【正文】 時(shí)，在手柄相應(yīng)的操縱角度上 加上光電開關(guān)觸點(diǎn)，可以輸入開關(guān)信號(hào)到變頻器上的速段控制接入口，達(dá)到控制限制。 FX2N 系列 PLC 的 技術(shù)指標(biāo) 如表 、 所示 表 FX2N系列 PLC的一般技術(shù)指標(biāo) 環(huán)境溫度 使用溫度 0— 55℃ ，存儲(chǔ)溫度 20— 70℃ ， 使用濕度 35%89%RH（無凝露） 抗沖擊性能 JISC0912標(biāo)準(zhǔn) ,10G， 3軸方向各 3次 防震性能 JISC0911標(biāo)準(zhǔn)， 1050Hz， （最大 2G） ,3軸方向各 2次（但用 DIN導(dǎo)軌安裝時(shí)為 ） 抗噪聲能力 用噪聲模擬器產(chǎn)生電壓為 1000V（峰 峰值）、脈寬 1s? 、 30100Hz的噪聲 絕緣耐壓 AC1500V,1min（接地端與其他端子間） 絕緣電阻 5 ?M 以上（ DC500V兆歐表測(cè)量，接地端與其他端子間） 接地電阻 第三種接地，如接地有困難，可以不接 使用環(huán)境 無腐蝕性氣體，無塵埃 表 FX2N系列 PLC基本單元 的輸入 /輸出特性 名稱 DC輸入 名稱 繼電器輸出 輸入信號(hào)電壓 DC(24? )V 內(nèi)部電源 最大 AC250V或 DC30V 輸入信號(hào)電流 DC24V ， 7mA(X010 以后DC24V， 5mA) 電路絕緣 機(jī)械絕緣 輸入 ON電流 (X010 以后 DC24V，) 動(dòng)作指示 繼電器線圈通電時(shí)燈亮 輸入 OFF電流 (X010 以后 DC24V，) 最大電阻負(fù)載 2A/1點(diǎn) 8A/4點(diǎn) 公共用 8A/8點(diǎn)公共用 輸入響應(yīng)時(shí)間 10ms （ X000X017 可在2060ms 內(nèi)轉(zhuǎn)換，但最小50 s? ） 最大感性負(fù)載 80V具有豐富的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備：繼電器輸出、三段雙向可控硅開關(guān)元件輸出、晶體管輸出；豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備：模擬輸入輸出設(shè)備、溫度傳感器輸入、熱電偶輸入設(shè)備、 1軸定位設(shè)備、雙軸 （ 內(nèi)插 ） 定位設(shè)備、脈沖輸出設(shè)備、高速計(jì)數(shù)器、并聯(lián)連接、NELSCLNET/MINIS3 連接設(shè)備、 RS485 通信設(shè)備、 RS232 通信設(shè)備、 ID 機(jī)器連接設(shè)備、模擬量模塊等 。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲(chǔ)器。開關(guān) 信號(hào)通過信號(hào)分配板轉(zhuǎn) 接，送入 PLC。啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)提升機(jī)施加一交流制動(dòng)信號(hào)，建立啟動(dòng)力矩，待檢測(cè)到機(jī)械抱閘信 號(hào)后發(fā)出信號(hào)給控制器去掉交流制動(dòng)信號(hào)，然后由控制器加上啟動(dòng)電壓讓提升機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 JDBP377 變頻器技術(shù)規(guī)范如表 所示 表 JDBP37T產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范 （ 6kV） 適用電機(jī)功率 （ KW） 200KW2020KW（以 4極電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)， 612極電機(jī)按電流選型） 額 定 輸 出 額定功 率（ KW） 電機(jī)額定電壓的額定功率： 200KW2020KW 額定電流（ A） 電機(jī)額定電壓的額定電流（ A） 過載能力 150%連續(xù)， 200%一分鐘 額定電壓（ KV） 三相： 06KV/10KV 波形 SPWM正弦波 輸 入 相數(shù)、頻率、電 壓 三相， 50HZ， 6KV/10KV 允許波 動(dòng) 電壓：177。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗(yàn)證，公式如下 ： CN MII? 式中 CNI —— 變頻器額定電流， MI 電動(dòng)機(jī)額定電流 。39。239。 6)爬行開始 NhHpKQF 4 1 7 0 0)32484( 0 0 0 )2( 439。39。 4)初加速時(shí)間 0001 .5 3 .1 20 .4 8vtsa? ? ? 5)主加速時(shí)間 0117 . 8 4 1 . 5 7 . 9 30 . 8mvvtsa? ?? ? ? 6)主加速行程 011 7 . 8 4 1 . 5 7 . 9 3 3 722mvvh t m? ?? ? ? ? 7)減速時(shí)間 4337 . 8 4 0 . 5 9 . 1 80 . 8mvvtsa? ?? ? ? 8)減速行程 433 7 .8 4 0 .5 9 .1 8 3 8 .2 822mvvh t m? ?? ? ? ? 9)爬行時(shí)間 4443 ? ? ? 式中取爬行距離 4 3hm? ，爬行速度 24 /v m s? 。 ②預(yù)選電機(jī)功率 由 tn 可估定電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù) 492 / minenr? ，則實(shí)際最大提升速度 3 . 1 4 3 . 5 4 9 2 7 . 8 4 /6 0 6 0 1 1 . 5em Dnv m si? ??? ? ?? 則電動(dòng)機(jī)功率 1 . 1 5 6 0 0 0 0 7 . 8 4 1 . 2 7 6 41 0 0 0 1 0 0 0 0 . 8 5mejK Q vP k W?? ??? ? ? ?? 取礦井阻力系數(shù) ? ，減速器傳動(dòng)效率 ? ? ，動(dòng)力系數(shù) ?? 。在操作臺(tái)設(shè)計(jì)上盡量采用原來的操作模式，使操作人員可以不需長(zhǎng)時(shí)間適應(yīng)即可熟練操作。