【正文】 得到提高。 成都電子機械高等專 科學校 成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 摘 要 近年來，國外提升機機械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進，相互提高。適用、經(jīng)濟、高效、可靠是本文提升機系統(tǒng)設(shè)計的追求目標。提升時為正力 ,采用電動加速。下放時為負力 ,一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻 ,另一方面增大制動電流并輔以機械制動方式減速。下放時 ,由于負力較大 ,需要制動力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。減速按照速度圖要求進行 ,由裝在斜坡上的位置開關(guān)動作發(fā)出信號 ,PLC 再根據(jù)與電動機同軸運行的光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進行比較 ,發(fā)出指令 ,然后接入兩段電阻 4R 、 5R 使提升機速度下降 ,幾秒后又將 2R 、 3R 接入電路 ,使 mV 降到 4V 。 cF — 提升機的靜阻力（包括車重、提升機重量和繩重） ,kg。 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 4 第四節(jié) 礦井提升機對電氣控制系統(tǒng)的要求 提升機控制系統(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)的運行速 度圖和力圖。 從圖 14可以看出，要使提升機按照給定的速度圖運行，電動力矩雙可能為正，也可能為負。在減速段，工作在正向制動狀態(tài) 。 要使提升機按給定速度圖運行，電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)負載的變化而自動的工作在電動或制動狀態(tài)，也就是說要求電氣傳動系統(tǒng)能滿足四象限運行。 (4)特性曲線要硬。 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 8 第二章：矢量控制變頻調(diào)速 第一節(jié) 變頻調(diào)速在提升機系統(tǒng)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容易，調(diào)速精度高等特點長期占據(jù)了主導地位，但是由于結(jié)構(gòu)復雜，過流能力不強，環(huán)境適應(yīng)差，難以實現(xiàn)高速度化等原因， 一直限制了其應(yīng)用范圍的進一步擴大。 (3)動態(tài)品質(zhì)好。 異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速 成都電子機械高等專科學校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 9 pfn 10 60? 式中 1f —— 定子繞組電源頻率 。 pn — 磁極對數(shù)。異步電動機的氣隙磁通 ( 主磁通 )是定、轉(zhuǎn)子合成磁動勢產(chǎn)生的。 但是， E1難于檢測和直接控制。然而 U/F 控制是一種開環(huán)的控制方式，速度動態(tài)特性較差，電機轉(zhuǎn)矩利用 率低，控制參數(shù) (如加 /減速度等 )還需要根據(jù)負載的不同來進行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時的存在，系統(tǒng)可能會發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 ④ 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，其克服了坐標變換和解禍運算的復雜性，直接對轉(zhuǎn)矩進行控制，通過轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原則選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。 電壓型變頻器 在交 直 交變 壓變頻裝置中，當中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器。還將由編碼器信號經(jīng)軟件計算后處理成罐籠在井筒中的在線速度， 進行后備位置、 速度保護。供電主回路示意圖如圖31 所示。 (2)輥筒 (如圖 33(b)所示 )出繩口附近也安裝一個行 程開關(guān)，用來檢測松繩(延時 85)，輥筒離合器附近安裝三個行程開關(guān)，分別用做檢測離合器分、合狀態(tài)和調(diào)繩閉鎖。液壓站的主要作用是 :可以為盤式制動器提供不同的油壓值的壓力油，以獲得不同的制動力矩 。 成都電子機械高等專科學校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 19 圖 36 信號隔離電路原理圖 信號隔離電路對輸入的編碼信號進行隔離處理，并將輸入的信號分為兩路。 ACI 和 ACZ 斷電的同時， PLC 和外圍硬件回路同時動作，控制工作閘對提升機迅速施閘。待更換新閘瓦后，方能 開車。 KAO KA0 KA1 KA14 為過卷開關(guān)中繼。 ⑥ SBI 為急停開關(guān)，當提升機工作不正常且 PLC 沒有做出判斷時，可由司機按下此按鈕使 AC 掉電，產(chǎn)生安全制動。調(diào)繩閉鎖回路由安全回 路中的 KA5 KA5 KA3 FWll、FWS 所組成。如潤滑油壓異常、主電動機軸承過熱等 。 PLC 軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，程 序編制采用梯形圖。這樣，就起到了調(diào)速的作用。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機電控系統(tǒng) 的發(fā)展方向。 第二節(jié) 組態(tài)軟件 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows 平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/20xx 等操作系統(tǒng)。兩部分互相獨立，又緊密相關(guān)。主要的組態(tài)操作包括：成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 28 定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 圖 43 組態(tài)軟件的組成框圖 二 、 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 MCGS 如何與設(shè)備進行通訊： MCGS 通過設(shè)備驅(qū)動程序與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。詳細情況請參閱后面第四講中的動畫連接。 圖 44 工程效果圖 第三節(jié) 提升機監(jiān)控畫面的開發(fā) 在提升機上位機上要實現(xiàn)多項功能 :對提升機的運行狀態(tài)實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)控 。監(jiān)控中心主畫面如成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 30 圖 45(a)所示，從該界面中可以看到提升機系統(tǒng)的運行方式以及運行環(huán)節(jié)的的工作數(shù)據(jù) (啟動 /停止，正常 /故障 ):速度、深度顯示，電機電流、 電壓，液壓站油壓、油溫，潤滑站油壓、油溫等。采用變頻器實現(xiàn)提升機的調(diào)速運行，結(jié)合 PLC 的強大功能以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機界面和通信能力，實現(xiàn)在司機控制室對提升機的控制運行及參數(shù)調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機控制中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡便、運行效率高、維護工作量小等諸多優(yōu)點，是礦用提升機傳動的發(fā)展方向。 