【正文】 上世紀(jì)七十年代德國(guó)西門(mén)子公司發(fā)明矢量控制的交—直—交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動(dòng)機(jī)來(lái)代替直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。就拖動(dòng)方式而言，目前我國(guó)的礦井提升機(jī)主要有以下兩種拖動(dòng)方式：1. 交流拖動(dòng)方式目前我國(guó)提升機(jī)約70%采用串電阻調(diào)速的交流拖動(dòng)方式。 圖12 礦井提升機(jī)的直流拖動(dòng) 斜井提升是典型的摩擦性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p(1s)從上式可見(jiàn)，改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。圖13為繼電器—接觸器控制系統(tǒng)框圖。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代。每個(gè)程序語(yǔ)句確定了一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)依次讀取存儲(chǔ)器中的程序語(yǔ)句，對(duì)它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。程序運(yùn)行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，具有故障檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高。圖21 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 S7200系列西門(mén)子PLC的基本特點(diǎn)PLC通電后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化工作。因此當(dāng)工藝過(guò)程改變時(shí)，只需修改程序即可，外部接線改動(dòng)極小，甚至可以不必改動(dòng)，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無(wú)法比擬的。(4)功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展PLC的主要功能包括開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。2．通用變頻器使用的功率器件不斷更新?lián)Q代。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。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)，從而形成一定的旋轉(zhuǎn)速度。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械特性較硬，調(diào)速范圍較寬，缺點(diǎn)是低速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。（3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定P0010=1(快速調(diào)試),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定P0010=0(準(zhǔn)備)。圖31 系統(tǒng)主回路原理圖ＦＵ：熔斷器；ＫＭ：接觸器；ＦＲ：熱繼電器；Ｍ：電動(dòng)機(jī)；QS:隔離開(kāi)關(guān)； PLC與變頻器的接線圖PLC和變頻器采用I/O硬接線方式，通過(guò)S7200的開(kāi)關(guān)量輸出控制變頻器的啟動(dòng)/停止，通過(guò)模擬量輸出（420mA）控制變頻器的頻率，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入模塊采集變頻器的狀態(tài)信號(hào)（運(yùn)行、故障等）。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。圖34為系統(tǒng)控制回路電路圖。當(dāng)箕斗離開(kāi)卸載曲軌后，可以按較大的加速度運(yùn)行，直至達(dá)到最大提升速度V max。（6）t6段：停車(chē)階段。2. 輸出指令不能直接跟母線連接。2)、上升，下降在控制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器K1的常閉觸頭控制反轉(zhuǎn)繼電器K2的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器K2的常閉觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器K1的線圈。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運(yùn)行。PLC的主要應(yīng)用場(chǎng)合是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，工作環(huán)境中各種干擾對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行存在著嚴(yán)重的影響。⑤同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。根據(jù)干擾信號(hào)的產(chǎn)生原因和傳播方式，可以有針對(duì)性的采用不同的抗干擾措施。我不僅從她的身上學(xué)到了許多的學(xué)習(xí)方法，還學(xué)會(huì)了很多做人的道理，這將是我終身受益。PLC接收到來(lái)自接近開(kāi)關(guān)或變頻器故障等外部控制信號(hào)時(shí)，PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序處，完成過(guò)卷、過(guò)載、松繩等保護(hù)及提升機(jī)位置、速度監(jiān)控、變頻器故障監(jiān)控等。設(shè)計(jì)過(guò)程中有些地方具有自己的獨(dú)特見(jiàn)解和新意，但整體創(chuàng)新性一般。能夠在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用有關(guān)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行課題設(shè)計(jì)，研究方法基本合理，基本上達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。我也非常感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給與我?guī)椭娜藗?。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。，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準(zhǔn)備?！?)、起動(dòng)，停車(chē)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。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所示。（5）t5段：爬行階段。在提升剛開(kāi)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。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）。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的主回路圖31是礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主回路原理圖。表21 變頻器的快速調(diào)試序號(hào)參數(shù)號(hào)出廠值設(shè)定值說(shuō)明1P000313專家級(jí)2P070022端子輸入3P070111接通正轉(zhuǎn)/停車(chē)命令4P0702122接通反轉(zhuǎn)/停車(chē)命令5P070399故障復(fù)位6P07041515 固定頻率7P07051515固定頻率8P07061515固定頻率9P0731變頻器故障10P073277報(bào)警信號(hào)11P073322運(yùn)行信號(hào)12P100023固定頻率設(shè)定13P108020最低頻率14P1082最高頻率15P1120斜坡上升時(shí)間16P1121斜坡下降時(shí)間17P123702工作/停止時(shí)間的比率為10％18P1312180啟動(dòng)提升注:（1）設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值： ①設(shè)定P0010=30， ②設(shè)定P0970=1。圖24為MM440變頻調(diào)速系統(tǒng)接線圖，檢查電路正確無(wú)誤后， 合上主電源開(kāi)關(guān)QS。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。圖22變頻器的基本結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)變頻器主要選用德國(guó)西門(mén)子公司研發(fā)、生產(chǎn)的交—直—交方式變頻器系列MM440通用變頻器, 三相交流電源電壓。 變頻器的選擇從80年代初通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近20年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次。標(biāo)準(zhǔn)是編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)，除了梯形圖和語(yǔ)句表之外，還存在順序流程圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語(yǔ)言的表達(dá)方式。在PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。而S7200系列的產(chǎn)品可以滿足設(shè)計(jì)要求，因此本次設(shè)計(jì)以西門(mén)子公司的S7200系列入手。PLC技術(shù)的邏輯控制功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化。提升過(guò)程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視：提升過(guò)程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視；各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器(如位置開(kāi)關(guān)、停車(chē)開(kāi)關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。如果對(duì)該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)，比如先進(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)來(lái)控制，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，從而使之成為安全、可靠、高效率、自動(dòng)化程度高的電控系統(tǒng)。傳統(tǒng)繼電器—接觸器控制國(guó)內(nèi)大多繼電器—接觸器式礦井提升機(jī)設(shè)備還是以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)構(gòu)成的，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線連接起來(lái)加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。提升機(jī)經(jīng)過(guò)變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過(guò)程變化不大，操縱桿控制電機(jī)正轉(zhuǎn)三檔速度和反轉(zhuǎn)三檔速度?？傮w來(lái)說(shuō)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展和PLC可編程控制技術(shù)、變頻技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)近十年來(lái)關(guān)于礦井提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速,采用了先進(jìn)的控制設(shè)備和控制策略,無(wú)論在驅(qū)動(dòng)方式上還是控制技術(shù)上都取得了很大的進(jìn)展,積累了大量的經(jīng)驗(yàn),取得了很大的成績(jī)。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國(guó)外著名的提升機(jī)制造公司，如西門(mén)子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開(kāi)發(fā)或完善了提升機(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近三十年來(lái)，國(guó)外礦井提升機(jī)機(jī)械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)