【正文】 率； P電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。對(duì)于變頻器的應(yīng)用，必須首先熟練對(duì)變頻器的面板操作，以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)變頻器的各種功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 MM420 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 3． 通用變頻器的控制技術(shù)性能達(dá)到了直流電機(jī)調(diào)速水平。 PLC 的功能擴(kuò)展也極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活 ,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)的修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。 (2)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 繼電 器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。為了使 PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后 PLC 要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。基于 PLC 的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖如圖 15 所示。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過(guò)改變控制器內(nèi)部的接線 (即硬件 )，而只需通過(guò)編程器改變程序存儲(chǔ)器中某些語(yǔ)句的內(nèi)容。 在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能滿足提升機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)第一章 概述 6 展方向。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開(kāi) 關(guān) 、 操 作 手 柄繼 電 器 控 制 線 路有 繼 電 器 和 連 接 線 路 組 成輸 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 13 繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)框圖 而這種控制方式還存在著很多的問(wèn)題： （ 1）使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件使系統(tǒng)體積大、運(yùn)行噪聲大。 PLC 變頻調(diào)速是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速方法，從調(diào)速的本質(zhì)來(lái)看，不同的調(diào)速方式無(wú)非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。重車上行時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定 的靜摩擦力矩，電機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限，在重車減速時(shí)，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時(shí)間較短，電機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率 s 的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差。 1981 年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國(guó) Monopol 礦問(wèn)世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī) (習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式 )在德國(guó) Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。通過(guò)對(duì)已改造的提升機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)研以及相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀可以看出 PLC 控制的變頻調(diào)速提升機(jī)有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 多年來(lái)，礦井提升機(jī)及其拖運(yùn)、安全保護(hù)系統(tǒng)等設(shè)備的技術(shù)水平和安全水平一直是困擾煤炭安全生產(chǎn)和效益提高的重要因素。因此對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué) 位 論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明 井岡山大學(xué)有權(quán)保留本人所 送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。 隨著計(jì)算機(jī)和 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展，采用先進(jìn)的控制技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，從而使礦井提升機(jī)的控制性能得到極大的改善，其自動(dòng)化水平、安全性、可靠性都達(dá) 到了新的高度，并采用現(xiàn)代化的管理和監(jiān)視手段保障提升機(jī)的安全運(yùn)行，保證礦井提升機(jī)可靠、準(zhǔn)確地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的計(jì)算機(jī)控制。為改變這一狀況，煤炭行業(yè)的科研、高效、生產(chǎn)企業(yè)和待業(yè)主管部門以及行業(yè)的科研和生產(chǎn)企業(yè)的工程技術(shù)人員做了大量的工作，已開(kāi)發(fā)了眾多適用的產(chǎn)品和技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 為保證提升設(shè)備無(wú)事故，在提升設(shè)備有可能出現(xiàn)故障的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上， 設(shè)置雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測(cè)、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置 (如負(fù)載、速度、加減速、產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間等記錄 )。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。當(dāng)另一列重車上行時(shí)，電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限，另外有占總運(yùn)行時(shí)間 10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，電機(jī)純粹處于第二或第四象限，此時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。在生產(chǎn)機(jī)械上廣泛使用的調(diào)速方法中，不改變同步轉(zhuǎn)速的有：繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等。 （ 2）繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，使用壽命短。 