【正文】 、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。表21礦井提升機主要技術(shù)參數(shù)提升機型號JK2卷筒個數(shù)1直徑mm2000寬度1500鋼絲繩最大靜張力載人KN55載物62鋼絲繩最大靜張力差載人55載物62鋼絲繩直徑mm24最小破斷拉力總和KN500鋼絲繩最大提升速度m/s傳動比提升高度或運輸長度一層纏繞不大于m305二層纏繞650三層纏繞1025電動機型號YR355M38J功率kW180轉(zhuǎn)速r/min735提升機的速度要求：(1)主加速階段t1如圖22所示，正常提升時，電動機產(chǎn)生的力矩比阻力矩大3%～5%，產(chǎn)生比較低的加速度a ≤。(5)停車階段t5將控制盤式制動器的液壓站電動機斷電，抱閘迅速抱住卷筒，提升機停轉(zhuǎn)。 （3）一次減速段：主控臺通過立井系統(tǒng)的位置傳感器接收提升容器運行位置信號，當?shù)竭_一次減速區(qū)間的時候，主控臺按照預(yù)先設(shè)定的程序減小轉(zhuǎn)速給定指令數(shù)值，變頻器接收到新的轉(zhuǎn)速給定數(shù)值后，執(zhí)行，開始降低運行頻率，拖動電機及滾筒減速運行。(4) 由于信號稍縱即逝,操作人員的精力必須高度集中,加重了工人的負擔。 但煤礦工作環(huán)境惡劣,各種電機的頻繁啟動與運行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。為了進行方案確定，我們首先看一下兩者的區(qū)別：單片機的編程麻煩，可讀性差，實時控制不太占優(yōu)勢，但是他的成本低，控制方式比較靈活，而PLC對于實時控制來說就比較優(yōu)越，他的編程方式簡單，可以用指令或是梯形圖來進行編程，易學易懂，但是成本較高，適合用于工業(yè)控制。（3）變頻器：是動力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。在提升過程中，控制提升機運行的S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，以驅(qū)動變頻器工作。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器等。（2）SIMATIC S7300 PLCS7300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 圖32 S7300基本結(jié)構(gòu)圖S7300 PLC具有以下顯著的特點：（1）循環(huán)周期短、處理速度高（2）指令集功能強大、可用于復(fù)雜功能（3）產(chǎn)品設(shè)計緊湊、可用于空間有限的場合（4）模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝（5）有不同檔次的CPU、各種各樣的功能（6）模塊和I/O模塊可供選擇（7）無需電池備份，免維護，可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型。20mA/25Ω13電阻輸入量程/輸入阻抗150/10MΩ。%825℃是基本誤差電壓177。一個模擬量模塊最多有8個通道，從256開始，給每一個模擬量模塊分配16B（8個字）的I/O模塊的字節(jié)地址。相比漏電起痕指數(shù)CTI≥100。45186。電路設(shè)計采用了高抗干擾技術(shù)。TCK磁性開關(guān)是保護提升機安全運行的一種新型井筒開關(guān)。 圖37 位置信號檢測電路原理圖4變頻器控制電路設(shè)計變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將電壓和頻率恒定的工頻電源變換為電壓和頻率可調(diào)的變頻電源。P—電機磁極對數(shù)。③矢量控制矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過一系列的坐標變換，實現(xiàn)電機定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機當作直流電機來進行控制，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制。它尤其適合用于吊車和起重系統(tǒng)、立體倉儲系統(tǒng)、食品、飲料和煙草工業(yè)以及包裝工業(yè)的定位系統(tǒng)?？焖僬{(diào)試狀態(tài)，需要用戶輸入電機相關(guān)的參數(shù)和一些基本驅(qū)動控制參數(shù)，使變頻器可以良好的驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。①開關(guān)量輸入功能MM440包含了六個數(shù)字開關(guān)量的輸入端子，每個端子都有一個對應(yīng)的參數(shù)用來設(shè)定該端子的功能。表46 模擬量輸出參數(shù)設(shè)置參數(shù)號碼設(shè)定值 參數(shù)功能P077127輸出電流P07770%0Hz 對應(yīng)輸出電流4mAP07784P0779100%50Hz對應(yīng)輸出電流20mAP078020⑤多段速功能多段速功能，也稱作固定頻率，就是設(shè)置參數(shù)P1000=3的條件下，用開關(guān)量端子選擇固定頻率的組合，實現(xiàn)電機多段速度運行。