成都電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） 33 參考文獻 .電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].冶金工業(yè)出版社 ,1983. .斜井提升機的 PLC 控制 [期刊論文 ] 20xx. . 礦井提升機的變頻調(diào)速改造 [J]. 電氣時代， 20xx. .提升機盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置的研制 .礦山機械 .1993. .監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用 .北京 :清華大學出版社 .20xx. ．礦井提升系統(tǒng)新技術(shù)及裝備 ．北京：煤炭工業(yè)出版社， 1999. ，黃永紅 .可編程控制器原理及應(yīng)用 .北京：機械工業(yè)出版社， 20xx. ．調(diào)速用變頻器及配套設(shè)備選用指南 (第 2 版 )．北京：機械工 業(yè)出版社， 20xx. ，劉志軍，曹麗霞等編著 .組態(tài)軟件控制技術(shù) .清華大學出版社，北京交通大學出版社， 20xx. 。該系統(tǒng)四象限運行，可實現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回 制動等功能， 適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。下位機采用 PLC 來控制提升機的整個工作過程，實現(xiàn)各電機的啟、停、電磁閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測等。在各個畫面中，點擊相應(yīng)按鈕可以進行界面相互切換。具備齊全的人機對話及記錄顯示功能 。同時，可利用 MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。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。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。用戶在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為 .mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。 使用 MCGS，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能成熟，維護量小并且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。還要對有關(guān)的控制單元的工作情況進行監(jiān)控。 旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器， PLC通過該信號可以累計計算提升機的行走距離。 PLC 軟件結(jié)構(gòu)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)。如開車過程中制動油過熱或潤滑油過熱等。雙卷筒提升機換水平調(diào)繩時，調(diào)繩轉(zhuǎn)換開關(guān) FWS 打到調(diào)繩位置使調(diào)繩連鎖環(huán)節(jié)串入安全回路。 SAI 為應(yīng)急開關(guān)，指系統(tǒng)中兩套 PLC 故障時，能夠脫開 PLC 的控制，外設(shè)一套硬繼電器回路實 現(xiàn)應(yīng)急運行，完成本次提升。當提升容器超過正常裝卸位置過卷時，碰壓過卷開關(guān)或防爆磁開關(guān)動作，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。重新接通 AC 回路。制動手柄處于緊閘位置時，緊閘繼電器 KA04 閉合，這時允許安全回路接通。輸出信號成對出現(xiàn)，如 :輸入信號 XO，輸出兩路信號和其公共端成對出現(xiàn) :PLC1XO、 PLC1COMM， PLCZXO、 PLCZCOMM。級，經(jīng)過沿時后制動器的全部油壓迅速回到零， 使制動器達到全制動狀態(tài)。外接線時用防爆接線盒與電纜對接。其中油泵有 :制動油泵兩個，潤滑油泵兩個。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力； 變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，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。對負載電動機而言，變頻器是一個交流電壓源，在不超過電壓容量的情況下可以驅(qū)動多臺電動機并聯(lián)運行，具有不選擇負載的通用性。但是 DTC 也存在不足之處，其最大的困難就在于低速性能不理想。 ②轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。 1f — 定子頻率 (Hz) 。當然，也可以通過改變轉(zhuǎn)差率，和磁極對數(shù) n ，來改變異步電動機的轉(zhuǎn)速。 異步電動機轉(zhuǎn)差率 00nnns ?? 則異步電動機轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 10 spfsnn ???? 由上式可知，異步電動機調(diào)速方法有如下幾種 0n :變極 p、變頻 1f 、 s:定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速 。 (4)易實現(xiàn)電動機的換向，當頻率降低至零后即可反向開車，采用控制器改變相序 即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制理論的飛速發(fā)展，現(xiàn)代控制理論越來越多的應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，使得交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美、相競爭，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機機械特性 )。提升人員時，加速度2/ sma? ，升降物料時，加速度 2/ sma? 。也就是說，在整個提升過程中，電動機的運行狀態(tài)應(yīng)切換兩次。由于不同的負載，不同的提升機運行階段，電動機的運行狀態(tài)也各不相同。 提升機的電氣傳動系統(tǒng)的給定速度， =f(t)如圖 14所示，根據(jù)動力學方程式 375T nled TTT ??? *? 式中 Te— 電動機電動力矩 。 2s / m。 （ 4） 爬行階段 4t 。制動力矩與勵磁電流的平方成正比 ,并與轉(zhuǎn) 子附加電阻和電機的極數(shù)有關(guān)。當為正力時 ,轉(zhuǎn)子接入幾段附加電阻 ,由 PLC 控制運行 。加速階段不實行閉環(huán)調(diào)節(jié) ,而以時間、速度為函數(shù) ,逐步短接轉(zhuǎn)子附加電阻 ,使提升電動機從零速升至全速。提升過程一般包括 :起動加速、勻速、減速、爬行和停車幾個主要環(huán)節(jié)。而且這種控制方式存在著很多的問題。當前國內(nèi)提升機電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。 關(guān)鍵詞 交流調(diào)速 PLC 變頻器 成都電子機械高等專 科學校 成教院畢業(yè)論文（設(shè)計） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計 ） Abstract In recent years, the foreign hoist machinery parts a