【文章內(nèi)容簡介】 ．為了使離合器打開時能制動住游動滾筒、 制動器在一個滾筒上的制動力矩，不得小于該滾筒懸掛提升容器和鋼絲繩重力所產(chǎn)生的力矩的 倍； ③在同一制動力矩作用下 ,安全制動時，上提及下放貨載。其減速度是不同的。在立井和傾斜巷道中使用的提升機，安全制動時，全部機械的減速度必須符合下表的規(guī)定； ④對于摩擦式提升機工作制動或安全制動的減速度、不得超過鋼絲繩的滑動極限。即不引起鋼繩打滑； ⑤安全制動必須能自動、迅速和可靠地實現(xiàn)，制動器的空動時間 (由安全保護回路斷電時起到閘瓦接觸到閘輪上的時間 )氣壓塊閘不得超過 秒．液壓塊閘不得超過 秒，盤式制動器不得超 過 秒。 制動裝置的有關(guān)規(guī)定 （一）《煤礦安全規(guī)程》第 428 條規(guī)定：提升絞車必須裝設(shè)深度指示器 ,開始減速時能自動示警與不離開座位即能操縱的常用閘和保險閘，保險閘必須能自動發(fā)生制動作用。 常用閘和保險閘共用 1 套閘瓦制動時，操縱和控制機構(gòu)必須分開。雙滾筒提升絞車的 2 套閘瓦的傳動裝置必須分開。 對具有 2 套閘瓦只有 1 套傳動裝置的雙滾筒絞車，應(yīng)改為每個滾筒各自有其控制機構(gòu)的彈簧閘。 提升絞車除設(shè)有機械制動閘外，還應(yīng)設(shè)有電氣制動裝置。 嚴禁司機離開工作崗位、擅自調(diào)整制動閘。 （二）《煤礦安全規(guī)程》第 429 條規(guī)定：保險閘必須采用配重式或彈簧式的制動裝置，除可由司機操縱外，還必須能自動抱閘，并同時自動切斷提升裝置電源。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機械制動裝置。保險閘或保險閘第一級由保護回路斷電時起至閘瓦接觸到閘輪上的空動時間：壓縮空氣驅(qū)動閘瓦式制動閘不得超過 ，儲能液壓驅(qū)動閘瓦式制動閘不得超過 ，盤式制動閘不得超過 。盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙應(yīng)不大于 2mm。保險閘施閘時，杠桿和閘瓦不得發(fā)生顯著的彈性擺動。 （三）提升絞車的常用閘和保險閘制動時，所產(chǎn)生的力矩與實際提升最大靜載荷旋轉(zhuǎn)力矩之 比不得小于 3。在調(diào)整雙卷筒提升絞車卷筒旋轉(zhuǎn)的相對位置時（此時游動卷筒與主軸脫離連接），制動裝置在各滾筒閘輪上所發(fā)生的力矩，不得小于該滾筒所懸重量（鋼絲繩重量與提升容量重量之和）形成的旋轉(zhuǎn)力矩的 倍。在立井和傾角大于 30176。的傾斜井巷，提升裝置的保險閘發(fā)生作用時，減速度必須符合：下放重載時，不得小于 。 礦井提升機的安全保護裝置 《煤礦安全規(guī)程》第 427 條規(guī)定：提升機必須具有以下九種安全保護裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過負荷和欠電壓保護裝置、限速裝置、深度指示器失效保護裝置、閘間隙 保護裝置、松繩保護裝置、滿倉保護裝置、減速功能保護裝置。 防止過卷裝置：當提升容器超過正常終端停止位置（或出車平臺） 時，必須能自動斷電，并能使保險閘發(fā)生制動作用。比正常停車位置低 時為下過卷，下過卷時也要進行保護動作。 防止過速裝置：當提升速度超過最大速度 15%時，必須能自動停電，并能使保險閘發(fā)生作用。 過負荷和欠電壓保護裝置：在提升機的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和欠電壓保護裝置，在過負荷或欠電壓情況下使配電開關(guān)自動跳閘，切斷提升電動機電源，并使保險閘發(fā)生作用。 限速裝置：提升速度超 過 3m/s 的提升絞車必須裝設(shè)限速裝置，以保畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 證提升容器（或平衡錘）到達終端位置時的速度不超過 2m/s。如果限速裝置為凸輪板，其在１個提升行程內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)不小于 270176。 深度指示器失效保護裝置：當指示器失效時，能自動停電并能使保險閘發(fā)生作用。 閘間隙保護裝置：當閘間隙超過規(guī)定值時，能自動報警或自動斷電。 松繩保護裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護裝置并接入安全回路和報警回路，在鋼絲繩松弛時能自動斷電并報警?；诽嵘龝r，送繩保護裝置動作后，嚴禁受煤倉放煤。 滿倉保護裝置：箕斗提升的井口煤倉倉 滿時能自動報警和自動斷電。 減速功能保護裝置：當提升容器（或平衡錘）達到設(shè)計減速位置時，能示警開始減速。 防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置、減速功能保護裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨立的雙線型式。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 4 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)實現(xiàn) 引言 經(jīng)過分析比較，權(quán)衡各種控制方案的優(yōu)劣，結(jié)合提升機調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負載特性，最終選擇 PLC 與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速方案，其變頻控制方式為：矢量變頻調(diào)速控制。 此方案能夠很好解決傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來 達到電機調(diào)速的目的，無論轉(zhuǎn)速高低，其機械特性基本上與自然機械特性平行，能夠滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果；采用 PLC 對提升系統(tǒng)進行保護和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。 提升機電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 基于 PLC 控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖 所示。各部分功能如下：動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務(wù)。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力 ； 液壓站：為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機械制動力，再取消直流制動力；提升機起動時，先對電機施加直流制動，再松開機械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，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。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 操作臺：操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。