【正文】 通過這次設(shè)計(jì)我明白了團(tuán)結(jié)互助的重要性。需要不斷關(guān)注相關(guān)的電力電子、變頻器、PLC等領(lǐng)域的新技術(shù)、新發(fā)展，選擇更先進(jìn)的、使用方便、工作可靠，并且性價(jià)比更高的元器件。對(duì)本文在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)研究中，采用變頻器和可編程序控制器相結(jié)合的方法，取得了一定的成果，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。(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(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。這樣便于檢修和故障排除。同時(shí)斷開繼電器K1回路，形成下降閉鎖；當(dāng)按下上升按鈕時(shí)，K2吸合，斷開K1回路，形成上升閉鎖。PLC還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。松繩保護(hù)，程序不斷監(jiān)測(cè)松繩開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)松繩故障時(shí)，斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。以上任一故障發(fā)生均會(huì)斷開安全回路實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。故障時(shí)，通過對(duì)液壓站電磁閥的控制，實(shí)施一二級(jí)安全制動(dòng)。PLC軟件的主要功能是對(duì)提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速、停車等過程控制、信號(hào)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(diǎn)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(dòng)油過壓指示Y23電磁閥中繼G6Y3等速段超速指示Y24語音報(bào)警1Y4減速段超速指示Y25語音報(bào)警2Y5爬行段超速指示Y26語音報(bào)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(diǎn)打鈴Y10離合器合上Y31電機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行輸出Y11變頻正轉(zhuǎn)輸出中繼Y40PLC監(jiān)視輸出Y12變頻反轉(zhuǎn)輸出中繼Y41主允許一次提升輸出Y13變頻預(yù)留Y42制動(dòng)泵運(yùn)行輸出Y14變頻多段速1Y43潤滑泵運(yùn)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(shè)計(jì) PLC軟件概述及提升機(jī)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(hào)PLC的編程軟件，有離線仿真功能。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的I/O分配為提高系統(tǒng)可靠性，PLC的輸入輸出信號(hào)均采用一定的信號(hào)隔離方式:輸入信號(hào)，開關(guān)量信號(hào)通過繼電器隔離分配，電平信號(hào)通過信號(hào)分配板隔離分配。每臺(tái)主機(jī)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(gè)。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(chǎng)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(chǎng)人員學(xué)習(xí)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。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。變頻器的容量可從三個(gè)角度表述:額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量，其中后兩項(xiàng)變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。對(duì)于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，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(jí)交流異步電動(dòng)機(jī)的功率。閉環(huán)矢量控制的性能最好，必須接入測(cè)速裝置?！?。 變頻器的選擇選擇變頻器時(shí)應(yīng)以負(fù)載特性為基本依據(jù)，分析提升機(jī)的負(fù)載屬于重力，其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)速精度要求較高，且系統(tǒng)容易穩(wěn)定，即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。(4) 易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的換向，當(dāng)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(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，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(fù)載力矩，達(dá)到了在整個(gè)運(yùn)行過程都能輸出滿足負(fù)載要求的力矩。第三個(gè)階段為直接轉(zhuǎn)矩控制，也叫直接自控，它避開了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換及求矢量模與相角的復(fù)雜計(jì)算工作，直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間控制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，控制性能更好。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(duì)變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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。 （5）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(cè)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)。程序編制滿足提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式，并可方便的轉(zhuǎn)換。近年來交流變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展起來，調(diào)速方式的不斷進(jìn)步使得運(yùn)用于提升機(jī)系統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)不僅僅局限于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻方式，變頻調(diào)速技術(shù)也越來越多地在提升機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮出交流調(diào)速的優(yōu)勢(shì)。但由于這種降級(jí)使用，也給生產(chǎn)維護(hù)上增加了困難。GM系統(tǒng)的特點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運(yùn)行可靠，維護(hù)工作量大但是技術(shù)要求不高，對(duì)系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會(huì)造成有害的影響，即不會(huì)引起電力公害等。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。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。具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，穩(wěn)定運(yùn)行的要求。因此在電動(dòng)機(jī)不帶電時(shí)，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài)(便于罐籠的裝卸載)，對(duì)滾筒必須施加機(jī)械閘。所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性。實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，上位機(jī)動(dòng)態(tài)模擬顯示及故障閉鎖:可進(jìn)行故障報(bào)警、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印。采用PLC控制，硬件簡(jiǎn)潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC 技術(shù)已經(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，可供控制高壓帶動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，單、雙機(jī)拖動(dòng)等。(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。 大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)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(jī)主要有三大廠家:a 上海電機(jī)廠主要生產(chǎn)配套電機(jī)，已生產(chǎn)低速直流電機(jī)80多臺(tái)，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速5Or/min，其中長(zhǎng)廣煤礦及五村煤礦的提升機(jī)為100OkW、48r/min，淮南潘三礦采用一臺(tái)26O0kW低速直聯(lián)電機(jī)。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(jī))、西門子公司的Siemadyn D(16位機(jī))以及ABB公司的Tyrak(16位機(jī))系統(tǒng)都己應(yīng)用于提升機(jī)上。為確保人員和設(shè)備的安全，對(duì)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(bào)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(jī)來構(gòu)成行程給定器，并還提供性能不盡相同的機(jī)械行程控制器口。