【正文】 上世紀七十年代德國西門子公司發(fā)明矢量控制的交—直—交變頻原理后，標志著用同步電動機來代替直流電機實現調速的技術時代已經到來。就拖動方式而言，目前我國的礦井提升機主要有以下兩種拖動方式：1. 交流拖動方式目前我國提升機約70%采用串電阻調速的交流拖動方式。 圖12 礦井提升機的直流拖動 斜井提升是典型的摩擦性負載，即恒轉矩特性負載。礦井提升機調速系統采用交流異步電動機拖動，其交流異步電動機轉速公式為：n=60f/p(1s)從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數p及轉差率s均可達到改變轉速的目的。圖13為繼電器—接觸器控制系統框圖。在提升機控制系統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進行升級換代。每個程序語句確定了一個順序，運行時依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內容進行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結果用以接通輸出設備，控制被控對象工作。適用、經濟、高效、可靠是本文提升機系統設計的追求目標。甚至與上位機聯網，合并于礦井監(jiān)測系統中。程序運行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，具有故障檢測及診斷程序，可靠性極高。圖21 PLC的基本結構圖 S7200系列西門子PLC的基本特點PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。因此當工藝過程改變時，只需修改程序即可，外部接線改動極小，甚至可以不必改動，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。(4)功能強大，可擴展PLC的主要功能包括開關量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數字量智能控制、數據采集和監(jiān)控、通信、聯網及集散控制等功能。2．通用變頻器使用的功率器件不斷更新換代。它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合。異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內會產生一個旋轉磁場，從而形成一定的旋轉速度。調壓調速的優(yōu)點是調速平滑，采用閉環(huán)系統時，機械特性較硬，調速范圍較寬，缺點是低速時，轉差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。（3）設定電機參數時先設定P0010=1(快速調試),電機參數設置完成設定P0010=0(準備)。圖31 系統主回路原理圖ＦＵ：熔斷器；ＫＭ：接觸器；ＦＲ：熱繼電器；Ｍ：電動機；QS:隔離開關； 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S7200的開關量輸出控制變頻器的啟動/停止，通過模擬量輸出（420mA）控制變頻器的頻率，通過開關量輸入模塊采集變頻器的狀態(tài)信號（運行、故障等）。與此同時，斷電器KA1得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1停為止，報警才能解除。圖34為系統控制回路電路圖。當箕斗離開卸載曲軌后，可以按較大的加速度運行，直至達到最大提升速度V max。（6）t6段：停車階段。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繼電器K1的常閉觸頭控制反轉繼電器K2的線圈；利用反轉繼電器K2的常閉觸頭控制正轉繼電器K1的線圈。正常工作狀態(tài)，為變頻調速運行。PLC的主要應用場合是工業(yè)現場，工作環(huán)境中各種干擾對系統設備的正常運行存在著嚴重的影響。⑤同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸。根據干擾信號的產生原因和傳播方式，可以有針對性的采用不同的抗干擾措施。我不僅從她的身上學到了許多的學習方法，還學會了很多做人的道理，這將是我終身受益。PLC接收到來自接近開關或變頻器故障等外部控制信號時，PLC控制程序轉到相應的中斷處理程序處，完成過卷、過載、松繩等保護及提升機位置、速度監(jiān)控、變頻器故障監(jiān)控等。設計過程中有些地方具有自己的獨特見解和新意，但整體創(chuàng)新性一般。能夠在前期調研的基礎上，綜合運用有關的基礎理論和專業(yè)知識進行課題設計，研究方法基本合理，基本上達到畢業(yè)設計的要求。我也非常感謝在畢業(yè)設計期間給與我?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的無功功率、降低功率因數外，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，形成對其他設備的干擾信號，嚴重的甚至使某些設備無法正常工作。