【正文】 ...... 19 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的控制回路 ....................................... 20 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 23 提升速度圖及分析 ................................................... 23 控制程序流程圖 .................................................... 24 梯形圖編制 ......................................................... 25 目錄 梯形圖的編程原則 ............................................ 25 系統(tǒng)梯形圖 .................................................. 25 調(diào)試過程 .......................................................... 29 系統(tǒng)抗干擾措施 ..................................................... 29 致 謝 ..................................................................... 31 參考文獻(xiàn) .................................................................. 32 第一章 概述 1 第一章 概述 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的及意義 礦井提升機(jī)常被人們稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的設(shè)備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負(fù)著運(yùn)輸?shù)V石、物料、人員等的重要責(zé)任。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。礦井提升設(shè)備，其中主要是提升機(jī)及其控制和安全設(shè)備，也同樣要面臨著這一必經(jīng)之路。適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。上世紀(jì)七十年代德國(guó)西門子公司發(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) 第一章 概述 4 設(shè)計(jì)方案分析及確定 拖動(dòng)與調(diào)速方案分析 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 ，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。 輸入單元外設(shè)接口輸出單元擴(kuò)展單元電 源中 央 處 理 單 元系 統(tǒng) 程 序 用 戶 程 序存 儲(chǔ) 器輸入信號(hào)輸出信號(hào)P L C 主 機(jī) 圖 21 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖 S7200 系列西門子 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:隔離開關(guān)； 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 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(guān)量輸出 控制變頻器的啟動(dòng) /停止，通過模擬量輸出（ 420mA）控制變頻器的頻率，通過開關(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。 系統(tǒng)抗干擾措施 的抗干擾 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。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 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，完成過卷、過載、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)過程中有些地方具 有自己的獨(dú)特見解和新意，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娜藗儭? 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。 當(dāng)按下停止按鈕 時(shí)，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準(zhǔn)備。 1)、起動(dòng)，停車 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。 開 始程 序 初 始 化自 檢初 始 位 置 檢測(cè) 完 成 ？正 常 ？開 車 ？封 鎖 輸 出聲 光 報(bào) 警故 障 處 理進(jìn) 入 初 始 狀 態(tài)速 度 控 制程 序松 繩 ？過 載 ？過 卷 ？停 止 ？結(jié) 束 ？報(bào) 警 回 路 動(dòng) 作安 全 回 路 動(dòng) 作安 全 回 路 動(dòng) 作NYNNYYYNNNYYN超 速 ？安 全 回 路 動(dòng) 作NYY 圖 42 控制程序流程圖 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 梯形圖編制 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。在提升剛開始，箕斗尚在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行，為了減小提升容器通過卸載曲軌時(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，一般要將其速度限 制在 。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 的輸出端 和 作為變頻和工頻信號(hào)的輸出點(diǎn)。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) 18 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 系統(tǒng)主回路原理圖 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 說明 1 P0003 1 3 專家級(jí) 2 P0700 2 2 端子輸入 3 P0701 1 1 接通正轉(zhuǎn) /停車命令 4 P0702 12 2 接通反轉(zhuǎn) /停車命令 5 P0703 9 9 故障復(fù)位 6 P0704 15 15 固定頻率 7 P0705 15 15 固定頻率 第二章 主要元部件的選擇 15 8 P0706 15 15 固定頻率 9 P0731 變頻器故障 10 P0732 7 7 報(bào)警信號(hào) 11 P0733 2 2 運(yùn)行信號(hào) 12 P1000 2 3 固定頻率設(shè)定 13 P1080 20 最低頻率 14 P1082 最高頻率 15 P1120 斜坡上升時(shí)間 16 P1121 斜坡下降時(shí)間 17 P1237 0 2 工作 /停止時(shí)間的比率為 10％ 18 P1312 180 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世以來(lái)，經(jīng)過近 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