【正文】 這次實踐，讓我覺得獲益匪淺，對我的課題有很大幫助。盡量縮短模擬量I/O信號線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號線。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運行。開車前出現(xiàn)這類故障，則不允許再開車。圖52 控制子程序流程圖2) 深度、速度檢測子程序速度檢測采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器雙線輸入。2) 提升機行程(PLC)控制方式通過井筒開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器檢測提升行程。表41 輸入點地址編碼名 稱地址編碼名 稱地址編碼電機A軸編碼器（速度）X0半自動X24電機B軸編碼器（速度）X1主系統(tǒng)X25電機B軸編碼器（深度）X2備系統(tǒng)X26輥筒編碼器（速度）X3人員X27深指編碼器（速度）X4材料X30心跳脈沖輸入X10調(diào)繩X31驗繩X11正常X32KP開關(guān)X12調(diào)閥X33維修X13G1X34應(yīng)急X14G2X35上過卷X15G3X36無過卷X16G4X37下過卷X17調(diào)繩控制開關(guān)通X401KT轉(zhuǎn)換開關(guān)X20調(diào)繩控制開關(guān)斷X412KT轉(zhuǎn)換開關(guān)X21故障復(fù)位X42手動X22半自動運行X43自動X23深度清零X44語音復(fù)位X45深指上井口開關(guān)X63急停X46深指下井口開關(guān)X64備用X47井筒上過卷X65三倍靜力矩試驗按鈕X50井筒下過卷X66主令零位停車X51井筒上終端X67主令上升X52井筒下終端X70主令下降X53井筒上減速點X71緊閘開關(guān)X54井筒下減速點X72松閘開關(guān)X55井筒上井口開關(guān)X73深指上過卷X56井筒下井口開關(guān)X74深指下過卷X57井筒上校正開關(guān)X75深指上終端X60井筒下校正開關(guān)X76深指下終端X61閘瓦開關(guān)X77深指減速點X62FX2NB1系列PLC的控制系統(tǒng)的輸入信號及地址編號如表42所示。Q4AR系列為雙機熱備系列，最大輸入輸出點數(shù)為8192點。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用E2PROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。31變頻調(diào)速主控電路圖聲光報警回路：變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點30B30C串聯(lián)在KM1的線圈電路內(nèi)，當變頻器因故障不能正常工作時，報警輸出的常閉觸點動作，使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進行安全保護。同時，對于原來采用變頻器的改造項目，變頻器的容量選擇也不能以電動機額定電流為依據(jù)。制動運行的方式:對于不經(jīng)常制動的設(shè)備可以選擇變頻器+制動單元+制動電阻的方式。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。(2) 調(diào)速精度高。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。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號到PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達到一定值的時候才可以松閘，這樣會避免豎井提升機啟動時發(fā)生溜車現(xiàn)象。傳統(tǒng)的串電阻交流拖動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，占地面積小，維護方便，運行可靠價格低廉，設(shè)備供貨容易，當用于要求頻繁啟動或不同運行速度的多水平提升機時就更為不經(jīng)濟。同時可以利用PLC的高速計數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、故障檢測及診斷功能、信號顯示功能等來增加一些新的控制功能，安全性將大大提高，運行將更加平穩(wěn)、準確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對較少，性價比較高，具有很強的實用價值。幾十年來 ，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:(1) 使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運行噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，故障率高，工作穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改變難度大，使用壽命短。綜合以上提升機的運行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點，提升機工藝對提升機電控系統(tǒng)的要求如下:(1) 加(減)速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。本文從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。1986年向甘肅金川礦提供了一套帶微機控制的800kW直流電控設(shè)備。安全回路極為重要，它是保護的最后環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采用兩臺PC微機構(gòu)成安全回路，使安全回路具完善的故障監(jiān)視功能。2) 提升行程控制提升機的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點準確停車，要求準確度高，目前可達177。b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機的可靠運行和降低了運行消耗。調(diào)速平滑，精度高。對應(yīng)提升機來說運行的安全可靠是至關(guān)重要的，主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運送人員的副井，一旦發(fā)生故障往往造成機毀人亡。同時能檢測各電機故障現(xiàn)象并送往上位機顯示。第1章 緒 論礦井提升機是機、電、液一體化的大型機械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產(chǎn)運輸?shù)闹饕ぞ?。無減速器，總效率高，電能消耗少。AEG公司1985年投l30O0kW，ABB公司投運的l。由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現(xiàn)的。b 二次不能開車，如電機繞組過熱、制動油過熱等。b 上海冶金礦山機械廠主要生產(chǎn)主機及信號系統(tǒng)，已生產(chǎn)80 多臺提升機，1979 年生產(chǎn)過一臺低速直聯(lián)落地式提升機。(4) 交流繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。記錄提升鉤數(shù)以及每班、每日、每月、每年的提升量累計。從圖21可以看出，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)。 圖22 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)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。(2) 有沖擊性的無功功率。滿足提升階段(如加速、減速、等速、爬行等)穩(wěn)定運行的要求。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速度及行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機速度和位置。完全避免了重載坡起時溜車的現(xiàn)象。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(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。提升機普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。由于同容量電動機，其極數(shù)不同，電動機額定電流不同。還可以將多臺變頻器的直流母線直接連接，形成公共直流母線，再接入制動單元與制動電阻，當制動功率大時由制動電阻消耗能量?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)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(shè)計。 