PLC 控制變頻調(diào)速 裝置本身具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時(shí)配合來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)絞車過(guò)卷、過(guò)速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線 制保護(hù)功能，滿足煤礦安全規(guī)程要求。 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 14 可編程控制器控制過(guò)程系統(tǒng)框圖 本次設(shè)計(jì)采用 PLC 控制變頻調(diào)速系統(tǒng)，選用 PLC 和變頻器的組合可完成數(shù)字量的輸入，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的輸出控制。 第一章 概述 7 圖 15 基于 plc 的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖 基于 PLC 的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由控制監(jiān)視系統(tǒng)、操作臺(tái)、 PLC、編碼器、變頻器和液壓站等系統(tǒng)組成。 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。因此本文決定采用 PLC 進(jìn)行，并且保持原有的操作方式、按鈕、開(kāi)關(guān)的作用不變，以方便用戶，縮短適應(yīng)期。 整個(gè)掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階第二章 主要元部件的選擇 10 段，全過(guò)程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。而在控制系統(tǒng)中，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成的，加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工作。 (5)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)工作量少 由于 PLC 的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和連網(wǎng)性能 ,在大多數(shù)情況下第二章 主要元部件的選擇 11 PLC 系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。 目前國(guó)外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典 ABB 等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。 第二章 主要元部件的選擇 12 MM440 變頻器的工作原理及其調(diào)速原理 1. MM440 變頻器的工作原理 我們現(xiàn)在使用的 MM440 變頻器主要采 用交 － 直 － 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率： nn 00s n?? (2－ 2) 第二章 主要元部件的選擇 13 ）（ s???? 1pf160s)1(n n 0 (2－ 3) 由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有如下幾種： 變同步轉(zhuǎn)速 n0：變極 p、變頻 f1。 變頻器 MM440 的控制面板 變頻器 MM440 的 BOP 控制面板。 第二章 主要元部件的選擇 16 圖 25 變頻器控制端子圖 22 所示。 圖 32 PLC 與變頻器的外圍接線圖 變頻調(diào)速主控電路接線 變頻調(diào)速主控電路接線圖如圖 33。為此，變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)設(shè)置能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)功能。其中提升速度隨時(shí)間變化的曲線稱為提升速度圖。 （ 3） t3 段：等速階段。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 以上 t1t6 的六個(gè)階段組成提升系統(tǒng)的一個(gè)提升過(guò)程 控制程序流程圖 系統(tǒng)控制程序流程圖如圖 42 所示。 4. 不包含觸點(diǎn)的分支應(yīng)放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于識(shí)別觸點(diǎn)的組合和對(duì)輸出線圈的控制路徑。 其動(dòng)作過(guò)程如： 當(dāng)要下放礦車或送工人到井下時(shí)，按下下降按鈕 ，繼電器 K2 吸合，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。變頻器接入調(diào)速回路，并 接受操作臺(tái)控制信號(hào)及 PLC 反饋信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速控制。 抗干擾的主要措施有： ① 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，這樣可擴(kuò)大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開(kāi)。致謝 31 致 謝 在此設(shè)計(jì)完成之際，我要衷心感謝老師，還有三年來(lái)一直真心愛(ài)護(hù)我，熱情幫助我的老師和同學(xué)們。 最后，謹(jǐn)向所有曾經(jīng)關(guān)心和幫助我的老師和同學(xué)表示感謝。 開(kāi)題（ 12 月、 1 月）： 8 學(xué)時(shí)； 1 稿（ 2 月份）： 30 學(xué)時(shí)； 2 稿（ 3月份）： 30 學(xué)時(shí) 。定稿（ 5 月份）： 30 學(xué)時(shí)。祝愿母校飛黃騰達(dá)！ 彭玉龍 20xx年 4月 ~20xx年五月 參考文獻(xiàn) 32 參考文獻(xiàn) [1]夏榮海，郝玉?。V井提升機(jī)機(jī)械設(shè)備．徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社， 1993 [2]陶建平．礦井提升機(jī)的監(jiān)控與監(jiān)視．鄭州：中州煤炭， 1999 [3]高欽和編著 .可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例．北京 :人民郵電出版社 ,20xx [4]何衍慶 ,戴自詳 ,俞金壽編著．可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,20xx [5]陳伯時(shí)主編 .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)．北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1993 [6]李世基主編 .微機(jī)與可編程控制器．北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1994 [7]崔亞軍主編 .可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)．北京 :電子工業(yè)出版社 ,1993 [8]金曉萍 .基于 PLC 的礦井提升機(jī)交流 變頻調(diào)速系統(tǒng)．上海：工礦自動(dòng)化， 20xx [9]康日霞 .新型礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)變頻改造的研究與應(yīng)用．北京：北京科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)， [10]江漢秀 .可編程序控制器原理及應(yīng)用．西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 ,20xx [11]王仁祥 .通用變頻器選型與維修技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .20xx [12]常曉玲 .電器控制系統(tǒng)與可編程控制器．北京：機(jī)械工業(yè)出版 ,20xx [13]陳旭 .礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方案的研究 .黑龍江：黑龍江科技信息， 20xx [14]汪相進(jìn) . 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