【正文】 年代初通用變頻器問世以來，經過近 20年，通用變頻器更新換代了五次 :第一代是 80年代初模擬式通用變頻器，第二代是 80年代中期數字式通用變頻器 。 在 8 0年代初只有大功率晶體管 ( GTR)能夠滿足上述基本要求條件，后來隨著工作頻率比 G T R提高了一個數量級的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的出現，使變頻調速技術又邁向了一步。國內變頻調速技術發(fā)展較慢，產品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產的需求，而且無法實現閉環(huán)自 動 控制。 操作臺：操作臺設置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。操作臺采用 UPS電源供電。 圖 井架及井筒行程開關的設置 在左右裝卸位置安一個，作 為上下終端開關 在左右裝卸位置往上 安一個，作 為上下過卷開關 在左右過卷往上 安一個，作 為上下極限過卷開關。 32 圖 液壓站及潤滑站 A液壓站部分 (如圖 (a)所示 )所需傳感器 壓力傳感器兩個、溫度傳感器一個、電接點壓力表一塊、電接點溫度表一塊，為防止壓力油過熱或者上凍在液壓站安裝電加熱器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )、風冷卻器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )。共幾路就設計幾路輸出的隔離板。主令零位中繼和制動緊閘中繼在提升機正常啟動后均處于斷開位置，但因接接觸器 ACI 的輔助觸頭自鎖，所以安全回 路仍然通電。 ④過卷保護 過卷是指提升容器在停車位置沒有停止運行，超過了停車位置的現象。圖中的 FW3 為過卷復位開關的觸點，它的作用有兩個 :一個是用以短路動作過卷中繼回路，使AC 回路暫時 接通，解除安全制動 。 ⑦松繩保護 提升機在運行過程中如發(fā)生松繩現象，很容易發(fā)生斷繩事故，特別是斜井提升機常因提升機加 (減 )速度與自然加 (減 )速度不吻合時產生松繩。正常運行時， FWS 打在正常位置，調繩連鎖不起作用。 ③緊急停車，即立即進行電氣 和機械制動，停車后閉鎖。 ②事故停車，即完成本次提升后閉鎖。此回路在調繩過程中起安全保護作用。 KA47 為后備保護動作中繼，當后備保護動作后，該觸頭斷開。其中 KAO KAO7 用來外接深度指示器上的行程開關， KA13， KA14 用來外接裝于井架或井筒中的防爆磁開關。 FWS 為調閘皮轉換開關，當閘開關磨損或彈簧疲勞使 AC 掉電時，需要進行調閘操作。 如圖 所示，安全回路包含多種保護觸點，安全回路的保護由以下幾個部分組成 : 圖 安全回路原理圖 ①主令、控制手柄零位聯鎖 包括主令零位中繼常開觸點 KA013 和制動緊閘中繼常開觸點 KA043 當主 34 令手柄處于零位時，零位繼電器 KA01 閉合 。 33 經雙路光電隔離輸出兩路。在事故狀態(tài)下，可以使制動 器的油壓迅速降到預選設定的某一值 P。 圖 深指器和輥筒 31 3)室外井架上安裝兩上終端開關，兩個過卷開關，兩個極限過卷開關。 圖 主電路回路圖 動力柜主要是給油泵、風機和操作臺供電，同時具有斷相、缺相、過流保護和電機過熱保護。 基于 PLC控制的大功率礦井提升機變頻調速控制系統(tǒng)由動力裝置、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖 ： 動力裝置：包括主電機、電源模塊、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務。 在交流異步電動機的諸多調速方法中，變頻的性能最好，調速范圍廣，可進行無級調速，運行效果好，采用變頻器，對籠型異步電動機進行控制，由于使用方便，可靠性高，并且經濟效益明顯，所以逐步得到推廣。允許長時間頻繁地接通和關斷 。中小功率變頻器通常采用電容濾波即電壓型變頻器。 異步電動機用變頻器傳動的方塊圖，如圖 ，變頻器由變流器、平滑電路、逆變器、控制器四大部分組成，變流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，平滑電路將此直流電平滑后，由逆變器將它變換為頻率可調的交流電，向電動機提供電壓、電流和頻率。與 U/F控 制相比，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，將電動機的轉矩、功率因數及效率控制在最佳狀態(tài)。當頻率較低時， U1和 E1都變小， 定子漏阻抗壓降 (主要是定子電阻壓降 )不能再忽略 ,這種情況下，可以適當的提高定子電壓以 補償定子電阻壓降的影響 ,使氣隙磁通基本保持不變， 。 1N — 定子相繞組有效匝數 。 但是變極 對 數和變轉差率在調速領域內的應用范圍較小，而變頻調速具有高效率、高范圍和高精度的調速性能，是比較合理的調速方法。 由電機學可知，轉差功率 : 2Cuems PsPP ?? 式中 emP — 電磁功率 。 (5)節(jié)電效果顯著。完全避免了重載坡起時溜車的現象。 