電源柜、動力柜、交頻柜進線方式均為：下進下出。2．按下啟動按鈕，然后用萬用表測模擬量I/0模塊的兩點間的電壓，看是否按照規(guī)定曲線運行，如果運行正確則證明PLC部分調試成功。，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準備?！?)、起動，停車多數變頻器不能適應上電運行功能，所以應對控制系統加入保護功能。圖42 控制程序流程圖 梯形圖的編程原則梯形圖語言作為一種標準PLC編程語言，在編制時必須遵循一定的規(guī)則，如圖43所示。（5）t5段：爬行階段。在提升剛開始，箕斗尚在卸載曲軌內運行，為了減小提升容器通過卸載曲軌時對井架的沖擊，提升容器在曲軌內的速度和加速度不能太大。為了保護報警輸出的觸點，在接觸器的線圈兩端，并聯阻容吸收電路（即RC震蕩電路）。 第三章 系統硬件設計第三章 系統硬件設計 礦井提升機控制系統的主回路圖31是礦井提升機控制系統主回路原理圖。表21 變頻器的快速調試序號參數號出廠值設定值說明1P000313專家級2P070022端子輸入3P070111接通正轉/停車命令4P0702122接通反轉/停車命令5P070399故障復位6P07041515 固定頻率7P07051515固定頻率8P07061515固定頻率9P0731變頻器故障10P073277報警信號11P073322運行信號12P100023固定頻率設定13P108020最低頻率14P1082最高頻率15P1120斜坡上升時間16P1121斜坡下降時間17P123702工作/停止時間的比率為10％18P1312180啟動提升注:（1）設置參數前先將變頻器參數復位為工廠的缺省設定值： ①設定P0010=30， ②設定P0970=1。圖24為MM440變頻調速系統接線圖，檢查電路正確無誤后， 合上主電源開關QS。由于在變頻調速時轉差功率不變，在各種異步電機調速系統中效率較高，同時性能也最好，故是交流調速的主要發(fā)展方向。圖22變頻器的基本結構本次設計變頻器主要選用德國西門子公司研發(fā)、生產的交—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世以來，經過近20年，通用變頻器更新換代了五次。標準是編程語言的標準，除了梯形圖和語句表之外，還存在順序流程圖、結構化文本和功能塊圖三種編程語言的表達方式。在PLC處于運行(RUN)狀態(tài)時，從內部處理、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系列的產品可以滿足設計要求，因此本次設計以西門子公司的S7200系列入手。PLC技術的邏輯控制功能通過軟件編程來實現，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。提升過程采用微機主要完成如下參數的監(jiān)視：提升過程中各工況參數(如速度、電流)監(jiān)視；各主要設備運行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器(如位置開關、停車開關)信號的監(jiān)視。采用該控制系統，使提升機工作可靠，使用方便，同時具有動態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。其輸入設備和輸出設備與繼電器控制系統相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。如果對該豎井提升機電控系統進行技術改造，那么需要改變控制策略，采用當代高新實用技術，比如先進的工業(yè)計算機、現場總線和工業(yè)自動化技術來控制，按照結構標準化、產品系列化、性能現代化、體積小型化的原則，研制生產適合礦井提升機電控設備是進行技術改造和新建礦井設備選型的理想選擇，從而使之成為安全、可靠、高效率、自動化程度高的電控系統。傳統繼電器—接觸器控制國內大多繼電器—接觸器式礦井提升機設備還是以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調節(jié)構成的，支配控制系統工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導線連接起來加以實現的，這樣的控制系統稱為接線程序控制系統。提升機經過變頻調速改造后，系統的工作過程變化不大，操縱桿控制電機正轉三檔速度和反轉三檔速度。總體來說，隨著科學技術不斷的發(fā)展和PLC可編程控制技術、變頻技術的發(fā)展，我國近十年來關于礦井提升計算機控制系統的研究發(fā)展迅速,采用了先進的控制設備和控制策略,無論在驅動方式上還是控制技術上都取得了很大的進展,積累了大量的經驗,取得了很大的成績。特別要強調的是，此時期在國外著名的提升機制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術和裝備，開發(fā)或完善了提升機的安全保護和監(jiān)控裝置，使安全保護性能又有了新的提高。隨著科學技術的發(fā)展，近三十年來，國外礦井提升機機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