèi)需有獨(dú)立的 PLC 直流地、機(jī)殼安全地、電纜屏蔽地接地端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離。因此對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，在任何情況下，都必須分開電纜迸行傳輸。 ⑦ 采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件程序可以提高運(yùn)行的可靠性，故障診斷軟件定期的檢測外界環(huán)境，以便及時(shí)進(jìn)行處理。主