【正文】 通過這次設計我明白了團結互助的重要性。需要不斷關注相關的電力電子、變頻器、PLC等領域的新技術、新發(fā)展，選擇更先進的、使用方便、工作可靠，并且性價比更高的元器件。對本文在礦井提升機控制系統(tǒng)研究中，采用變頻器和可編程序控制器相結合的方法，取得了一定的成果，通過對已改造的提升機設備進行調研以及相關文獻的閱讀可以看出PLC控制的變頻調速提升機有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。(4) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用引至PLC柜的電纜要盡量遠離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。這樣便于檢修和故障排除。同時斷開繼電器K1回路，形成下降閉鎖；當按下上升按鈕時，K2吸合，斷開K1回路，形成上升閉鎖。PLC還完成各種保護監(jiān)視功能。松繩保護，程序不斷監(jiān)測松繩開關狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)松繩故障時，斷開安全回路，實現(xiàn)安全制動。以上任一故障發(fā)生均會斷開安全回路實現(xiàn)安全制動。故障時，通過對液壓站電磁閥的控制，實施一二級安全制動。PLC軟件的主要功能是對提升機的啟動、加速、減速、停車等過程控制、信號采集、邏輯處理。另一種是給定速度為行程的函數(shù)，v=f(s)。表45 輸出點地址編碼名 稱地址編碼名 稱地址編碼電磁閥中繼G3Y0檢繩故障Y21電磁閥中繼G4Y1深指失效指示Y22電磁閥中繼G5Y2制動油過壓指示Y23電磁閥中繼G6Y3等速段超速指示Y24語音報警1Y4減速段超速指示Y25語音報警2Y5爬行段超速指示Y26語音報警3Y6閘瓦磨損指示Y27軟安全回路中繼Y7離合器打開Y30減速點打鈴Y10離合器合上Y31電機風機運行輸出Y11變頻正轉輸出中繼Y40PLC監(jiān)視輸出Y12變頻反轉輸出中繼Y41主允許一次提升輸出Y13變頻預留Y42制動泵運行輸出Y14變頻多段速1Y43潤滑泵運行輸出Y15變頻多段速2Y44閘控輸出Y16變頻多段速3Y45一次提升故障指示Y20 PLC接線圖第5章 PLC控制程序設計 PLC軟件概述及提升機PLC控制要求三菱PLC的編程軟件有幾種，在此用到的是Gxdeveloper，是一款可兼容三菱各種型號PLC的編程軟件，有離線仿真功能。 PLC控制系統(tǒng)設計 PLC的I/O分配為提高系統(tǒng)可靠性，PLC的輸入輸出信號均采用一定的信號隔離方式:輸入信號，開關量信號通過繼電器隔離分配，電平信號通過信號分配板隔離分配。每臺主機可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過8個。維修方便，功能更改靈活。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學習。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。制動控制回路：提升機負載由于慣性較大，當變頻器的輸出頻率下降至0Hz時，常常停不住，而有“蠕動”(也稱爬行)現(xiàn)象，在礦山提升機這種大負載機械中，蠕動現(xiàn)象有可能造成十分危險的后果。變頻器的容量可從三個角度表述:額定電流、可用電動機功率和額定容量，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。對于鼠籠式異步電動機，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。變頻器的額定功率指的是它適用的4級交流異步電動機的功率。閉環(huán)矢量控制的性能最好，必須接入測速裝置。～。 變頻器的選擇選擇變頻器時應以負載特性為基本依據(jù)，分析提升機的負載屬于重力，其負載特性屬于恒轉矩負載特性。（2）轉差頻率控制轉差頻率控制是檢測異步電動機的轉速，調速精度要求較高，且系統(tǒng)容易穩(wěn)定，即能在寬廣的調速范圍內(nèi)，將電動機的轉矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。(4) 易實現(xiàn)電動機的換向，當頻率降低至零后即可反向開車，采用控制器改變相序即可實現(xiàn)反轉，因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡。采用特殊的軟件編程，改善低頻特性，即使在輸出0Hz的情況下，也能輸出200%的負載力矩，達到了在整個運行過程都能輸出滿足負載要求的力矩。第三個階段為直接轉矩控制，也叫直接自控，它避開了矢量控制中的兩次坐標變換及求矢量模與相角的復雜計算工作，直接在定子坐標系上計算電動機的轉矩與磁通，使轉矩響應時間控制在一拍以內(nèi)，且無超調，控制性能更好。在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉換，由模擬量輸出口輸出，以驅動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進行控制。 （5）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)。程序編制滿足提升機自動、半自動、手動、驗繩、調繩等工作方式，并可方便的轉換。近年來交流變頻調速技術迅速發(fā)展起來，調速方式的不斷進步使得運用于提升機系統(tǒng)的交流調速技術不僅僅局限于傳統(tǒng)的轉子串電阻方式，變頻調速技術也越來越多地在提升機控制系統(tǒng)中廣泛應用，充分發(fā)揮出交流調速的優(yōu)勢。但由于這種降級使用，也給生產(chǎn)維護上增加了困難。GM系統(tǒng)的特點是過載能力強，所需設備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運行可靠，維護工作量大但是技術要求不高，對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害的影響，即不會引起電力公害等。在存儲程序控制系統(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器中某些語句的內(nèi)容。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。具備必要的連鎖和安全保護環(huán)節(jié)。提升機不同于其他機械，穩(wěn)定運行的要求。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。所以需要先來分析提升機電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。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。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調試方便、維護量小，PLC 技術已經(jīng)廣泛應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備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。(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。 大功率變頻調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。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。6) 全數(shù)字化調速控制系統(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)都己應用于提升機上。