能夠方便的進(jìn)行 半 自動(dòng)、 手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工 作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活。另外不得超過提升機(jī)的減速器所允許的動(dòng)力矩。由于提升系統(tǒng)的負(fù)載為位勢(shì)負(fù)載，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 11 所以靜力 LF 的作用方向始終是提升重物的重力方向，而與系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方向無 關(guān)。 ⑥ 拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng) 拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)包括拖動(dòng)電動(dòng)機(jī) 、 變頻器、 PLC 電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。 制動(dòng)裝置的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運(yùn)行。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。 變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 3） 對(duì)于各種顯示、音響輸出更是以最方便的形式提供接口，大量的問題都在PLC內(nèi)部解決了。 ③ 與其他裝置配置聯(lián)接方便 、維護(hù)簡(jiǎn)單 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。 它的基本功能有：邏輯控制功能、定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、過程控制功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、監(jiān)控功能、停電記 憶功能、故障診斷功能。 本設(shè)計(jì) 從解決實(shí)際礦井提升機(jī)調(diào)速 控制 系統(tǒng) 的問題出發(fā)，控制單元采用目前工控適用的 PLC來控制； 電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用先進(jìn)的變頻傳動(dòng)裝置； 優(yōu)化了 礦井提升機(jī) 調(diào)速 控制系統(tǒng)的性能。 這種控制方式 設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，存在著很多的問題 ： ① 在 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗 大量 電能，造成能源浪費(fèi)。上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。 同時(shí)期使用的還有 發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)直流拖動(dòng) 方式，其 一般采用“發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)機(jī)組 +繼電器控制”的方式。 與之相適應(yīng)， 礦井提升機(jī) 對(duì)其電控系統(tǒng)安全可靠性的要求也愈來愈高。 運(yùn)行表明，采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器一接觸器進(jìn)行控制，這類提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速。 礦井 提升 機(jī) 的電力傳動(dòng)特性復(fù)雜， 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)頻繁正反轉(zhuǎn) ，經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)、制動(dòng)不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。 PLC具有可 靠性高、抗干擾力能強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)；變頻器 調(diào)速具有優(yōu)異的調(diào)速性能、 平穩(wěn) 的 起制動(dòng) 性能、比較高的工作效率 /功率因數(shù)、明顯的節(jié)能效果； 從而使得 礦井 提升機(jī) 調(diào)速 控制系統(tǒng)的安全性 、可靠性 得到了很大的提高。不論采取哪種方 案，調(diào)速方法一般以調(diào)壓為主，調(diào)磁為輔。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī) 電控系統(tǒng)還是在 轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng) 。 ④ 系統(tǒng)的 安 全性、可靠性不高 ，容易發(fā)生 事故。 安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效 的礦井 提升機(jī)調(diào)速 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是本設(shè)計(jì) 的追求目標(biāo)。在硬件和軟件方面還采用了屏蔽、濾波、光電隔離、故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施 。 1） 對(duì)于開關(guān)量，輸入可以是無源出點(diǎn)開關(guān)量或集電極開路晶體管輸出；輸出有繼電器、晶閘管、晶體管等各種不同的 形式，可直接接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 00n nns ?? 