【正文】 器動作，常閉觸點斷開，使安全回路動作，保護提升機不受損壞。主令操作控制，對系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)提升機與操作臺之間的指令傳遞，向提升機系統(tǒng)發(fā)出相應的指令，并改變相應電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機按照預定的力圖和速度圖安全運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。6． 體積小，能耗低。3． 編程簡單，使用方便。通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇西門子S7200系列PLC。對于礦井提升機，其對速度控制要求不是很高，考慮到經(jīng)濟因素選用控制方式。預置直流制動時間 的主要依據(jù)是負載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者， 應適當長一些。功率管用于接通與關斷能耗電路，是制動單元的主體。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。為此，變頻器調(diào)速時應設置能耗制動和直流制動功能[[] 譚波，李燕林，譚冠政．變頻調(diào)速在礦井提升機中的應用[J]．，5758]。為了使變頻調(diào)速穩(wěn)定，保證提升機的正常運行，加入光電編碼器模塊形成PG閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得變頻器的輸出更加可靠。S形方式：在開始和結(jié)束階段升速（降速）過程較緩慢，中間階段按線性方式升速（降速），升速（降速）呈S形。如果頻率上升（下降）過快，由于慣性，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，使轉(zhuǎn)差太大，導致升速電流超過允許值，可能產(chǎn)生過電流。考慮到礦用電機性能上的差異及機械負載的波動， 倍，按照本系統(tǒng)電動機功率，選用150kW 以上的變頻器。由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制，對轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性。 在變頻調(diào)速領域，異步電機的控制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的響應性和過渡特性來看，變頻調(diào)速的控制方式分為以下幾種：1． V/F控制V/F控制是交流電機最簡單的一種控制方法，通過控制過程中始終保持V/F 為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。變頻器主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器主要由整流器、平波電路、逆變器、控制電路四大部分組成，整流器將工頻電源變?yōu)橹绷麟?，平波電路吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動，逆變器將直流電變換為工作所需的交流電，控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。 變頻器：是動力站的能量供給單元，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。因此本次設計選用交流電動機交－交變頻調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)的確定轉(zhuǎn)子回路串接電阻調(diào)速方法調(diào)速范圍小，串入電阻后電動機的機械特性變“軟”，使負載變動時電動機產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)速變化，即轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，而且調(diào)速效率較低。與傳統(tǒng)控制方式相比，模糊控制是一種非線性的控制方法，工作范圍寬，適用范圍廣，特別適合非線性系統(tǒng)的控制。目前在實際生產(chǎn)中得到應用的很多，其中有高精度的還有一般性能的，種類五花八門，價格也高低相差懸殊。5. 特性曲線要硬。升降物料時，加速度a≦,另外不得超過提升機的減速器所允許的動力矩。到達停車位置時，變頻器立即停車，重車減速到零，制動系統(tǒng)閘制動。下放時， 由測速發(fā)電機反應轉(zhuǎn)子下放速度，當速度高于時，增大勵磁電流，提高制動力矩，使箕斗勻速運行。后者的優(yōu)點是：可采用較細的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。礦井提升機的設計能夠解決實際生產(chǎn)問題，其控制單元采用了目前適用的工業(yè)PLC控制單元來控制電動驅(qū)動系統(tǒng)，其電力拖動單元采用先進的變頻驅(qū)動器，優(yōu)化了礦井提升機速度控制性能。給出提升系統(tǒng)的整體控制方案；確定基于PLC控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成。 將交流調(diào)速技術應用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護未能達到預期的效果，致使提升機系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。提升過程采用微機主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視： 1) 提升過程中各工況參數(shù)監(jiān)視；2) 各主要設備運行狀態(tài)監(jiān)視；3) 各傳感器信號的監(jiān)視。 國外提升機電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 國外從70年代開始，隨著微機技術的發(fā)展，微機控制技術已逐步應用于礦井提升機中。 傳統(tǒng)交流拖動系統(tǒng)的顯著缺點是：調(diào)速性能差，調(diào)速時能量要大量消耗在電阻上，給定方式落后，控制精度低，安全保護和監(jiān)測環(huán)節(jié)不完善，安全可靠性差，維護工作量大，而且運行不經(jīng)濟。 programmable logic controller。通過可編程控制器控制變頻器，實現(xiàn)提升機啟動、加速、等速、減速、爬行和停車操作，并且對過載、超速、過卷等故障進行監(jiān)控。我國傳統(tǒng)的礦井提升機主要采用繼電器—接觸器進行控制，并通過在電動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻來實現(xiàn)啟動和調(diào)速。減少了傳統(tǒng)繼電器接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線，提高了形同的穩(wěn)定性和可靠性。control system　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　目 錄1 引言 1 國內(nèi)外礦井提升機發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 國外提升機電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 1 存在的問題及最新發(fā)展 2 本文承擔的任務 32 礦井提升機系統(tǒng)的控制要求 4 礦井提升機結(jié)構(gòu)介紹 4 礦井提升機速度和受力分析 4 提升機的速度分析 4 提升機的受力情況 5 礦井提升機的調(diào)速控制方案分析 7 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng) 7 模糊控制調(diào)速系統(tǒng) 7 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 8 變頻器調(diào)速控制系統(tǒng) 8 礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)的確定 93 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設計 10 提升機變頻控制部分設計 11 11 變頻調(diào)速基本原理 12 提升機變頻器的選擇 13 14 提升機系統(tǒng)變頻器外部電路設計 16 提升機調(diào)速系統(tǒng)的聲光報警回路 17 提升機調(diào)速系統(tǒng)的制動控制回路 17 編碼器反饋回路 19 提升機調(diào)速系統(tǒng)的PLC 控制部分設計 20 PLC簡介 20 