【正文】 21變頻故障X6潤滑油過壓信號X22A管電子壓力繼電器X7壓差開個信號X23電子溫度繼電器開關(guān)X10液位控制上限X24緊閘反饋繼電器X11液位控制下限X25松閘反饋繼電器X12液量開關(guān)X26KT1出口壓力開關(guān)X13制動閥運行反饋X27FX2NC1PLC的控制系統(tǒng)的輸入信號及地址編號如表43所示。4) 可以與原先包括基于DOS操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相兼容。其中一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升機的主軸上，另一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動機軸上，天輪軸上的安裝旋轉(zhuǎn)編碼器作為行程檢測后備器件。圖51 PLC軟件結(jié)構(gòu)圖(2) 設(shè)計思路軟件部分說明由于控制工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成:參數(shù)設(shè)定、上位機顯示、故障存儲、運行數(shù)據(jù)存儲、中間量這五部分，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，便于現(xiàn)場維護管理，使提升機運行安全性和可靠性得到了大幅度提高。利用高速計數(shù)模塊對編碼器信號計數(shù)，其中一路編碼器信號用于行程速度保護，一路用于顯示與監(jiān)測。自動減速功能，當提升容器到達減速位置時，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速。PLC是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要控制電路如圖5—3所示，主要的控制功能有如下幾項：主令操作控制、保護監(jiān)視控制。從而達到互鎖作用。此時繼電器KM2得電，KM3失電；置于變頻器與電機之間的KM2常開觸點閉合，跨過變頻器，連接電機與三相動力電源的KM3常開觸點斷開。(2) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用信號回路匯線接地，輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起 ，信號電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。(6) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用保證PLC柜良好的通風環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場，要充分考慮周圍環(huán)境的影響，盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動、熱源或潮濕的地方 。在運行過程中發(fā)現(xiàn)在提升機啟動和停止時，鋼絲繩有顫動的現(xiàn)象，造成安全隱患。其次，感謝在這次畢業(yè)設(shè)計中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。 2001年02期。首先，要感謝的是我的畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師何墉老師，在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，何老師積極抽出時間讓我隨其他班級的同學(xué)進工廠去實習，了解一下我們的研究項目在實際的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。在使用過程中實現(xiàn)了軟起動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠；該系統(tǒng)四象限運行，可實現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回饋制動等功能，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開?？垢蓴_的主要措施有：(1) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地這樣可擴大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換(1)工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機轉(zhuǎn)速需在工頻運行或變頻出現(xiàn)故障時進行自由切換。當需要開機運行時，按下起動按鈕SB1，其輸出繼電器KM1便吸合，置于電源與變頻器之間的常開觸點閉合，將三相AC380V動力電接入變頻調(diào)速回路中；當減速停車，并實現(xiàn)機械抱閘制動后，可以將變頻器與動力電源脫開，按下停止按鈕SB2，使繼電器KM1失電，其常開觸點斷開，變頻器便與動力電源脫開。這類故障發(fā)生在運行中，則允許本次提升完成，但不允許下次開車。等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護。在正常情況下可采用半自動或手動運行；檢修運行時系統(tǒng)自動給定一個檢修速度()低速運行:當故障時，在系統(tǒng)保護停機后，故障被確認但不能立即排除，此時可采用應(yīng)急運行方式。PLC軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計是根據(jù)提升機工藝和控制要求，將控制任務(wù)和過程分解為許多子過程和子任務(wù)，再對各個子過程和子任務(wù)進行模塊設(shè)計、功能說明，形成一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實現(xiàn)S形速度給定曲線。2) 開發(fā)器(GPPW)使用Widnows操作平臺以提高工作效率，便于調(diào)試操作和維修操作。具體分配如下表，F(xiàn)X2NA1系列PLC控制系統(tǒng)的輸入信號及地址編號如表41所示。內(nèi)置有8K步RAM (最多可擴展到16K步)可選用存儲卡盒, 有RAM, EPROM和EEPROM。FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。(5) 與外部設(shè)備連接方便。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波的多種措施。參數(shù)表指明一個參數(shù)作列入的菜單，通過配置給每個菜單的菜單號，使其賦值生效。由于恒轉(zhuǎn)矩負載類設(shè)備都存在一定靜摩擦力，負載的慣量很大，在啟動時要求有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報警輸出口及制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報警和安全制動，更有效的對控制系統(tǒng)進行安全保護，變頻調(diào)速主控電路如圖31所示?？紤]到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗要求等因素，以確保其安全使用的要求。