【正文】 這次實(shí)踐，讓我覺得獲益匪淺，對(duì)我的課題有很大幫助。盡量縮短模擬量I/O信號(hào)線的長(zhǎng)度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運(yùn)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(cè)子程序速度檢測(cè)采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器雙線輸入。2) 提升機(jī)行程(PLC)控制方式通過井筒開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)提升行程。表41 輸入點(diǎn)地址編碼名 稱地址編碼名 稱地址編碼電機(jī)A軸編碼器（速度）X0半自動(dòng)X24電機(jī)B軸編碼器（速度）X1主系統(tǒng)X25電機(jī)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(yàn)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(dòng)X22半自動(dòng)運(yùn)行X43自動(dòng)X23深度清零X44語(yǔ)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(yàn)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(diǎn)X71緊閘開關(guān)X54井筒下減速點(diǎn)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(diǎn)X62FX2NB1系列PLC的控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)及地址編號(hào)如表42所示。Q4AR系列為雙機(jī)熱備系列，最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為8192點(diǎn)。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用E2PROM存儲(chǔ)，一般PLC的平均無故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上。31變頻調(diào)速主控電路圖聲光報(bào)警回路：變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)30B30C串聯(lián)在KM1的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時(shí)，報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。同時(shí)，對(duì)于原來采用變頻器的改造項(xiàng)目，變頻器的容量選擇也不能以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)。制動(dòng)運(yùn)行的方式:對(duì)于不經(jīng)常制動(dòng)的設(shè)備可以選擇變頻器+制動(dòng)單元+制動(dòng)電阻的方式。但是其控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴于電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識(shí)、參數(shù)補(bǔ)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(jìng)爭(zhēng)，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號(hào)到PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時(shí)候才可以松閘，這樣會(huì)避免豎井提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生溜車現(xiàn)象。傳統(tǒng)的串電阻交流拖動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，占地面積小，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠?jī)r(jià)格低廉，設(shè)備供貨容易，當(dāng)用于要求頻繁啟動(dòng)或不同運(yùn)行速度的多水平提升機(jī)時(shí)就更為不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)可以利用PLC的高速計(jì)數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、故障檢測(cè)及診斷功能、信號(hào)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(yùn)行將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對(duì)較少，性價(jià)比較高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)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(yùn)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(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及礦山生產(chǎn)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下:(1) 加(減)速度符合國(guó)家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。本文從解決實(shí)際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)速方案進(jìn)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(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。上述問題使提升機(jī)運(yùn)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(jī)控制的800kW直流電控設(shè)備。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采用兩臺(tái)PC微機(jī)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(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)177。b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行和降低了運(yùn)行消耗。調(diào)速平滑，精度高。對(duì)應(yīng)提升機(jī)來說運(yùn)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(yùn)送人員的副井，一旦發(fā)生故障往往造成機(jī)毀人亡。同時(shí)能檢測(cè)各電機(jī)故障現(xiàn)象并送往上位機(jī)顯示。第1章 緒 論礦井提升機(jī)是機(jī)、電、液一體化的大型機(jī)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(yùn)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(yùn)的l。由于微機(jī)功能強(qiáng)，使用靈活，運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。b 二次不能開車，如電機(jī)繞組過熱、制動(dòng)油過熱等。b 上海冶金礦山機(jī)械廠主要生產(chǎn)主機(jī)及信號(hào)系統(tǒng)，已生產(chǎn)80 多臺(tái)提升機(jī)，1979 年生產(chǎn)過一臺(tái)低速直聯(lián)落地式提升機(jī)。(4) 交流繞線異步電動(dòng)機(jī)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(jì)。從圖21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Te可能為正，也可能為負(fù)。 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 控制單元基本原理我國(guó)提升機(jī)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(diǎn)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?yàn)槠渚哂懈呖煽啃砸约败浖删幊痰膬?yōu)點(diǎn)，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(yùn)行的要求。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通過該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。完全避免了重載坡起時(shí)溜車的現(xiàn)象。但是采用此法的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)差頻率控制未能實(shí)施對(duì)電機(jī)瞬時(shí)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(duì)響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。提升機(jī)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(guó)的西門子及丹麥的丹佛斯等。由于同容量電動(dòng)機(jī)，其極數(shù)不同，電動(dòng)機(jī)額定電流不同。還可以將多臺(tái)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(dòng)單元與制動(dòng)電阻，當(dāng)制動(dòng)功率大時(shí)由制動(dòng)電阻消耗能量。