【正文】 得到提高。 成都電子機(jī)械高等專 科學(xué)校 成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 摘 要 近年來(lái)，國(guó)外提升機(jī)機(jī)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(jìn)，相互提高。適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。提升時(shí)為正力 ,采用電動(dòng)加速。下放時(shí)為負(fù)力 ,一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻 ,另一方面增大制動(dòng)電流并輔以機(jī)械制動(dòng)方式減速。下放時(shí) ,由于負(fù)力較大 ,需要制動(dòng)力來(lái)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(jìn)行 ,由裝在斜坡上的位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作發(fā)出信號(hào) ,PLC 再根據(jù)與電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)行的光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行比較 ,發(fā)出指令 ,然后接入兩段電阻 4R 、 5R 使提升機(jī)速度下降 ,幾秒后又將 2R 、 3R 接入電路 ,使 mV 降到 4V 。 cF — 提升機(jī)的靜阻力（包括車重、提升機(jī)重量和繩重） ,kg。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 4 第四節(jié) 礦井提升機(jī)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求 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。 從圖 14可以看出，要使提升機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)行，電動(dòng)力矩雙可能為正，也可能為負(fù)。在減速段，工作在正向制動(dòng)狀態(tài) 。 要使提升機(jī)按給定速度圖運(yùn)行，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)負(fù)載的變化而自動(dòng)的工作在電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)，也就是說(shuō)要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)能滿足四象限運(yùn)行。 (4)特性曲線要硬。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 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(jī)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(diǎn)長(zhǎng)期占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過(guò)流能力不強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)差，難以實(shí)現(xiàn)高速度化等原因， 一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。 (3)動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。 異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱的三相繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 9 pfn 10 60? 式中 1f —— 定子繞組電源頻率 。 pn — 磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通 ( 主磁通 )是定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的。 但是， E1難于檢測(cè)和直接控制。然而 U/F 控制是一種開(kāi)環(huán)的控制方式，速度動(dòng)態(tài)特性較差，電機(jī)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(fù)載的不同來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時(shí)由于定子電阻和逆變器等器件開(kāi)關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會(huì)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(biāo)變換和解禍運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過(guò)轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原則選擇逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 電壓型變頻器 在交 直 交變 壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)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(hào)經(jīng)軟件計(jì)算后處理成罐籠在井筒中的在線速度， 進(jìn)行后備位置、 速度保護(hù)。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(gè)行 程開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)松繩(延時(shí) 85)，輥筒離合器附近安裝三個(gè)行程開(kāi)關(guān)，分別用做檢測(cè)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(pán)式制動(dòng)器提供不同的油壓值的壓力油，以獲得不同的制動(dòng)力矩 。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 19 圖 36 信號(hào)隔離電路原理圖 信號(hào)隔離電路對(duì)輸入的編碼信號(hào)進(jìn)行隔離處理，并將輸入的信號(hào)分為兩路。 ACI 和 ACZ 斷電的同時(shí)， PLC 和外圍硬件回路同時(shí)動(dòng)作，控制工作閘對(duì)提升機(jī)迅速施閘。待更換新閘瓦后，方能 開(kāi)車。 KAO KA0 KA1 KA14 為過(guò)卷開(kāi)關(guān)中繼。 ⑥ SBI 為急停開(kāi)關(guān)，當(dāng)提升機(jī)工作不正常且 PLC 沒(méi)有做出判斷時(shí)，可由司機(jī)按下此按鈕使 AC 掉電，產(chǎn)生安全制動(dòng)。調(diào)繩閉鎖回路由安全回 路中的 KA5 KA5 KA3 FWll、FWS 所組成。如潤(rùn)滑油壓異常、主電動(dòng)機(jī)軸承過(guò)熱等 。 PLC 軟件設(shè)計(jì)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(jī)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(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/20xx 等操作系統(tǒng)。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。主要的組態(tài)操作包括：成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 28 定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱及存盤(pán)時(shí)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(jìn)行通訊： MCGS 通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。詳細(xì)情況請(qǐng)參閱后面第四講中的動(dòng)畫(huà)連接。 圖 44 工程效果圖 第三節(jié) 提升機(jī)監(jiān)控畫(huà)面的開(kāi)發(fā) 在提升機(jī)上位機(jī)上要實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能 :對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)多畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控 。監(jiān)控中心主畫(huà)面如成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 30 圖 45(a)所示，從該界面中可以看到提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式以及運(yùn)行環(huán)節(jié)的的工作數(shù)據(jù) (啟動(dòng) /停止，正常 /故障 ):速度、深度顯示，電機(jī)電流、 電壓，液壓站油壓、油溫，潤(rùn)滑站油壓、油溫等。