為確保人員和設備的安全，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。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采用位微機來構成行程給定器，并還提供性能不盡相同的機械行程控制器口。其應用主要體現(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。f 同步機的價格和有色金屬的消耗低于直流機。CEGELEC公司1983年投運的l548OkW。無功沖擊大，高次諧波對電網(wǎng)影響大。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。特別是模擬技術、微電子技術、微電腦技術在提升機控制中的應用已成為必然的發(fā)展方向。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，按照結構標準化、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備是進行技術改造和新建礦井設備選型的理想選擇。對提升機來說，運行的安全、可靠性是至關重要的，主井直接關系到礦山的生產(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。主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，硬件簡潔、軟件靈活性強、調試方便、維護量小，配合一些專用電子模塊組成的提升機控制設備，可供控制高壓帶動動力制動或低頻制動等。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。操作、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。采用積分給定與行程給定相結合的雙重給定信號。易于實現(xiàn)最佳控制和自動化，安全可靠。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。c 功率因數(shù)高，～1，極大地節(jié)省了電能。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。2cm。c 各傳感器(如位置開關、停車開關)信號的監(jiān)視。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。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉差率s的調速方法，在調速中產(chǎn)生大量的轉差功率，使大量電能消耗在轉子附加電阻上，導致調速的經(jīng)濟性變差。 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。 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)，設備陳舊、技術落后。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。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調速方案后，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，優(yōu)化了調速系統(tǒng)的性能，這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調速的重要研究方向之一。表明本文所提出的設計方案具有實用價值?？梢缘贸霭唇o定速度圖所需轉矩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。(5) 工作方式轉換容易。(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定的設計參數(shù)運行，常常出現(xiàn)停車不準確甚至提前停車現(xiàn)象。圖22為可編程控制器控制系統(tǒng)。 調速裝置礦井提升機，從電力拖動而言，可分為交流拖動和直流拖動兩大類。直流拖動系統(tǒng)具有調速性能好的特點，是交流拖動系統(tǒng)無法相比的。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。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)。 （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。安全保護功能齊全，設有過卷、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。近年來，電力電子技術的發(fā)展和DSP微處理器的推出，更為高性能交流調速系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎，目前已經(jīng)進入了實用化階段，作為眾多調速方案之一的變頻調速，其發(fā)展不超過40年，卻取得了長足的進步，變頻調速以其節(jié)能和可平滑調速，調速范圍寬等優(yōu)點得到了廣泛的應用。采用矢量控制技術零速起動轉矩達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。電動機在自然特性上運轉時的外特性硬，轉速隨負載變化小。電源頻率增加，同步轉速n0也增加，實際轉速也增加；電源頻率下降，同步轉速n0也下降，電機轉速也降低，這種通過改變電源頻率實現(xiàn)的速度調節(jié)過程稱為變頻調速。(4) 直接轉矩控制直接轉矩控制(DTC)也是一種轉矩閉環(huán)控制方法，其克服了坐標變換和解耦運算的復雜性，直接對轉矩進行控制，通過轉矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原則選擇逆變器開關狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調節(jié)電機的轉速和輸出功率，達到控制電機轉速的目的。采用矢量控制或直接轉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矩。對于經(jīng)常制動的設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。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。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。提升機構變頻器容量依據(jù)負載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。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）。(2) 應用參數(shù)設置步驟簡單應用的參數(shù)設置常用于已準確了解裝置的應用條件且無需測試以及需要相關擴展參數(shù)進行補充的情況:(3) 用的參數(shù)設置專家應用的參數(shù)設置經(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)調整必須在本機上完成的情況。(2) 控制功能強。(6) 適用與惡劣的工業(yè)環(huán)境。A系列PLC的最大輸入輸出點數(shù)為2048點。(2) 更靈活的配置除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個基本FX2N單元中的每個單元可以擴充到256個I/O。表42 輸入點地址編碼名 稱地址編碼名 稱地址編碼松繩開關X0KT2出口壓力開關X14深指失效1X1制動油溫度開關X15深指失效2X2壓差發(fā)訊器信號1X16電機風機運行反饋X3壓差發(fā)訊器信號2X17變頻運行反饋X4潤滑油欠壓信號1X20主電失壓X5潤滑油欠壓信號2X