【正文】 根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)采用 PLC 控制的變頻調(diào)速 系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由 PLC 控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。 本文主要是為礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)一套 PLC 控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。 控制面板主要包括啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、時(shí)間和日期顯示等。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。 在變頻器的輸入和輸出電路中，除了較低次的諧波外，還有許多頻率很高的諧波電流，這些高次諧波電流除了增加輸入側(cè)的無(wú)功功率、降低功率因數(shù)外，頻率較高的諧波電流將以各種方式把自 己的能量傳播出去，形成對(duì)其他設(shè)備的干擾信號(hào)，嚴(yán)重的甚至使某些設(shè)備無(wú)法正常工作。電源柜、動(dòng)力柜、交頻柜進(jìn)線方式均為：下進(jìn)下出。 2．按下啟動(dòng)按鈕，然后用萬(wàn) 用表測(cè)模擬量 I/0 模塊的兩點(diǎn)間的電壓，看是否按照規(guī)定曲線運(yùn)行，如果運(yùn)行正確則證明 PLC 部分調(diào)試成功。 當(dāng)按下停止按鈕 時(shí)，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準(zhǔn)備。 1)、起動(dòng)，停車 多數(shù)變頻器不能適 應(yīng)上電運(yùn)行功能，所以應(yīng)對(duì)控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能。 開 始程 序 初 始 化自 檢初 始 位 置 檢測(cè) 完 成 ？正 常 ？開 車 ？封 鎖 輸 出聲 光 報(bào) 警故 障 處 理進(jìn) 入 初 始 狀 態(tài)速 度 控 制程 序松 繩 ？過(guò) 載 ？過(guò) 卷 ？停 止 ？結(jié) 束 ？報(bào) 警 回 路 動(dòng) 作安 全 回 路 動(dòng) 作安 全 回 路 動(dòng) 作NYNNYYYNNNYYN超 速 ？安 全 回 路 動(dòng) 作NYY 圖 42 控制程序流程圖 梯形圖的編程原則 梯形圖語(yǔ)言作為一種標(biāo)準(zhǔn) PLC 編程語(yǔ)言，在編制時(shí)必須遵循一定的規(guī)則，如圖 43 24 所示。 （ 5） t5 段：爬行階段。在提升剛開始，箕斗尚在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行，為了減小提升容器通過(guò)卸載曲軌時(shí)對(duì)井架的沖擊，提升容器在曲軌內(nèi)的速度和加速度不能太大，一般要將其速度限制在 。 的輸出端 和 作為變頻和工頻信號(hào)的 輸出點(diǎn)。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）。 圖 32 PLC與變頻器的外圍接線圖 變頻調(diào)速主控電路接線 變頻調(diào)速主控電路接線圖如圖 33。 圖 25 變頻器控制端子圖 16 22 所示。 變頻器 MM440 的控制面板 變頻器 MM440 的 BOP 控制面板。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率： nn 00s n?? (2－ 2) ）（ s???? 1pf160s)1(n n 0 (2－ 3) 由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有如下幾種： 13 變同步轉(zhuǎn)速 n0：變極 p、變頻 f1。 12 MM440變頻器的工作原理及其調(diào)速原理 1. MM440 變頻器的工作原理 我們現(xiàn)在使用的 MM440 變頻器主要采用交 － 直 － 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)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)。 目前國(guó)外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典 ABB 等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。 (5)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、開發(fā)工作量少 由于 PLC 的系列化、模塊化、 標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和連網(wǎng)性能 ,在大多數(shù)情況下 11 PLC 系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。而在控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成的，加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安 裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工作。 整個(gè)掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階 10 段，全過(guò)程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃 描周期。因此本文決定采用 PLC 進(jìn)行，并且保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)的作用不變，以方便用戶，縮短適應(yīng)期。 液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過(guò)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。 7 圖 15 基于 plc的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由控制監(jiān)視系統(tǒng)、操作臺(tái)、 PLC、編碼器、變頻器和液壓站等系統(tǒng)組成。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開 關(guān) 、 操 作 手 柄可 編 程 控 制 器輸 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(guò) 程 圖 14 可編程控制器控制過(guò)程系統(tǒng)框圖 本次設(shè)計(jì)采用 PLC 控制變頻調(diào)速系統(tǒng)，選用 PLC 和變頻器的組合可完成數(shù)字量的輸入，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的輸出控制。 PLC 控制變頻調(diào)速 裝置本身具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時(shí)配合來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)絞車過(guò)卷、過(guò)速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)功能，滿足煤礦安全規(guī)程要求。 （ 2）繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，使用壽命短。在生產(chǎn)機(jī)械上廣泛使用的調(diào)速方法中，不改變同步轉(zhuǎn) 速的有：繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等。當(dāng)另一列重車上行時(shí)，電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限，另外有占總運(yùn)行時(shí)間 10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，電機(jī)純粹處于第二或第四象限，此時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速 范圍窄，且投資大。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使 提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。 為保證提升設(shè)備無(wú)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)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測(cè)、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置 (如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間等記錄 )。為改變這一狀況，煤炭行業(yè)的科研、高校、生產(chǎn)企業(yè)和待業(yè)主管部門以及行業(yè)的科研和生產(chǎn)企業(yè)的工程技術(shù)人員做了大量的工作，已開發(fā)了眾多適用的產(chǎn)品和技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。通過(guò)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。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） （ 說(shuō) 明 書 ） 題 目： 基于 PLC 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： XXX 編 號(hào) ： XXXXXXXXXXXXXX 2021 年 5 月 10 日 XXXXXXXXXX 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） 任 務(wù) 書 姓名 XXX 專業(yè) 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2021 年 3 月 4 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 開 始日期 2021 年 3 月 11 日 設(shè)計(jì) （ 論 文）完成日期 2021 年 5 月 17 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 題 目： 基于 PLC 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) A適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。 多年來(lái)，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。通過(guò)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。 1981 年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國(guó) Monopol 礦問(wèn)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(guó) 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)。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。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。 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(lái)看，不同的調(diào)速方式無(wú)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。 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(guò) 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(wèn)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。 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。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過(guò)改變控制器內(nèi)部的接線 (即硬件 )，而只需通 過(guò)編程器改變程序存儲(chǔ)器中某些語(yǔ)句的內(nèi)容。基于 PLC 的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖如圖 15 所示。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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。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。 (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。 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。 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。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。 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(chǎng)，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)。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。 變頻器各端子說(shuō)明 25 所示。 PLC 與變頻器的外圍接線圖如圖 32 所示， PLC 的