變頻器的容量選擇不能以電動機額定電流為依據(jù)。同時也提供了簡單實用的故障查詢手段，裝置可以記錄同時發(fā)生的多個故障(最多達8個)，并可以保存最近8次所發(fā)生過的故障代碼。6SE07系列變頻器是具有多種可供選擇接線方式的設(shè)備:有將整流部分與逆變部分裝于一體的變頻器、用于變頻器的制動電阻和制動單元、單獨的整流單元、整流回饋單元和單獨的逆變器。但當?shù)退贂r負載較重的情況下，為提高轉(zhuǎn)矩提升能力而使電壓補償提的過高，往往容易引起過電流保護動作。目前，實用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實現(xiàn)。 變頻調(diào)速基本原理由電機學(xué)的基本公式: ()式中電動機定子繞組的磁極對數(shù)p一定，改變電源頻率f，即可改變電動機同步轉(zhuǎn)速。通過控制器的控制，變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級調(diào)速，使電動機起動電流小、動負荷小、調(diào)速平滑而無沖擊。采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使減速階段在各種條件下均可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動在減速段達到直流拖動的調(diào)速性能，減速段到爬行段過渡平滑。相比較而言，交流異步電機具有環(huán)境適應(yīng)能力強、過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、容易維護及價格低廉等優(yōu)點，但異步電機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。軟安全回路分別在兩套PLC軟件中搭建，與硬安全回路相同并且同時動作。變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負荷、缺相、超溫等保護，同時配合來自現(xiàn)場的各種信號傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要保護的雙線制保護功能，滿足煤礦安全規(guī)程要求。各部分功能如下。目前,在我國使用的多繩摩擦輪提升機，GM直流拖動占一定比例，而進口的直流拖動提升系統(tǒng)，則全部采用VM系統(tǒng)。功耗小、效率高，GM系統(tǒng)平均效率為75%左右，VM系統(tǒng)可達85%左右，比GM系統(tǒng)效率提高10%以上。改造時保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器作用不變，則用戶使用起來將非常方便，不需要適應(yīng)期。PLC的輸入喻出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施，程序運行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改必須通過改變接線來實現(xiàn)。要保證負載變化時，提升速度基本上不受影響，防止負載不同時速降過大，影響系統(tǒng)正常工作(當然，當負載超過一定的限度時，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護。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。Tn傳動系統(tǒng)的飛輪力矩，Tn=4gJ，其中J為轉(zhuǎn)動慣量(㎏為保證提升設(shè)備無事故，在提升設(shè)備有可能出現(xiàn)故障的各個重要環(huán)節(jié)上，設(shè)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測、控制、自診斷以及記錄和保護裝置(如負載、速度、加減速、產(chǎn)量、運行時間等記錄)。 研究意義在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前山西省各大煤礦的礦井提升機系統(tǒng)的調(diào)速方案大多采用繼電器接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。(6) 提升容器通過給定的減速點時，由于負載的不同，而將得到不同的減速度，不能達到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準，不能正常裝卸載。因此有不少單位都在著手研制，如焦作礦務(wù)局，韓城礦務(wù)局均用可編程序控制器對TKD電控系統(tǒng)進行改造，已投入正常運行和使用，已經(jīng)顯示出了很強的生命力。還引進了交流變頻調(diào)速(交一直一交)電控生產(chǎn)線，可生產(chǎn)單機4200kW變頻調(diào)速電控設(shè)備。7) 內(nèi)裝式提升機AEG公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升機，將提升主電機與滾筒合為一體，即轉(zhuǎn)子固定，轉(zhuǎn)動的定子充當滾筒，使機構(gòu)大為簡化，占地面積小，制造成本低。d 立即進行安全制動，如過卷、超速等。提升過程采用微機主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視:a 提升過程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視。它們把控制、監(jiān)視、基準值預(yù)測以及模擬控制等組合在公共的微機控制總線上組成靜止變流器的傳動控制，計算機實現(xiàn)速度及多個變量的調(diào)節(jié)。這種 拖動系統(tǒng)的缺點是:a 必須有專用的變頻電源。這種拖動系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點:a 提升容量幾乎不受限制，最大可達l0000kw，提升速度可達20m/s以上，提升高度1200m以上，這是直流系統(tǒng)難以達到的。再則，直流電機制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進一步增加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護工作量，故障率高。單機容量大，適用范圍廣。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCRD系統(tǒng)，電機功率3000kw，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200m，具有完善的保護系統(tǒng)。提升機的電力傳動特性復(fù)雜，電動機頻繁正反向，經(jīng)常處于負荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。就計算機技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)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(shù)、按照事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。