提升機控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術轉向數字技術，全數字變頻技術應用于提升機控制。 20 第四章：矢量控制變頻調速 變頻調速的發(fā)展及在提升機系統(tǒng)中的應用 傳統(tǒng)調速系統(tǒng)中，直流調速以其控制容易，調速精度高等特點長期占據了主導地位，但是由于結構復雜，過流能力不強，環(huán)境適應差，難以實現高速度化等原因，一直限制了其應用范圍的進一步擴大。其中 ,元件類型表示元件的種類 ,如常開觸點 !常閉觸點、輸出觸點、定時器、計數器等要表示所在位置我們可以將整個梯形圖看成一個平面 ,再將這個平面劃分成一個網格矩陣 ,使用元件在網格矩陣中的行列就可以表示名稱也是元件的一個必要屬性 ,因為它代表硬件中的具體地址。 所以不同梯級中的繼 電器線圈及其觸點的狀態(tài)不可能同時發(fā)生改變。再讀出輸入端 00001 的狀態(tài) ,設其為 0,則輸入繼電器的 00001 的狀態(tài)為 0。目前可達到的通信速率依具體設備不同在 ～ 45M之間。疊裝式 PLC 集整體式PLC和模塊式 PLC優(yōu)點于一身，它結構緊湊、體積小、配置靈活、安裝方便。 （ 2）模塊式 PLC 模塊式結構是將 PLC 各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊、 CPU模塊、 I/O模塊和各種功能模塊。 （ 1）整體式 PLC 整體式 PLC是將電源、 CPU、 I/O部件集中在一個機箱內。中型機的控制點數一般在 256點到 2048點范圍內，用戶程序存儲器的容量小于 50K字。 在 I/O 刷新階段 ,主要作兩件事情 . (1)讀各輸入點的狀態(tài) 從輸入電路中讀取各輸入點的狀態(tài)并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中 ,也就是刷新輸入映像寄存器的內容 自此輸入映像寄存器就與外界隔離 ,無論輸入信號的狀態(tài)怎樣變化 ,輸入映像寄存器的內容都保持不變 ,一直到下一個掃描周期的I/O 刷新階段 ,才會寫進新內容 . (2)讀輸出元件映像寄存器中的狀態(tài) 將對應輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存器電路中 ,再經輸出電路的隔離和功率放大送到的輸出端 ,驅動外部執(zhí)行元件動作。元件映像寄存器存儲著輸出繼電器、各種輔助繼電器等的狀態(tài) ,同樣用和表示它們的通斷狀態(tài)。 PLC上電后 ,執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務 ,周而復始地掃描并執(zhí)行用戶程序。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳 送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。與繼 電器控制 系統(tǒng)相比較 ,它以軟器件代替了硬器件 ,以軟觸點代替了硬觸點 ,以軟接線代替了硬接線 ,從而使其器件、觸點的壽命達數萬甚至十萬小時 ,而改變接線的速度則極為迅速。 PLC采用面向過程 ,面向問題的“自然語言”編 程方式 ,直觀易懂 ,主要采用梯形圖和語句表編寫程序 ,使得廣大電氣技術人員更 容易接納和理解。 PLC控制技術代表著當前程序控制的先進水平， PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機機械特性 )。提升人員時，加速度 12 2/ sma ? ，升降物料時，加速度 2/ sma? 。也就是說，在整個提升過程中，電動機的運行狀態(tài)應切換兩次。由于不同的負載，不同的提升機運行階段，電動機的運行狀態(tài)也各不相同。 提升機的電氣傳動系統(tǒng)的給定速度， =f(t)如圖 ，根據動力學方程式 37 5T nled TTT ???*? 式中 Te— 電動機電動力矩 。 2s / m。 （ 4） 爬行階段 4t 。制動力矩與勵磁電流的平方成正比 ,并與轉子附加電阻和電機的極數有關。當為正力時 ,轉子接入幾段附加電阻 ,由 PLC控制運行 。加速階段不實行閉環(huán)調節(jié) ,而以時間、速度為函數 ,逐步短接轉子附加電阻 ,使提升電動機從零速升至全速。韶關一旅游景點的斜井提升觀覽車其提升和下降的整個過程控制全部由可編程邏輯控制系統(tǒng)（ PLC）自動完成。記錄提升鉤數以及每班、每日、每月、每年的提升量累計 。該方案耗能大，占地面積大，已不能適應現代礦業(yè)發(fā)展的需要。在提升機控制系統(tǒng)中應用計算機控制技術和變頻調速技術，對原有提升機控制系統(tǒng)進行升級換代。而且這種控制方式存在著很多的問題 : l)轉子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。 4)安全回路 安全回路是指提升機在出現機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態(tài)的極為重要的環(huán)節(jié)。 