采用變頻器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合 PLC 的強(qiáng)大功能以及基于組態(tài)軟件所開(kāi)發(fā)出來(lái)的良好人機(jī)界面和通信能力，實(shí)現(xiàn)在司機(jī)控制室對(duì)提升機(jī)的控制運(yùn)行及參數(shù)調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)控制中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是礦用提升機(jī)傳動(dòng)的發(fā)展方向。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 33 參考文獻(xiàn) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) [M].冶金工業(yè)出版社 ,1983. 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DLL（動(dòng)態(tài)連接庫(kù)）文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)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(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)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(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫(xiě)控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為 .mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)，其與 MCGS 運(yùn)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(wú)須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能成熟，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作。還要對(duì)有關(guān)的控制單元的工作情況進(jìn)行監(jiān)控。 旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器， PLC通過(guò)該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的行走距離。 PLC 軟件結(jié)構(gòu)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)。如開(kāi)車過(guò)程中制動(dòng)油過(guò)熱或潤(rùn)滑油過(guò)熱等。雙卷筒提升機(jī)換水平調(diào)繩時(shí)，調(diào)繩轉(zhuǎn)換開(kāi)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(kāi)關(guān)，指系統(tǒng)中兩套 PLC 故障時(shí)，能夠脫開(kāi) PLC 的控制，外設(shè)一套硬繼電器回路實(shí) 現(xiàn)應(yīng)急運(yùn)行，完成本次提升。當(dāng)提升容器超過(guò)正常裝卸位置過(guò)卷時(shí)，碰壓過(guò)卷開(kāi)關(guān)或防爆磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使 AC 斷電，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。重新接通 AC 回路。制動(dòng)手柄處于緊閘位置時(shí)，緊閘繼電器 KA04 閉合，這時(shí)允許安全回路接通。輸出信號(hào)成對(duì)出現(xiàn)，如 :輸入信號(hào) XO，輸出兩路信號(hào)和其公共端成對(duì)出現(xiàn) :PLC1XO、 PLC1COMM， PLCZXO、 PLCZCOMM。級(jí)，經(jīng)過(guò)沿時(shí)后制動(dòng)器的全部油壓迅速回到零， 使制動(dòng)器達(dá)到全制動(dòng)狀態(tài)。外接線時(shí)用防爆接線盒與電纜對(duì)接。其中油泵有 :制動(dòng)油泵兩個(gè)，潤(rùn)滑油泵兩個(gè)。主電機(jī)通過(guò)減速器向卷筒提供牽引所需的動(dòng)力； 變頻調(diào)速器：是動(dòng)力裝置的能量供給單元，通過(guò)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(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)而言，變頻器是一個(gè)交流電壓源，在不超過(guò)電壓容量的情況下可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，具有不選擇負(fù)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(cè)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)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(dāng)然，也可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率，和磁極對(duì)數(shù) n ，來(lái)改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 00nnns ?? 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 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(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的換向，當(dāng)頻率降低至零后即可反向開(kāi)車，采用控制器改變相序 即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此可在四象限內(nèi)平滑的過(guò)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(lái)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(jìng)爭(zhēng)，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。迅速安全制動(dòng)停車，即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性 )。提升人員時(shí)，加速度2/ sma? ，升降物料時(shí)，加速度 2/ sma? 。也就是說(shuō)，在整個(gè)提升過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)切換兩次。由于不同的負(fù)載，不同的提升機(jī)運(yùn)行階段，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也各不相同。 提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的給定速度， =f(t)如圖 14所示，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式 375T nled TTT ??? *? 式中 Te— 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)力矩 。 2s / m。 （ 4） 爬行階段 4t 。制動(dòng)力矩與勵(lì)磁電流的平方成正比 ,并與轉(zhuǎn) 子附加電阻和電機(jī)的極數(shù)有關(guān)。當(dāng)為正力時(shí) ,轉(zhuǎn)子接入幾段附加電阻 ,由 PLC 控制運(yùn)行 。加速階段不實(shí)行閉環(huán)調(diào)節(jié) ,而以時(shí)間、速度為函數(shù) ,逐步短接轉(zhuǎn)子附加電阻 ,使提升電動(dòng)機(jī)從零速升至全速。提升過(guò)程一般包括 :起動(dòng)加速、勻速、減速、爬行和停車幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。而且這種控制方式存在著很多的問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)提升機(jī)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(jī)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(jī)械高等專 科學(xué)校 成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （ 基于 PLC 控制的變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） Abstract In recent years, the foreign hoist machinery parts a