【正文】 X21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(jī)的主軸上，另一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動機(jī)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(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成:參數(shù)設(shè)定、上位機(jī)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(hù)管理，使提升機(jī)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(hù)，一路用于顯示與監(jiān)測。自動減速功能，當(dāng)提升容器到達(dá)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(hù)監(jiān)視控制。從而達(dá)到互鎖作用。此時繼電器KM2得電，KM3失電；置于變頻器與電機(jī)之間的KM2常開觸點閉合，跨過變頻器，連接電機(jī)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(fēng)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(jī)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(jìn)工廠去實習(xí)，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(jī)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(kuò)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(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運行或變頻出現(xiàn)故障時進(jìn)行自由切換。當(dāng)需要開機(jī)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(dāng)減速停車，并實現(xiàn)機(jī)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(hù)。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(dāng)故障時，在系統(tǒng)保護(hù)停機(jī)后，故障被確認(rèn)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(jī)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(jìn)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(kuò)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(fù)載類設(shè)備都存在一定靜摩擦力，負(fù)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(jìn)行安全保護(hù)，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(jī)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(dá)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(dāng)?shù)退贂r負(fù)載較重的情況下，為提高轉(zhuǎn)矩提升能力而使電壓補(bǔ)償提的過高，往往容易引起過電流保護(hù)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(jī)學(xué)的基本公式: ()式中電動機(jī)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(jī)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(jī)起動電流小、動負(fù)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(yán)格按照給定的速度圖運行，使交流拖動在減速段達(dá)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(jī)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、容易維護(hù)及價格低廉等優(yōu)點，但異步電機(jī)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(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，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(hù)的雙線制保護(hù)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(jī)，GM直流拖動占一定比例，而進(jìn)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(dá)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(hù)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(fù)載變化時，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時速降過大，影響系統(tǒng)正常工作(當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。由于不同的負(fù)載，不同的提升機(jī)運行階段，電動機(jī)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(hù)裝置(如負(fù)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(jī)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(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，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(jìn)行改造，已投入正常運行和使用，已經(jīng)顯示出了很強(qiáng)的生命力。還引進(jìn)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(jī)4200kW變頻調(diào)速電控設(shè)備。7) 內(nèi)裝式提升機(jī)AEG公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升機(jī)，將提升主電機(jī)與滾筒合為一體，即轉(zhuǎn)子固定，轉(zhuǎn)動的定子充當(dāng)滾筒，使機(jī)構(gòu)大為簡化，占地面積小，制造成本低。d 立即進(jìn)行安全制動，如過卷、超速等。提升過程采用微機(jī)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(zhǔn)值預(yù)測以及模擬控制等組合在公共的微機(jī)控制總線上組成靜止變流器的傳動控制，計算機(jī)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(dá)l0000kw，提升速度可達(dá)20m/s以上，提升高度1200m以上，這是直流系統(tǒng)難以達(dá)到的。再則，直流電機(jī)制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步增加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護(hù)工作量，故障率高。單機(jī)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(jī)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(hù)系統(tǒng)。提升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜，電動機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于負(fù)荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。就計算機(jī)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(jī)型，它是采用計算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機(jī)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(jī)；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(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本文針對提升機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進(jìn)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(jī)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(jī)擔(dān)負(fù)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(jī)，傳動系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減速機(jī))，使系統(tǒng)大為簡化。維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快。(2) 交流變頻調(diào)速同步機(jī)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(yán)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(jī)拖動的提升機(jī)，經(jīng)過多年的運行，均獲得成功。因此，多數(shù)專家認(rèn)為，變頻同步機(jī)拖動調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機(jī)拖動的必然發(fā)展方向。如AEG公司采用CP80微機(jī)、ABB公司采用MASTER200和SIEMENS公司采用S5150等微機(jī)實現(xiàn)的變頻控制，都獲得了相當(dāng)成功。3) 提升過程監(jiān)視由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計特別強(qiáng)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(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。c 立即進(jìn)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(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員有更高的技術(shù)水平和計算機(jī)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(jìn)了晶閘管電控整機(jī)系統(tǒng)及元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達(dá)7000kW。 可編程序控制器在提升機(jī)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(qiáng)、實現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨特優(yōu)點，特別適用于對我國占大部分的交流提升機(jī)繼電接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。(5) 電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。主控計算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)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(jī)的緊急處理。Ti傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩。這意味著電動機(jī)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(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化。對于一般提升機(jī)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(qiáng)，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(jī)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(hù)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(jī)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(jī)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