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點(diǎn)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(gè)系列的PLC為模塊型。輸出信號(hào)，通過中間繼電器轉(zhuǎn)接來控制執(zhí)行對(duì)象。為了提高提升機(jī)運(yùn)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(dòng)控制功能為:a 電機(jī)變頻調(diào)速控制；b 制動(dòng)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(hù)、安全制動(dòng)。溜車保護(hù)功能，當(dāng)提升機(jī)無運(yùn)行指令而有運(yùn)行速度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。此時(shí)FWD與CM相連，電機(jī)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(jí)的信號(hào)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(jǐn)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?cè)谖易稣撐氖墙o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(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。根據(jù)要求，此系統(tǒng)能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過操作臺(tái)或人機(jī)界面來設(shè)置提升機(jī)的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且各環(huán)節(jié)故障信息可以在操作臺(tái)或人機(jī)界面上反映出來，以用來提示用戶。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，按下工頻按鈕，使KM2斷開，KM3閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。PLC根據(jù)運(yùn)行方式對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)S形速度給定控制，實(shí)現(xiàn)箕斗運(yùn)行速度的準(zhǔn)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(hù)接點(diǎn):過卷保護(hù)、主電源失壓、制動(dòng)油過壓、后備保護(hù)、變頻故障、操作臺(tái)急停信號(hào)、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號(hào)、深指失效、松閘保護(hù)、錯(cuò)向保護(hù)、編碼器失效、PLC故障、溜車故障。 程序設(shè)計(jì)(1) 軟件結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)控制核心主要由PCL和上位機(jī)組成，因此，軟件包括PLC控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件。 表44 輸出點(diǎn)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(hào)及地址編號(hào)如表45所示。三菱小型FX2N系列程控器的輸入輸出點(diǎn)最大不超過256點(diǎn)。(3) 編程方便易學(xué)。與此同時(shí)，斷電器KA1得電，其觸點(diǎn)將聲光報(bào)警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報(bào)警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1停為止，報(bào)警才能解除。變頻器與電動(dòng)機(jī)的匹配主要是電動(dòng)機(jī)的額定電壓及電流，如果電動(dòng)機(jī)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(jí)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(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時(shí)間降至最少，具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。第二個(gè)階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的控制，通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動(dòng)機(jī)定子電流分解成磁場(chǎng)定向坐標(biāo)的磁場(chǎng)電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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?dòng)機(jī)。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制功能。綜上原因，交流拖動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)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(dòng)系統(tǒng)一般采用他勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段運(yùn)行穩(wěn)定，在加速，減速和低速運(yùn)行時(shí)的電耗小，直流拖動(dòng)系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GM系統(tǒng))，一類是晶閘管供電的系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱VM系統(tǒng))。(4) 系統(tǒng)安全保護(hù)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(yùn)行參數(shù)顯示功能.(5) 調(diào)速性能差，機(jī)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(yùn)行方式及提升階段(加速、減速、等速、爬行等)(3) 有較好的起動(dòng)性能。第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)對(duì)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)工藝的要求速度圖。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)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(guó)產(chǎn)大型直流提升機(jī)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(hù)系統(tǒng)。在罐籠提升時(shí)可實(shí)現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力。e 由于機(jī)械特性好，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。其缺點(diǎn)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(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對(duì)提升機(jī)工作特性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動(dòng)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(jī)的電力傳動(dòng)特性復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)、制動(dòng)不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。提升機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)由工控機(jī)或觸摸屏和組態(tài)軟件組成。主控計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等各種運(yùn)動(dòng)方式的控制要求。主回路采用兩組三相橋組成12脈動(dòng)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(jī)拖動(dòng)異軍突起，在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動(dòng)方式。(3)微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用從70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)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(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。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。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(fèi)。 采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)電控設(shè)備是進(jìn)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(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)給定速度圖、力圖提升機(jī)的負(fù)載靜力FL決定于提升機(jī)滾筒承