一旦捕捉到電機的速度實際值，使電機按常規(guī)斜坡函數(shù)曲線升速運行到頻率的設(shè)定值。③用于單繩雙筒提升機的液壓站供給控制提升機調(diào)繩裝置所需要的壓力油。①井中安全制動：提升機出現(xiàn)緊急情況時，AC接點信號閉合，為滿足制動減速度的要求，采用二級制動。（4）過壓報警：當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，壓力超出系統(tǒng)設(shè)定值時，過壓電接點壓力表接點閉合，產(chǎn)生報警信號，對液壓系統(tǒng)及制動裝置起到保護，且便于維修。圖52 S型速度控制子程序圖為了保證速度控制的精度及低速運行時變頻器輸出電流不減小，使得電動機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩仍能滿足負載機械的要求。設(shè)井筒深度為H ,若提升容器從井口下放到井底高速計數(shù)器C251記錄的全程脈沖數(shù)為C，則當提升容器下放時,若C251 的當前值是X,則提升容器在井筒中的位置高度為：h=XH/C （51）當容器上提時,若C251的當前值是X,則提升容器在井筒中的位置高度為： h=H(1X/C) （52）程序進行故障處理時，分為以下幾種情況:①立即安全制動故障，這類故障發(fā)生時立即斷開安全回路，停止油泵運行，停止變頻運行，根據(jù)在井中和井口不同情況，結(jié)合電磁閥的工作狀態(tài)，實施一級或二級制動。圖54 故障處理子程序流程圖為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須對提升機各種物理量進行控制監(jiān)控，例如速度、深度。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。致謝本設(shè)計的選題、研究及論文撰寫工作是在導(dǎo)師王新環(huán)老師的直接關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下進行的。（2）PLC系統(tǒng)采用西門子公司產(chǎn)品，能控制起提升機的運行方向和速度換檔，如提升機的啟動加速、勻速、一次減速、爬行勻速、二級減速制動；同時能檢測各個電機故障現(xiàn)象并送往上位機進行顯示，減少了硬件和控制線，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，使系統(tǒng)安全可靠，自動化程度高、整體性價比突出。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計算機都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。設(shè)備驅(qū)動程序是由VB、VC程序設(shè)計語言編寫的DLL（動態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。組態(tài)軟件由“組態(tài)環(huán)境”和“運行環(huán)境”兩部分組成，兩個部分既互相獨立又相互聯(lián)系。如潤滑油過壓/欠壓、潤滑油超溫、閘瓦磨損、制動油超溫。兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進行比較，當比較結(jié)果發(fā)生不一致時，程序會發(fā)出故障安全制動指令。C電動機參數(shù) kW、 960 r/min電液比例溢流閥最大控制電壓 9 V電液比例溢流閥控制電流 100～800 mA液壓油標號 46 液壓油圖46 電機制動回路控制電路5軟件設(shè)計 PLC控制回路程序設(shè)計PLC控制軟件的主要功能是對提升機的啟動、加速、減速、停車等過程控制，以及數(shù)據(jù)信號采集與處理。②井口安全制動：提升機出現(xiàn)緊急情況時，為了防止惡性事故的發(fā)生而采用井口安全制動。（1）正常工作制動 當提升機開車時，給液壓站的電動機1供電，油泵2啟動，液壓站中的電磁閥由可編程控制器（PLC）控制，GGGGGG7通電（動作狀況見表），司機推動可調(diào)閘手柄，提升電控系統(tǒng)發(fā)出一個增大的電壓值，這個電壓進入液壓站電控柜中的放大板，并控制電液比例溢流閥4來調(diào)整系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)油壓增大到一定值。 盤形制動器是應(yīng)用于礦井提升機剎車系統(tǒng)的液壓執(zhí)行機構(gòu)，準確的名稱應(yīng)為：常閉式后置油缸盤形制動器，目前采用較多的是后置式油缸，在提升機啟動時，液壓站輸出壓力油打開制動器，提升機開始工作，工作制動時，液壓站根據(jù)工況升高或降低壓力，制動器就會提供與之相反的制動力，在事故狀態(tài)下，液壓站壓力回到殘壓，制動器以最大制動力在最短時間內(nèi)讓提升機停車．盤形制動器是礦井提升機制動系統(tǒng)的重要部件，用于工作制動和安全制動。表47 多段速功能參數(shù)設(shè)置頻率設(shè)定 端子17 端子16 端子8頻率Hz實現(xiàn)功能P1001120啟動加速P1002150勻速P10031130一次減速P1004120爬行勻速P10051110二次減速制動⑥停車和制動：停車指的是將電機的轉(zhuǎn)速降到零速的操作。