PLC的選型 20 提升機調(diào)速系統(tǒng)的PLC的I/O端口 21 提升機調(diào)速系統(tǒng)的PLC外部電路設計 22 提升機調(diào)速系統(tǒng)各部分的PLC控制 234 系統(tǒng)抗干擾措施 25 PLC的抗干擾 25 PLC的干擾來源 25 25 變頻器的抗干擾及其防止 26 26 干擾信號的傳播方式 27 275 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)軟件設計和調(diào)試 28 提升機調(diào)速系統(tǒng)的控制程序流程 28 提升機調(diào)速系統(tǒng)的中斷子程序功能 28 提升機調(diào)速系統(tǒng)的故障處理子程序功能 28 提升機調(diào)速系統(tǒng)的程序調(diào)試 306 結(jié)論 32謝 辭 34參考文獻 35 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計1 引言 國內(nèi)外礦井提升機發(fā)展現(xiàn)狀 礦井提升機對安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機電控系統(tǒng)的技術水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術水平，因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術應用于提升機電控系統(tǒng)。目前在用的動力制動及低頻電源大多數(shù)為采用模擬技術控制的晶閘管裝置，仍存在調(diào)速困難、維護量大的問題。由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監(jiān)視顯示易于實施，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現(xiàn)的。為確保人員和設備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機能否實現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動運行，避免了嚴重的機械磨損，防止較大的機械沖擊，減少機械部分維修的工作量，延長提升機機械的使用壽命。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生。對于復雜的礦山提升機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)采用PLC控制，在本文中設計出程序控制功能流程圖，并給出其它基本控制功能的梯形圖。目前，這種方法是現(xiàn)代交流傳動控制中比較先進的速度控制方式。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。 礦井提升機速度和受力分析 提升機的速度分析 提升設備在一個提升循環(huán)內(nèi)的運行規(guī)律是用提升速度圖來表示的。重車快到井口時減速階段，重車減速到低速，進入爬行階段?？梢缘贸霭唇o定速度圖所需轉(zhuǎn)矩的特性，從而可以得到拖動系統(tǒng)所需的力，提升機傳動系統(tǒng)給定速度圖、。3. 具有良好的調(diào)速性能。6. 工作方式轉(zhuǎn)換容易。 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)在加速過程中，交流接觸器KM1，KM2，KM3，KM4逐級吸合，轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的平均值不變。其控制效果取決于轉(zhuǎn)矩的實際情況，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能控制系統(tǒng)。作為井上與井下的唯一輸送通道，使得礦井提升機成為礦山的關鍵設備之一，也是礦山的咽喉部位。 旋轉(zhuǎn)編碼器：旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給變頻器。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。然而在實際應用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。但是采用此法的電動機調(diào)速系統(tǒng)只能是單機運行，同時轉(zhuǎn)差頻率控制未能實施對電機瞬時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，盡管這種系統(tǒng)的靜態(tài)精度較高，但由于快速性較差，故適用于對響應的快速性要求不高的系統(tǒng)。要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大。一般在變頻器出廠和參數(shù)出現(xiàn)混亂的時候進行此操恢復出廠設置值： 恢復出廠設置參數(shù)設置參數(shù)名稱參數(shù)號設置參數(shù) 用戶的參數(shù)訪問級P00031調(diào)試用的參數(shù)過濾器P001030復位為工廠設定值P09701在本控制系統(tǒng)中，變頻器采用本次操作板（BOP）進行調(diào)試。升速（降速）時間是從0HZ到基本頻率之間變化的時間。依據(jù)變頻器各項參數(shù)設定。為了保護報警輸出的觸電，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即RC震蕩電路）。當同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位機會改變了180176。歸根結(jié)底，是通過消耗能量而獲得制動轉(zhuǎn)矩的，屬于能耗制動狀態(tài)。這時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，稱之制動轉(zhuǎn)矩。它是通過光點編碼將電動機的轉(zhuǎn)速變換成電脈沖信號，此信號反饋給變頻器輸入端對電動機進行控制。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設計。單從這一角度而言，PLC在可靠性上優(yōu)于繼電接觸器系統(tǒng)是明顯的。由于PLC的系列化、模塊化、標準化及良好的擴展性和連網(wǎng)性能，在大多數(shù)情況下，PLC系統(tǒng)是一個較好的選擇。7． 功能強，性價比高。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、過載監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。4 系統(tǒng)抗干擾措施 PLC的抗干擾 PLC的干擾來源1． 來自空間的輻射干干擾。必要時可采用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜。盡量縮短模擬量加信號線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號線。供電電源的干擾對變頻器主要有（1）過壓、欠壓、瞬時掉電（2）浪涌、跌落 （3）尖峰電壓脈沖 （4）射頻干擾。因此變頻器對系統(tǒng)內(nèi)其它的電子、電氣設備來說是一電磁干擾源。有關資料表明，輸入電流中的5次諧波和7次諧波的諧波分量是最大的，分別是50HZ基波的80％和70％。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其主要功能有： 通過抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（）； 削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊； 削弱電源電壓不平衡的影響。當有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應的故障處理模塊進行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。在STEP7編程軟件中設置參數(shù)，采用PC/PCI電纜建立個人電腦與PLC之間的通信，把PC/PCI電纜的PC斷連接到計算機的RS232通信端，把PC/PCI電纜的PPI端連接到PLC的RS485接口即可。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，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)，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對提高控制技術水平具有廣闊的應用前景。實現(xiàn)方案的同時還發(fā)現(xiàn)很多的不足：1． 由于知識水平的限制，本設計方案還不太成熟，離實際的應用還有一定的距離。參考文獻