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點三菱PLC有如下系列:Q系列, AnS系列，QnA系列，A系列和FX系列前四個系列的PLC為模塊型。輸出信號，通過中間繼電器轉(zhuǎn)接來控制執(zhí)行對象。為了提高提升機運行速度控制的精度，在速度給定電路中增加了加速變化率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度，而且還要限制加速度的變化率。主要輸出驅(qū)動控制功能為:a 電機變頻調(diào)速控制；b 制動泵液壓泵的控制；c 液壓站電磁閥的控制；d 調(diào)繩調(diào)閘操作；e 安全保護、安全制動。溜車保護功能，當提升機無運行指令而有運行速度時，系統(tǒng)自動斷開安全回路，實現(xiàn)安全制動。此時FWD與CM相連，電機正轉(zhuǎn)上提煤車。(5) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸。謝 辭在本次畢業(yè)論文即將完成之際，謹向所有給予我關(guān)心、支持和幫助的老師和同學(xué)們致以深深的謝意，感謝他們在我做論文是給予我的孜孜不倦的講解，指導(dǎo)。同學(xué)們積極幫我查詢資料，給我講寫論文排版時應(yīng)注意的事項。根據(jù)要求，此系統(tǒng)能達到現(xiàn)場的運行狀況、運行數(shù)據(jù)都可以在司機控制室掌握，用戶在控制室可以通過操作臺或人機界面來設(shè)置提升機的運行頻率、啟動和停止電機，并且各環(huán)節(jié)故障信息可以在操作臺或人機界面上反映出來，以用來提示用戶。當變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機進行點動調(diào)節(jié)時，按下工頻按鈕，使KM2斷開，KM3閉合，電機進入工頻狀態(tài)。PLC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)S形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準S形曲線。3) 程序軟安全回路功能設(shè)置在PLC軟安全回路中具有如下保護接點:過卷保護、主電源失壓、制動油過壓、后備保護、變頻故障、操作臺急停信號、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號、深指失效、松閘保護、錯向保護、編碼器失效、PLC故障、溜車故障。 程序設(shè)計(1) 軟件結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)控制核心主要由PCL和上位機組成，因此，軟件包括PLC控制軟件和上位機組態(tài)軟件。 表44 輸出點地址編碼名 稱地址編碼深度速度數(shù)顯表RCKY0深度速度數(shù)顯表SCKY1深度數(shù)顯表Y2速度數(shù)顯表Y3主PLC心跳輸出Y4FX2NA1控制系統(tǒng)的輸出信號及地址編號如表45所示。三菱小型FX2N系列程控器的輸入輸出點最大不超過256點。(3) 編程方便易學(xué)。與此同時，斷電器KA1得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1停為止，報警才能解除。變頻器與電動機的匹配主要是電動機的額定電壓及電流，如果電動機額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了，但如果大了，只好用大一級的變頻器。6SE7O系列變頻器具有多種控制方式:可以設(shè)定為VVVF控制、開環(huán)矢量控制、閉環(huán)矢量控制中的一種。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?？墒固嵘龣C的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間降至最少，具有良好的動態(tài)品質(zhì)。第二個階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動機的控制特點來進行交流電動機的控制，通過電機統(tǒng)一理論和坐標變換理論，把交流電動機定子電流分解成磁場定向坐標的磁場電流分量和與之相垂直的坐標轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標系變換為旋轉(zhuǎn)坐標系解耦后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電動機。它是整個礦井提升機運輸系統(tǒng)的控制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實現(xiàn)對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。綜上原因，交流拖動系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。直流拖動系統(tǒng)一般采用他勵電動機作為主拖動電機，它具有調(diào)速性能好，低速階段運行穩(wěn)定，在加速，減速和低速運行時的電耗小，直流拖動系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機組供電的系統(tǒng)(簡稱GM系統(tǒng))，一類是晶閘管供電的系統(tǒng)(簡稱VM系統(tǒng))。(4) 系統(tǒng)安全保護環(huán)節(jié)不全面，工作不可靠，故障顯示不直觀，分析查找故障難度大，缺乏運行參數(shù)顯示功能.(5) 調(diào)速性能差，機械沖擊大，人員乘車舒適性差。要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種運行方式及提升階段(加速、減速、等速、爬行等)(3) 有較好的起動性能。第2章 礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 礦井提升機對控制系統(tǒng)的要求提升機控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖。就計算機技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機型，它是采用計算機技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。(3) 研制與發(fā)展 國產(chǎn)大型直流提升機及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用。如西門子公司采用兩套可編程序控制器(PLC)的雙重控制與保護系統(tǒng)。在罐籠提升時可實現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力。e 由于機械特性好，故起動轉(zhuǎn)矩大。其缺點在于:功率因數(shù)低。礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對提升機工作特性的認識進一步深化，提升設(shè)備及拖動控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中。提升機的電力傳動特性復(fù)雜，電動機頻繁正反向，經(jīng)常處于過負荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。提升機的動態(tài)監(jiān)測由工控機或觸摸屏和組態(tài)軟件組成。主控計算機應(yīng)用軟件能完成提升機自動、半自動、手動等各種運動方式的控制要求。主回路采用兩組三相橋組成12脈動順抗整流，大大提高了功率因數(shù)。自80年代初以來，交流變頻供電的同步機拖動異軍突起，在大型提升機中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟均優(yōu)的拖動方式。(3)微機控制在提升機上的應(yīng)用從70年代開始，隨著微機技術(shù)的發(fā)展，微機控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提升機中。其目的在于使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數(shù)進行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。極少數(shù)提升機采用串級調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。而且這種控制方式存在著很多的問題:(1) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。 采用先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標準化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。 圖a 圖b圖c圖d 圖21 提升機傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖提升機的負載靜力FL決定于提升機滾筒承