表45 模擬量輸入?yún)?shù)設(shè)置參數(shù)號碼設(shè)定值 參數(shù)功能P07561帶監(jiān)控的單極性電壓輸入（0 至 +10V ）P0757[0]2電壓2V對應(yīng)0%的標度，即0HzP0758[0]0%P0759[0]10電壓10V 對應(yīng)100%的標度，即50HzP0760[0]100%P0761[0]2死區(qū)寬度說明：帶“監(jiān)控”是指模擬通道具有監(jiān)控功能，當斷線或信號超限，報故障F0080。（1）參數(shù)復(fù)位：如圖43所示。10% 至200kW 至250kW3AC 500至 600V177。由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制，對轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性。這種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場所。 圖41 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類：(1)電流型變頻器當交－直－交變壓變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對負載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電流源型變頻器。 永磁鐵磁場法動作距離大，能達到500mm，定位精度高，位置重復(fù)誤差小于5mm，而且與提升速度無關(guān)。每種功能都設(shè)置了兩套電路，并聯(lián)連接。TCK－1型磁開關(guān)，又稱單點磁性開關(guān)。圖35 指示電路原理圖 為了顯示提升容器的運行速度和距離，我們需要進行速度測量，本設(shè)計采用了歐姆龍公司生產(chǎn)的E6B2CWZ6C型編碼器，與高速計數(shù)模塊FM3501的連線圖如圖36所示。交流指示燈允許電壓波動177。最多可能有32個數(shù)字量模塊，共占用32*4B=128B。20mA3最大負載阻抗電壓輸出1kΩ, kΩ，容性輸出1uF,感性1mH4最大轉(zhuǎn)換時間/通道5建立時間，感性負載1mH6分辨率177。%11電壓輸入量程/輸入阻抗177。（3）SIMATIC S7400 PLCS7400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 PLC的選型與端口分配德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC的通信，將電動機的所有運行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進行實時監(jiān)控，為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數(shù)進行存儲、保留或打印輸出。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力。（3）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。方案二采用單片機作為主控制系統(tǒng)，各控制臺通過單片機的串行口來實現(xiàn)主從式多級通訊。方案一 采用繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成主回路，采用點信號來代表各種提升信號和檢測信號。（1） 啟動加速段：主控臺接受井下操作人員的提升請求命令，對變頻器輸出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)命令，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速時間運行至最低頻率，將運行信號反饋給主控臺，此時作用于滾筒上的抱閘系統(tǒng)處于抱閘狀態(tài)，滾筒靜止，拖動滾筒的電機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。下放時，由旋轉(zhuǎn)編碼器反映轉(zhuǎn)子下放速度，當速度高于Vm時，增大勵磁電流If，提高制動力矩，提升容器勻速運行。目前，我國單繩纏繞式提升機，廣泛采用交流繞線式電動機拖動。（3）研制與發(fā)展 ①國產(chǎn)大型直流提升機及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用；②大功率變頻調(diào)速電控提升機其效率可達98％，國內(nèi)正在組織研究這種系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制；③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。（2）交流變頻調(diào)速同步機驅(qū)動提升系統(tǒng)這種拖動系統(tǒng)缺點是：①必須有專用的變頻電源；②在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電機的過載