2)提升行程控制 4 提升機的控制從本質上說是一個位置控制，要保證提升容器在預定地點準確停車，要求準確度高，目前可達到 ? 2cm?；A省、安裝方便、建筑費用低 。 (1) 井架 3 （ 2） 天輪 目前我國提升機 90%以上均采用交流繞線式異步電動機的拖動方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機的有 TKD 系列，多繩磨擦式提升機的有 JKM、幻 J 系列。國產提升機安全性、可靠性差，在關鍵部位 — 上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機控制技術而言，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。 1981 年第一臺用同步機懸臂傳動的提升機在德國 Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機電一體的提升機 (習慣稱為內裝電機式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺機械和 電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。 就計算機技術在工業(yè)現場應用情況而言，可編程控制器 (PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機型，它是采用計算機技術、按照事先編好并儲存在計算機內部一段程序來完成設備的操作控制。 2)電阻分級切換，為有級調速，設備運行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機械沖擊。 5)電動機依靠轉子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。主控計算機應用軟件能完成提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運動方式的控制要求。上世紀八十年代初，計算機又被用于提升機的監(jiān)視和管理。按提升容器分 :箕斗提升、籠提升、礦車提升 。盡管轉子串電阻調速方法很不經濟，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調速方法比較簡單易行，起動轉矩較大在拖動起重機等中、小容量的繞線式異步電動機中仍然應用廣泛。調速平穩(wěn)、調速范圍廣、調速精度高 。 3)提升過程監(jiān)視 提升過程監(jiān) 視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環(huán)節(jié)。 而在電力拖動方面，近幾年國外出現了不少新拖動方式，交一交變頻供電方式就是最有前途的一種。 4)交流繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設備事故。操作、監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)選用可編程控制器。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代交流調速的重要研究方向之一。 本文從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調速方案進行了控制方式的革新和數字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于是載人提升機 ,因此 ,對電力拖動控制提出了較高的要求 ,必須做到平滑起動加速 ,平滑制動停車 ,不論是提升還是下降 ,提升機在斜坡上的運行不得超出規(guī)定的時間。下 放時為負力 ,采用能耗制動、閉環(huán)控制 ,單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關的理想速度給定電路、速度負反饋電路、 PID 調節(jié)器、移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動電路組成 ,下放速度由 PID 調節(jié)。 提升機的速度圖 （ 1） 主加速階段 25 1 2 3 4 5 4 fct R R R R R s V I Ft1 。下放時 ,由測速發(fā)電機反映轉子下放速度 ,當速度高于 mV 時 ,增大勵磁電流 fI ,提高制 動力矩 ,使觀覽車在斜坡上勻速運行。 8 （ 5） 停車階段 5t 。 9 a 0 時 , F cF ,加速運行 。 提升機的負載靜力凡，決定于提升機輥筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，力凡也就是提升物體的凈載重。其給定速度圖與力圖如圖 (a)所示 在加速段 )0(0dtdn*375T n1d ??? LFF 其中 1dF 為加速力矩與 勻 速力矩之差 10 圖 提升機傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖 加速力矩為： 01d1 ??? FFF L 在勻速段，勻 速力矩為： 02 ?? LFF 在減速段， 03d