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)控制在交流變頻裝置中，提升工藝過程大都采用微機(jī)控制。f 同步機(jī)的價(jià)格和有色金屬的消耗低于直流機(jī)。CEGELEC公司1983年投運(yùn)的l548OkW。無功沖擊大，高次諧波對(duì)電網(wǎng)影響大。此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低。特別是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機(jī)控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展方向。采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。對(duì)提升機(jī)來說，運(yùn)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(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生故障，往往造成機(jī)毀人亡。主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，硬件簡(jiǎn)潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，配合一些專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)等。為了提高系統(tǒng)的可靠性，對(duì)提升機(jī)各種物理量及控制單元進(jìn)行控制監(jiān)控。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)能力，影響整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)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(jié)合的雙重給定信號(hào)。易于實(shí)現(xiàn)最佳控制和自動(dòng)化，安全可靠。由于存在上述兩個(gè)問題，迫使人們又重新考慮交流拖動(dòng)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(duì)電網(wǎng)有影響，需在電網(wǎng)上加濾波器等補(bǔ)償措施加以緩解。2cm。c 各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。無論是提升機(jī)還是安全回路本身出現(xiàn)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。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。 從國外引進(jìn)的晶閘管供電的直流提升機(jī)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?jī)?nèi)容當(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。因此，需要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。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機(jī)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(jiǎn)單和控制可靠性高的優(yōu)點(diǎn):電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)裝置，運(yùn)用先進(jìn)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。表明本文所提出的設(shè)計(jì)方案具有實(shí)用價(jià)值。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(dòng)系統(tǒng)所需的力F=f(t)，提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)給定速度圖、力圖如圖21所示。提升人員時(shí)，加速度a≦，升降物料時(shí)，加速度a≦,另外不得超過提升機(jī)的減速器所允許的動(dòng)力矩。(5) 工作方式轉(zhuǎn)換容易。(2) 在啟動(dòng)過程中，由于罐籠的實(shí)際載重量不同，實(shí)際的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，常常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)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(diào)速裝置礦井提升機(jī)，從電力拖動(dòng)而言，可分為交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類。直流拖動(dòng)系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點(diǎn)，是交流拖動(dòng)系統(tǒng)無法相比的。但用于單水平提升時(shí)，其提升效果實(shí)際上與用發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)。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(dāng)主PLC發(fā)生故障的時(shí)候可以迅速切換備用PLC不影響生產(chǎn)。 （3）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(duì)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。安全保護(hù)功能齊全，設(shè)有過卷、等速超速、定點(diǎn)超速、PLC 編碼器斷線、錯(cuò)向、傳動(dòng)系統(tǒng)故障及自動(dòng)限速等保護(hù)功能。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(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，目前已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)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(zhǎng)足的進(jìn)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(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。采用矢量控制技術(shù)零速起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)150%，確保低速爬行時(shí)的啟動(dòng)與運(yùn)行特性，輸出頻率跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可準(zhǔn)確指示出來。電動(dòng)機(jī)在自然特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速n0也增加，實(shí)際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，同步轉(zhuǎn)速n0也下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，這種通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。(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)變換和解耦運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對(duì)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。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(dòng)轉(zhuǎn)矩。對(duì)于經(jīng)常制動(dòng)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(tái)逆變器供電。其中后兩項(xiàng)變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。這是因?yàn)椋妱?dòng)機(jī)的容量選擇在考慮最大負(fù)載，富裕系數(shù)，電動(dòng)機(jī)規(guī)格等因素，往往電動(dòng)機(jī)的容量富裕較大，工業(yè)用電動(dòng)機(jī)常常在50%～60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。提升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算，并考慮2倍的安全力矩。為了保護(hù)報(bào)警輸出的觸點(diǎn)，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(yīng)用參數(shù)設(shè)置步驟簡(jiǎn)單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常用于已準(zhǔn)確了解裝置的應(yīng)用條件且無需測(cè)試以及需要相關(guān)擴(kuò)展參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充的情況:(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(shí)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(jī)上完成的情況。(2) 控制功能強(qiáng)。(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(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)。(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(gè)基本FX2N單元中的每個(gè)單元可以擴(kuò)充到256個(gè)I/O。表42 輸入點(diǎn)地址編碼名 稱地址編碼名 稱地址編碼松繩開關(guān)X0KT2出口壓力開關(guān)X14深指失效1X1制動(dòng)油溫度開關(guān)X15深指失效2X2壓差發(fā)訊器信號(hào)1X16電機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行反饋X3壓差發(fā)訊器信號(hào)2X17變頻運(yùn)行反饋X4潤滑油欠壓信號(hào)1X20主電失壓X5潤滑油欠壓信號(hào)2