【正文】 ...................... 22 變頻器 ............................................................................ 22 變頻調(diào)速基本原理 ....................................................... 24 變頻器的選型 ............................................................... 25 變頻器主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定 .................................. 27 第 3 章 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................... 30 提升機(jī) PLC 控制要求 ............................................................ 30 程序設(shè)計(jì) .................................................................................. 30 第 4 章 系統(tǒng)抗干擾措施 ...................................................................... 35 PLC 的抗干擾 .......................................................................... 35 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 變頻器的抗干擾及其防止 ..................................................... 36 結(jié) 論 ..................................................................................................... 37 謝 辭 ....................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 40 附 錄 ..................................................................................................... 41 外文資料翻譯 ........................................................................................ 42 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 本文以某煤礦主立井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)為工業(yè)背景，在已經(jīng)非常成熟但調(diào)速方法比較落后的交流拖動技術(shù)基礎(chǔ)上，通過基于 PLC 的變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)行程、速度和制動控制中的應(yīng)用，闡述了新型礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。 ⑥提升容器通過給定的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。因此在電動機(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 )，對滾筒必須施加機(jī)械閘。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，穩(wěn)定運(yùn)行的要求。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 .盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 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。 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。但由于這種降級使用，也給生產(chǎn)維護(hù)上增加了困難。 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(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)展方向。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號到 PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時(shí)候才可以松閘，這樣會避免豎井提升機(jī)啟動時(shí)發(fā)生溜車現(xiàn)象。安全電路斷開后，系統(tǒng)會立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器，制動油泵，斷開安全閥和 KT 線圈，進(jìn)行緊急制動。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)。 (3) 編程簡單，使用方便。 (6) 體積小，能耗低。 通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇三菱 FX2N80MR 型 PLC。 FX2N 內(nèi)含計(jì)時(shí)功能，可以進(jìn)行時(shí)間控制。 ②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 單元中的每一個單元可擴(kuò)充到 256 個 I/O 口。 ②手柄控制 在操作臺上安裝有手柄（主令手柄、制動手柄），類似于舊型設(shè)備的洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 操作手柄，操作方便簡單，使司機(jī)不需長時(shí)間培訓(xùn)及適應(yīng)便可熟練操作。在正常情況下，由 PLC 的模擬量數(shù)出來確定給制動裝置給定；在應(yīng)急狀態(tài)下，或者 PLC 出現(xiàn)故障時(shí)還可以直接將給定量送入制動裝置，完成制動。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，實(shí)現(xiàn)安全制動。 ②制動系統(tǒng) 液壓制動系統(tǒng)裝置包括制動器和液壓傳動裝置，是提升機(jī)不可缺少的重要組成部分之一，也是最后一道安全保障裝置。深度指示器的作用是顯示提升容器的運(yùn)行位置，容器接近井口卸載位置和井底停車場時(shí)，發(fā)出減速和制動信號。 根據(jù)以上計(jì)算，選擇 YR80012/1430 繞線型異步電動機(jī)，其主要技術(shù)規(guī) 格 如 下 ： 額 定 功 率 800eP kW? ， 額 定 電 壓 6NU kW? ， 額 定 轉(zhuǎn) 數(shù)492 / minenr? ，電動 機(jī)效率 ? ? ，過 載能力 ?? ，飛 輪慣量2214660GD N m??。 10)等速行程 2 1 3 4 4 8 4 2 .3 5 3 7 3 8 .2 8 3 4 0 3 .3 7xh H h h h h m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11)等速時(shí)間 22 4 0 3 .3 7 5 1 .4 57 .8 4mhtsv? ? ? 箕斗卸載休止時(shí)間由表中查得 6t 箕斗的 8s?? 。1 0 1 0( ) 1 3 1 2 0 0 7 2 5 6 1 ( 0 .8 0 .4 8 ) 1 5 4 4 0 0mF F a a N? ? ? ? ? ? ? ?? 4)主加速終了 NpHFF 1 5 0 2 0 5 4 4 0239。4 ?????????? 7)爬行終了 NpHKQF 4 1 3 0 04 8 0 0 0 39。39。0239。 ② 電壓空間矢量 (SVPWM)控制方式 它是以三相波形 整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。 ④ 直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)方式 1985 年，德國魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。 （ 3） 矢量控制 矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過一系列的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解耦的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。等額變頻器僅能提供小于 150%的超載力矩值，為此可通過提高交頻器容量或同時(shí)提高變頻器和電機(jī)容量來獲得200%的力矩值。 JDBP37 系列高壓提升機(jī)變頻器主要特點(diǎn)： ①高壓主回路與控制器之間為多路光纖連接，安全可靠； ②全中文 WINDOWS 操作界面，彩色液晶觸摸屏，安裝、設(shè)定、調(diào)試簡便，功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單； ③高 高電壓源型變頻器，直接 6KV/10KV 輸入，直接 6KV/10KV 輸出，不 需要輸出變壓器； ④可滿足電動機(jī)的四象限工作要求； ⑤輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償 /諧波抑制裝置； ⑥輸出階梯 SPWM 波形，無須輸出濾波裝置，對電纜、電機(jī)絕緣無損害，諧波少，減少軸承、減速器等的機(jī)械振動； ⑦內(nèi)置 PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要； ⑧自帶冷卻風(fēng)機(jī)，完善的變頻器參數(shù)設(shè)定功能，優(yōu)異的性能 /價(jià)格比。 變頻器主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定 變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源， 在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，本系統(tǒng)中通過 PLC 輸出電壓信號 (0～ 12 V)來控制變頻器的頻率。為此，變頻器調(diào)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 速時(shí)應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。 為了提高提升機(jī)運(yùn)行速度控制的精度，在速度給定電路中增加了加速變化率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度，而且還要限制加速度的變化率。 PLC 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，程序編制采用梯形圖。主要輸出驅(qū)動控制功能為 :a 電機(jī)變頻調(diào)速控制； b 制動泵液壓泵的控制；c 液壓站電磁閥的控制； d 調(diào)繩調(diào)閘操作； e 安全保護(hù)、安全制動。此外，主令零位、工作閘零位與安全回路閉鎖。 溜車保護(hù)功能，當(dāng)提升機(jī)無運(yùn)行指令而有運(yùn)行速度時(shí)，系統(tǒng)自動斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動。程序進(jìn)行故障處理時(shí)，分為以下幾種情況：立即 安全制動故障、完成本次提井的故障、工作制動失效時(shí)的故障處理。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 變頻故障保護(hù)，程序不斷監(jiān)測變 頻器運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變頻故障時(shí)，自動斷電并實(shí)現(xiàn)安全制動。 3) 程序軟安全回路功能設(shè)置 在 PLC 軟安全回路中具有如下保護(hù)接點(diǎn) :過卷保護(hù)、主電源失壓、制動油過壓、 后備保護(hù)、變頻故障、操作臺急停信號、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號、深指失效、松閘保護(hù)、錯向保護(hù)、編碼器失效、PLC 故障、溜車故障。 主程序和部分子程序分別介紹如下 : 1）控制程序 提升信號、工作手柄以及所選擇的工作方式，驅(qū)動變頻器實(shí)現(xiàn)提升下放操作，完成對絞車的啟動、加速、等速、減速、停止等運(yùn)行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率控制。 程序設(shè)計(jì) (1) 軟件結(jié)構(gòu) 由于系統(tǒng)控制核心主要由 PCL 和上位機(jī)組成，因此，軟件包括 PLC控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 3章 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 提升機(jī) PLC 控制要求 1) 提升機(jī)速度 (PLC)控制方式 提 升速度的給定方式有兩種 :一種是給定速度為時(shí)間的函數(shù)， v=f(t)。與此同時(shí)，斷電器 KA1 得電，其觸點(diǎn)將聲光報(bào)警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報(bào)警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1 停為止，報(bào)警才能解除 。 交流制動： 本提升機(jī)專用變頻器，交流制動對提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時(shí)，檢測到停機(jī)信號后給控制器發(fā)出信號，讓提升機(jī)由高速平滑地降到低速，待 PLC 檢測到機(jī)械制動起作用的信號后， PLC 發(fā)出信號讓控制器去掉交流制動信號，使提升機(jī)靠機(jī)械抱閘裝置起作用。 JDBP37 系列高壓提 升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用新型 IGBT 功率器件，全數(shù)字化微機(jī)控制。 變頻器的選型 礦井 提升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)矩一般來說可為額定力矩值的 倍。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制 .洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 與 V/F 控制相比，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)，將電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 1，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。但是，洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。10239。39。2 ?????? ? 減速階段采用了機(jī)械制動，電動機(jī)已經(jīng)斷電，故不計(jì)入。 39。 3)初加速度 2 2 200 1 . 5 0 . 4 8 /2 2 2 . 3 5xva m sh? ? ?? 取箕斗脫離卸載曲軌時(shí)的速度 0 /v m s? ，卸載曲軌長度 ? 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 mDHHHH tgrxj ?????????? 預(yù)選提升電機(jī) ①確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù) m i n/ rDivn tme ?? ???? ? 考慮到箕斗容積選用較大，故預(yù)定同步轉(zhuǎn)數(shù) min/500rnt ? 。潤滑系統(tǒng)必須與自動保護(hù)系統(tǒng)和電動機(jī)聯(lián)鎖，即潤滑系統(tǒng)失靈時(shí)，主電動機(jī)斷電，確保機(jī)器的正常工作。礦井提升機(jī)是一個完整的機(jī)械 電氣系統(tǒng)，