【正文】 ? ? ? ? 13)提升能力校核，實際年提升能力 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 年 ④動力學(xué)參數(shù)計算 1)初加速開始 39。 ③ 電動機額定拖動力 eF 1000 1 0 0 0 8 0 0 0 . 8 5 867357 . 8 4ejemPFNv ? ??? ? ? 參數(shù)計算 ① 提升系統(tǒng)變位質(zhì)量計算 1)電動機轉(zhuǎn)子變位質(zhì)量 kgdigGDm d 16310) ()( 222 ???? 2)提升機（包括減速器）變位質(zhì)量 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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運動學(xué)參數(shù)計算 1)主加速度 1a 的確定 按電動機過負荷能力 21/72561)()(smpHKQFame????????????? 取鋼絲 繩重 /p N m? 按減速器允許最大輸出動扭矩 21 /)()(2 smmpHKQDMadmnm?? ??????? ??? ?洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 根據(jù)以上結(jié)果，為減輕動荷載，提高機械部分和電動機運行的可靠性，1a 的取值應(yīng)該留有余量，固本設(shè)計取 21 / sma ? 。 ⑥拖動控制和自動保護系統(tǒng) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 拖動控制和自動保護系統(tǒng)包括拖動電動機、變頻器、 PLC 電氣控制系統(tǒng)和自動保護系統(tǒng)。制動裝 置的可靠性直接關(guān)系到提升機的安全運行。礦井提升機在運行過程中若發(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發(fā)生意外故障。 主令手柄采用手柄輸出177?？刂泣c數(shù)從 16 至256 點。 PC 使用 A7PHP/A7HGP、 A6GPP/A6PHP 相對應(yīng)的編程軟件，可以在 RUN 時改變程序。本型號 PLC基本單元的輸入點和輸出點均為 40 點，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。由軟件實現(xiàn)的邏輯控制，可以大量節(jié)省繼電器、定時器的數(shù)量。第一編程語言 (梯形圖 )是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場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)場人員學(xué)習(xí)。具有其他工業(yè)設(shè)備難以具備的特點： PLC 具有以下特點 : (1)可靠性高，抗干擾能力強。安全保護功能齊全，設(shè)有過卷、等速超速、定點超速、 PLC 編碼器斷線、錯向、傳動系統(tǒng)故障及自動限速等保護功能。 （ 3）液壓站 為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機械制動力，再取消直流制動力；提升機起動時，先對電機施加直流制動，再松開機械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng) 安全可靠地工作。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 系統(tǒng)設(shè)計 基于 PLC 控制的大功率礦井提升機變頻調(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、安全保護和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成。 (2) 有沖擊性的無功功率。 與 GM 系統(tǒng)相比， VM 系統(tǒng)具有以下優(yōu)點 :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 104，比 GM 系統(tǒng)高三個數(shù)量級 。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開 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 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過 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為其具有高可靠性以及軟件可編程的優(yōu)點，在現(xiàn)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。如果對該豎井提升機電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動化程度高的電控系統(tǒng)。 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計 控制單元基本原理 我國提升機設(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)。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 不可能待系統(tǒng)運轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能 重載啟動，有較高的過載能力。 要使提升機按照給定的速度圖運行，電動力矩 Te 可能為正，也可能為負。 提升機電氣傳動系統(tǒng)的給定速度 u=f(t)，根據(jù)動力學(xué)方程式 Td=TeTi= Tn *e/375 式中 Te電動機電動力矩 。 因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機運行的可靠性、安全性、經(jīng)濟性和高效性得到提高。 本設(shè)計的主要工 作有： ①礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計； 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； ④對所設(shè)計的系統(tǒng)進行分析。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 基于 PLC 的礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 傳統(tǒng)的礦井提升機控制系統(tǒng)主要采用繼電器 接觸器進行控制。 目前國內(nèi)提升機的調(diào)速控制系統(tǒng)絕大多數(shù)還是在電機轉(zhuǎn)子回路串入電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)。在提升機控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機控制系統(tǒng)進行升級換代。Ti傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩 。這意味著電動機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，控制功能多，控制線路大大簡化 。 