【正文】 ? ? ? ? 13)提升能力校核，實(shí)際年提升能力 3600 3 6 0 0 3 0 0 1 4 6 9 2 . 0 7 t /1 . 1 5 8 5 . 6 8nrnxb t QA CT ? ? ?? ? ?? 萬(wàn) 年 ④動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算 1)初加速開(kāi)始 39。 ③ 電動(dòng)機(jī)額定拖動(dòng)力 eF 1000 1 0 0 0 8 0 0 0 . 8 5 867357 . 8 4ejemPFNv ? ??? ? ? 參數(shù)計(jì)算 ① 提升系統(tǒng)變位質(zhì)量計(jì)算 1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位質(zhì)量 kgdigGDm d 16310) ()( 222 ???? 2)提升機(jī)（包括減速器）變位質(zhì)量 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 kggGm jj 30 7000 ??? 3)天輪變位質(zhì)量 kggGm tt ???? 4)鋼絲繩變位質(zhì)量 kgDLHgpmxcs7535)()730(2???????????? ? 5)容器變位質(zhì)量 kggQm zr ???? 6)荷載變位質(zhì)量 kggQm g ??? 則 kgmmmmmm grstjQm 72561???????? ②運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算 1)主加速度 1a 的確定 按電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力 21/72561)()(smpHKQFame????????????? 取鋼絲 繩重 /p N m? 按減速器允許最大輸出動(dòng)扭矩 21 /)()(2 smmpHKQDMadmnm?? ??????? ??? ?洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 根據(jù)以上結(jié)果，為減輕動(dòng)荷載，提高機(jī)械部分和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性，1a 的取值應(yīng)該留有余量，固本設(shè)計(jì)取 21 / sma ? 。 ⑥拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 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。礦井提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故。 ③安全回路 安全回路用于防止和避免提升機(jī)發(fā)生意外故障。 主令手柄采用手柄輸出177?？刂泣c(diǎn)數(shù)從 16 至256 點(diǎn)。 PC 使用 A7PHP/A7HGP、 A6GPP/A6PHP 相對(duì)應(yīng)的編程軟件，可以在 RUN 時(shí)改變程序。本型號(hào) PLC基本單元的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)均為 40 點(diǎn)，再選用 1 塊模擬量輸入模塊和 1模擬量輸出模塊，即可滿足要求。由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，可以大量節(jié)省繼電器、定時(shí)器的數(shù)量。第一編程語(yǔ)言 (梯形圖 )是一種圖形編程語(yǔ)言，與多年來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場(chǎng)人員學(xué)習(xí)。具有其他工業(yè)設(shè)備難以具備的特點(diǎn)： PLC 具有以下特點(diǎn) : (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。安全保護(hù)功能齊全，設(shè)有過(guò)卷、等速超速、定點(diǎn)超速、 PLC 編碼器斷線、錯(cuò)向、傳動(dòng)系統(tǒng)故障及自動(dòng)限速等保護(hù)功能。 （ 3）液壓站 為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過(guò)液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開(kāi)機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng) 安全可靠地工作。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(rùn)滑站、操作臺(tái)、安全保護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成。 (2) 有沖擊性的無(wú)功功率。 與 GM 系統(tǒng)相比， VM 系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) :功率放大倍數(shù)高， GM 系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在 101 左右， VM 系統(tǒng)可高達(dá) 104，比 GM 系統(tǒng)高三個(gè)數(shù)量級(jí) 。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開(kāi) 關(guān) 、操 作 手 柄可 編 程 控 制 器輸 出 設(shè) 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機(jī) 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過(guò) 程 圖 11 可 編程控制器控制系統(tǒng)框圖 可編程邏輯控制器因?yàn)槠渚哂懈呖煽啃砸约败浖删幊痰膬?yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 代控制中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如果對(duì)該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)來(lái)控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動(dòng)化程度高的電控系統(tǒng)。 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 控制單元基本原理 我國(guó)提升機(jī)設(shè)備中，普遍使用 TKD 系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點(diǎn)的邏輯控制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 不可能待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能 重載啟動(dòng)，有較高的過(guò)載能力。 要使提升機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)行，電動(dòng)力矩 Te 可能為正，也可能為負(fù)。 提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的給定速度 u=f(t)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式 Td=TeTi= Tn *e/375 式中 Te電動(dòng)機(jī)電動(dòng)力矩 。 因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性得到提高。 本設(shè)計(jì)的主要工 作有： ①礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； ②調(diào)速控制系統(tǒng)硬器件的選型； ③調(diào)速控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)； ④對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行分析。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器 接觸器進(jìn)行控制。 目前國(guó)內(nèi)提升機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)絕大多數(shù)還是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)。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。Ti傳動(dòng)系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩 。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)。 (4) 特性曲線要硬。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個(gè)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(lái)加以實(shí)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(jiǎn)稱 PLC，PLC 技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)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(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化 。 對(duì)于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價(jià)格也不高 .如果采用 PLC 技術(shù)對(duì) TKDA 電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，把原來(lái)由各種電器通過(guò)連線而實(shí)現(xiàn)的邏輯控制改由 PLC 通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，則控制線路將大大簡(jiǎn)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(shí)只需要改變控制程序即可?？焖夙憫?yīng)性好， GM 系統(tǒng)為秒級(jí)， VM 為毫秒級(jí)，因而動(dòng)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(dòng)加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害” :同時(shí)低速時(shí)功率因數(shù)也較低。 