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 6 則異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 10 spfsnn ???? 由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有如下幾種 ①變同步轉(zhuǎn)速 0n ： 變極 p 、變頻 1f 。 變頻 器 變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器 。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 由于井筒條件（豎井或斜井）及選用的提升容器和提升機(jī)類型的不同，可組成各有 特點(diǎn)的礦井提升系統(tǒng)。減速器的作用 是減速和傳遞動(dòng)力，聯(lián)軸器是用來聯(lián)接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，并傳遞動(dòng)力。 圖 立井雙箕斗提升機(jī)系統(tǒng)圖 總體設(shè)計(jì) 提升機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求，即滿足各種可能出現(xiàn)的運(yùn)行速度圖和力圖。這意味著電動(dòng)機(jī)不僅要工作在電動(dòng)狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動(dòng)狀態(tài)。 ③ 有較好 的起動(dòng)性能。 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。設(shè)備的體積小、重量輕、占地面積小、安裝維修方便，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，工作效率高，節(jié)電效果明顯，噪音小。 2)減速度 3a 的確定 為了控制方便和節(jié)能，首先考慮自由滑行方式減速。00 1 .1 5 6 0 0 0 0 5 7 .1 7 7 2 5 6 1 0 .4 8 1 3 1 5 0 0mF KQ p H a N? ? ? ? ? ? ? ? ?? 2)初加速終了 39。39。4 ??????? 電機(jī)容量校核 ① 等效時(shí)間計(jì)算 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 sttttttT d)(211)(21243210???????????????? ?? ② 等效力 dF SNtFFtFFFFtFFtFFdtFT??????????????2114239。2239。 變頻器的選型 礦井 提升機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般來說可為額定力矩值的 。 JDBP37T變頻器外觀圖如圖。 10℃）以下 分辨 率 模擬設(shè)定：最高頻率設(shè)定值的二千分之一 效 率 96%， 額定輸出時(shí) 功率因數(shù) 控 制 轉(zhuǎn)矩提 升 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào)整到最佳值 加、減速時(shí) 間 8— 999S，對(duì)加速、減速時(shí)間可以根據(jù)負(fù)載情況單獨(dú)設(shè)定 自整定 采用最優(yōu)化的電壓閉環(huán)控制，系統(tǒng)的響應(yīng)的速度快，精度高，穩(wěn)定性好， PID參數(shù)免調(diào)試 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 控 制 高壓隔 離 電磁耦合，多通道光纖傳輸 控制電源輸 入 220V AC 制動(dòng)方 式 回饋制動(dòng)，交流制動(dòng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 運(yùn)轉(zhuǎn)操 作 遠(yuǎn)距離外控操作 頻率設(shè) 定 模擬信號(hào)（ DC0— 5V或 DC4— 20mA）設(shè)定 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)輸 出 繼電器狀態(tài)輸出，變頻器 到達(dá)某些特征值時(shí)給出指示 顯示 LCD顯 示 輸入 /出電壓、輸入 /出電流、設(shè)定值、各單元故障狀態(tài)等 保護(hù)功 能 電機(jī)過電流、單元過電流、過壓、欠壓、過熱、失速、外部報(bào)警 環(huán) 境 使用場(chǎng) 所 室內(nèi)，海拔 1000米以下，沒有腐蝕或?qū)щ娦詺怏w、灰塵、直射陽光 環(huán)境溫度 /濕 度 10— 40℃ /20— 90%RH 不結(jié)露 振 動(dòng) （ ） 貯 存溫度 20— 65℃（適用運(yùn)輸?shù)榷虝r(shí)間的保存） 冷卻方 式 強(qiáng)迫風(fēng)冷 外科防護(hù)等級(jí) IP21 外型尺寸 (mm) 5000 2320 1200（ W*H*D） 重量 (Kg) 約 5000 回饋制動(dòng) ： 回饋制動(dòng)采用的是有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送到電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 圖 變頻器參數(shù)設(shè)定界面 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 PLC 的選型 I/O 點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 在設(shè)計(jì)時(shí)需統(tǒng)計(jì) I/O 的總量，包括開關(guān)量和模擬量 ， 以確定選用 PLC 的模塊數(shù)量以及型號(hào)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25 PLC 的選型 通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇三菱 FX2N80MR 型 PLC。 FX2N 內(nèi)含計(jì)時(shí)功能