對于一般提升機電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價格也不高 .如果采用 PLC 技術(shù)對 TKDA 電控系統(tǒng)進行改造，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，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。 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 機3 8 0 V 潤滑站操 作 臺保護和連接 圖 12 提升機控制系統(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 集成高速計數(shù)輸入口以及特殊高速計數(shù)模塊相結(jié)合，對分別安裝于電機軸、輥筒主軸、天輪的四個編碼器數(shù)據(jù)進行采 集，同時監(jiān)視速度、深度以及判斷松繩； A/D 模塊采集現(xiàn)場液壓站及潤滑站的油壓、油溫等信號 。 （ 4）操作臺 操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。 控制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕， PLC 控制將 380V 動力電源接入變頻器。用程序來實現(xiàn)邏輯順序和時序，最大限度地取代傳統(tǒng)繼電 接觸器系統(tǒng)中的硬件線路，大量減少機械觸點和連 線的數(shù)量。 (4) 控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短。一臺小型的 PLC，只相當(dāng)于幾個繼電器的體積，控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 FX2N 系列 PLC 經(jīng)濟、小巧，從功能上完全滿足本系統(tǒng)的使用要求，其內(nèi)置高速計數(shù)器，可滿足系統(tǒng) 軸編碼器采樣的高速計數(shù)要求，而不需增加額外成本。通過設(shè)定參數(shù)可以確保編程存儲器內(nèi)元件的注釋區(qū)域。 ③高速運算 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，用一個寄存器盒可擴充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 10V 迸行無級變頻調(diào)速，在輸出模擬量的同時，在手柄相應(yīng)的操縱角度上加上光電開關(guān)觸點，可以輸入開關(guān)信號到變頻器上的速段控制接入口，達到控制限制。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。當(dāng)發(fā)生松繩現(xiàn)象時，經(jīng)過短暫調(diào)節(jié)后，若沒有消除松繩現(xiàn)象，安全回路斷開，進行安全制動。 提升機制動器的功能就是剎住提升機卷筒，使提升機停止運行。礦井提升機自動保護系統(tǒng)的作用是：在司機不參與的情況下，發(fā)生故障時能自動將主電動機斷開并同時進行安全制動從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。 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 ??????? 電機容量校核 ① 等效時間計算 sttttttT d)(211)(21243210???????????????? ?? ② 等效力 dF SNtFFtFFFFtFFtFFdtFT??????????????2114239。2239。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。異步電動機的實際轉(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)計在某種程度上依賴于電機的參數(shù)，為了減少控制上對電機參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。若用在電機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，則可能會造成不必要的放容損失。 回饋制動： 回饋制動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)，從而實現(xiàn)制動。 變頻調(diào)速主控電路如圖 22 所示。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。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實現(xiàn) S 形速度給定曲線。 PLC 軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計是根據(jù)提升機工藝和控制要求，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)保護停機后，故障被確認但不能立即排除，此時可采用應(yīng)急運行方式，應(yīng)急運行速度不超過 。 等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護。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。 錯向保護功能，程序判斷提升信號方向與開車方向不一致時，不允許開車。 自動減速功能，當(dāng)提升容器到達減速位置時，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速。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，一路用于顯示與監(jiān)測。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)進行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成 :參數(shù)設(shè)定、上位機顯示、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)場維護管理，使提升機運行安全性和可靠性得到了大幅度提高。其中一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升機的主軸上，另一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動機軸上，天輪軸上的安裝旋轉(zhuǎn)編 碼器作為行程檢測后備器件。 (2) 應(yīng)用參數(shù)設(shè)置步驟 簡單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常用于已準確了解裝置的應(yīng)用條件且無需測試以及需要相關(guān)擴展參數(shù)進行補充的情況 : (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)整必須在本機上完成的情況。為了保護報警輸出的觸點，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，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。