系統(tǒng)框圖如圖 12 所示 控 制 監(jiān) 視 系統(tǒng)P L C 主 令 控 制 變 頻 器液壓站旋轉(zhuǎn)編碼器M交 流 提 升 電 動(dòng) 機(jī)3 8 0 V 潤(rùn)滑站操 作 臺(tái)保護(hù)和連接 圖 12 提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖 各部分功能如下 （ 1）主控系統(tǒng) 系統(tǒng)的主控系統(tǒng)使用 PLC 集成高速計(jì)數(shù)輸入口以及特殊高速計(jì)數(shù)模塊相結(jié)合，對(duì)分別安裝于電機(jī)軸、輥筒主軸、天輪的四個(gè)編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行采 集，同時(shí)監(jiān)視速度、深度以及判斷松繩； A/D 模塊采集現(xiàn)場(chǎng)液壓站及潤(rùn)滑站的油壓、油溫等信號(hào) 。 （ 4）操作臺(tái) 操作臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定。 控制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)司機(jī)聽(tīng)到開(kāi)車信號(hào)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕， PLC 控制將 380V 動(dòng)力電源接入變頻器。用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯順序和時(shí)序，最大限度地取代傳統(tǒng)繼電 接觸器系統(tǒng)中的硬件線路，大量減少機(jī)械觸點(diǎn)和連 線的數(shù)量。 (4) 控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)工作量少，周期短。一臺(tái)小型的 PLC，只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積，控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 FX2N 系列 PLC 經(jīng)濟(jì)、小巧，從功能上完全滿足本系統(tǒng)的使用要求，其內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，可滿足系統(tǒng) 軸編碼器采樣的高速計(jì)數(shù)要求，而不需增加額外成本。通過(guò)設(shè)定參數(shù)可以確保編程存儲(chǔ)器內(nèi)元件的注釋區(qū)域。 ③高速運(yùn)算 基本指令： s? /指令；應(yīng)用指令： 至幾百 s? /指令 ④突出 的寄存器容量 FX2N 系列包括 8K 步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 10V 迸行無(wú)級(jí)變頻調(diào)速，在輸出模擬量的同時(shí)，在手柄相應(yīng)的操縱角度上加上光電開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，可以輸入開(kāi)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。硬安全回路通 過(guò)硬件回路實(shí)現(xiàn)，無(wú)論 PLC 單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號(hào)，硬安全回路馬上斷開(kāi)。當(dāng)發(fā)生松繩現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)過(guò)短暫調(diào)節(jié)后，若沒(méi)有消除松繩現(xiàn)象，安全回路斷開(kāi)，進(jìn)行安全制動(dòng)。 提升機(jī)制動(dòng)器的功能就是剎住提升機(jī)卷筒，使提升機(jī)停止運(yùn)行。礦井提升機(jī)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的作用是：在司機(jī)不參與的情況下，發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)將主電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)并同時(shí)進(jìn)行安全制動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。 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 K Q 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 sttttttT d)(211)(21243210???????????????? ?? ② 等效力 dF SNtFFtFFFFtFFtFFdtFT??????????????2114239。2239。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 變頻調(diào)速系統(tǒng) 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(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)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。異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而 且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。但是其控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴于電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識(shí)、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會(huì)造成不必要的放容損失。 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)。 變頻調(diào)速主控電路如圖 22 所示。參數(shù)表指明一個(gè)參數(shù)作列入的菜單，通過(guò)配置給每個(gè)菜單的菜單號(hào)，使其賦值生效。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實(shí)現(xiàn) S 形速度給定曲線。 PLC 軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是根據(jù)提升機(jī)工藝和控制要求，將控制任務(wù)和 過(guò)程分解為許多子過(guò)程和子任務(wù)，再對(duì)各個(gè)子過(guò)程和子任務(wù)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)、功能說(shuō)明，形成一個(gè)模塊化的程序結(jié)構(gòu)。在正常情況下可采用半自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行；檢修運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)給定一個(gè)檢修速度 ()低速運(yùn)行 :當(dāng)故障時(shí)，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(shí)可采用應(yīng)急運(yùn)行方式，應(yīng)急運(yùn)行速度不超過(guò) 。 等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護(hù)。這類故障發(fā)生在運(yùn)行中，則允許本次提升完成，但不允許下次開(kāi)車。 錯(cuò)向保護(hù)功能，程序判斷提升信號(hào)方向與開(kāi)車方向不一致時(shí)，不允許開(kāi)車。 自動(dòng)減速功能，當(dāng)提升容器到達(dá)減速位置時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開(kāi)始減速。利用高速計(jì)數(shù)模塊對(duì)編碼器信號(hào)計(jì)數(shù)，其中一路編碼器信號(hào)用于行程速度保護(hù)，一路用于顯示與監(jiān)測(cè)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 主程序操作系統(tǒng)子 程 序 調(diào) 用子 程 序 調(diào) 用子 程 序 調(diào) 用（ 循 環(huán) 執(zhí) 行 ） 圖 31 PLC軟件結(jié)構(gòu)圖 (2) 設(shè)計(jì)思路軟件部分說(shuō)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(chǔ)、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(dòng)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(chǎng)維護(hù)管理，使提升機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性得到了大幅度提高。其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升機(jī)的主軸上，另一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動(dòng)機(jī)軸上，天輪軸上的安裝旋轉(zhuǎn)編 碼器作為行程檢測(cè)后備器件。 (2) 應(yīng)用參數(shù)設(shè)置步驟 簡(jiǎn)單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常用于已準(zhǔn)確了解裝置的應(yīng)用條件且無(wú)需測(cè)試以及需要相關(guān)擴(kuò)展參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充的情況 : (3) 用的參數(shù)設(shè)置 專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置經(jīng)常用于實(shí)現(xiàn)不能確定了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)調(diào)整必須在本機(jī)上完成的情況。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）。 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)，是通過(guò)逐漸減小頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。