關(guān)鍵詞：礦用提升機；變頻調(diào)速；矢量控制；可編程控制器The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC Control　　　　　　　 ABSTRACT基于PLC的礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本文針對提升機控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于提升機控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進行了較深入的研究。減少了傳統(tǒng)繼電器接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。因此，研制并制造既安全可靠又節(jié)省能源的提升機是煤礦安全生產(chǎn)的一項重要課題。在煤炭生產(chǎn)中提升機擔負著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑，素有礦井咽喉之稱。如德國、瑞典等國家己有90%以上采用直流提升機，傳動系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減速機)，使系統(tǒng)大為簡化。維護工作量小，備件少，處理事故快。(2) 交流變頻調(diào)速同步機驅(qū)動提升系統(tǒng)SCRD直流拖動系統(tǒng)趨于成熟，且采用了順控技術(shù)等措施來提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)仍然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，且對電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴重的影響，提升容量越大，問題越突出。SIEMAG公司投運的2x46O0kW等變頻調(diào)速同步機拖動的提升機，經(jīng)過多年的運行，均獲得成功。因此，多數(shù)專家認為，變頻同步機拖動調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機拖動的必然發(fā)展方向。如AEG公司采用CP80微機、ABB公司采用MASTER200和SIEMENS公司采用S5150等微機實現(xiàn)的變頻控制，都獲得了相當成功。3) 提升過程監(jiān)視由于近代提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計特別強調(diào)安全可靠性，所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控制的重要環(huán)節(jié)。c 立即進行電氣制動，如停車終點設(shè)備出現(xiàn)故障時本次提升應(yīng)盡快停下來。當然此類系統(tǒng)要求維護人員有更高的技術(shù)水平和計算機知識。c 北京整流器廠主要生產(chǎn)配套電控，已從瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引進了晶閘管電控整機系統(tǒng)及元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達7000kW。 可編程序控制器在提升機電控系統(tǒng)的應(yīng)用可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強、實現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護等獨特優(yōu)點，特別適用于對我國占大部分的交流提升機繼電接觸器電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造。(5) 電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。主控計算機應(yīng)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。故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機的緊急處理。Ti傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩。這意味著電動機不僅要工作在電動狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動狀態(tài)。(4) 特性曲線要硬。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個控制任務(wù)，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)線連接起來加以實現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。是可編程序邏輯控制器，簡稱PLC，PLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC通過軟件編程實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。對于一般提升機電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的PLC即可滿足要求，把原來由各種電器通過連線而實現(xiàn)的邏輯控制改由PLC通過軟件編程實現(xiàn)，則控制線路將大大簡化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干擾能力將大大增強，工作可靠性將大大提高，工藝改變時只需要改變控制程序即可?？焖夙憫?yīng)性好，GM系統(tǒng)為秒級，VM為毫秒級，因而動態(tài)品質(zhì)快速性能較好。由于高次諧波的影響，使電網(wǎng)電壓的波動加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害”:同時低速時功率因數(shù)也較低。 主控系統(tǒng)設(shè)計基于PLC控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤滑站、操作臺、安全保護和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖23所示。 （2）變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用德國制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采用矢量控制技術(shù)適合提升機工作環(huán)境，只需在控制單元給出對變頻器的控制命令(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等)即可使提升機按照設(shè)定的速度曲線運行，滿足提升階段穩(wěn)定運行的要求。硬安全回路通過硬件回路實現(xiàn)，無論PLC單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開。第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中