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。 控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理： 如圖 ，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想， AC380V 三相動力電源由隔爆接線腔 R,S,T 3 個接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，大功率變頻（ SB61G110KW）可以將工頻三相交流電經(jīng)過交 — 直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U,V,W 來驅(qū)動電機的運行。變頻器輸出頻 率的變化，將導致電動機的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。 在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定 S 形速度曲線由 PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進行控制。 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行走距離。操作人員通過操作臺向 PLC發(fā)送控制提升機運行的控制命令?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與 PLC的通信， 將電動機的所有運行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進行時時監(jiān)控。為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)框圖 提升機電控系統(tǒng)變頻器選擇 本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：日本三菱公司的可編程控制器 FX2N80MR 和變頻器各一臺。變頻器選用森蘭公司的通用變頻器系列 SB61G110KW 通用變頻器，功率為 110kW。 根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由 PLC 輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻 率，實現(xiàn)電機速度控制。本系統(tǒng)中調(diào)速采用 PLC+D/A 模塊配合變頻器進行，通過 PLC 輸出電壓信號 (0～ 10V)來控制變頻器的頻率。此時的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。 為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)取出變頻器的異常信號送到 PLC 的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號及安全制動。 為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過載能力畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 等方面滿足系統(tǒng)的要求，選用冶金起重專用變頻電動機。變頻電動機的電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和絕緣系統(tǒng)設(shè)計既考慮了對變頻器電源供電和寬范圍變頻調(diào)速的適應(yīng)能力，又體現(xiàn)了 冶金及起重專用三相異步電動機過載能力大、機械強度高的特點。與變頻調(diào)速良好的起、制動功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時間或斷續(xù)周期運行、頻繁啟動和制動的場合，既能保證電動機在高頻時的過載能力，又能在低頻時保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。 變頻控制部分設(shè)計 變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計 變頻調(diào)速單元采用森蘭 SB61 系列 SB61G110KW 通用變頻器，其變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖 所示。與標準的電壓 — 頻率控制裝置相比較，在速度參數(shù)和負載轉(zhuǎn)矩都改變的情況下， VVCPLus 的動態(tài)和穩(wěn)定性較優(yōu)越，可實現(xiàn)一個全數(shù)字化的保護， 即使在最惡劣的操作條件下，也可確?？煽窟\行。 SB61G110KW 具有國際領(lǐng)先的無速度傳感器矢量控制技術(shù)和擬超導技術(shù)，使電機低速時機械特性變硬。同時具有短路、接地和過載保護功能。 圖 SB61G110 電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路 調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能和原理： ①空氣斷路器：過流過載保護； 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 ②交流接觸器：切斷電源和啟動； ③交流電抗器 La：降低諧波，抑制浪涌電壓，改善功率因數(shù)； ④噪聲濾波 LB：減小變頻器產(chǎn)生的無線電干擾； ⑤電抗器 LA：用于抑制變頻器的輻射干擾和感應(yīng)干擾，抑制電動機的振動 ⑥ 熱繼電器 FR：斷相保護，過載保護； 提升電動機選擇 一般電動機的額定電流可以用如下公式計算，即： 根據(jù)上述公式對一般三相交流異步電動機的額定電流計算得出：異步電動機的額定電流與電動機額定功率的關(guān)系為：如果 U＝ 380V，電流大約為 1kW 是 2A。因此．在選擇電動機的保護元件時可以用 1kw2A 來估算電動機的額定電流值，從而達到快速選擇保護元件的目的。 本調(diào)速系統(tǒng)所選電動機為： QABP 系列三相異步變頻調(diào)速電動機。此系列的電機屬于防爆電機，防爆電機與普通電機的區(qū)別是運行時沒有火花產(chǎn)生，適合礦井的應(yīng)用場合 。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 所示： 表 8 極電機技術(shù)參數(shù)（ 50HZ 同步轉(zhuǎn)速 750r/min） 型號 標稱功率 /A 額定電流 /A 額定轉(zhuǎn)矩 /Ngm 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 功率因數(shù) 最大轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩 倍 轉(zhuǎn)動慣量/Kgg 2m 315M8A 75 148 955 741 變頻器的容量選擇 在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機 的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 機功率大于當前該電動機的功率。另外礦用提升機屬于頻繁起動、加減速運轉(zhuǎn)，其變頻器容量的選定應(yīng)根據(jù)加速、恒速、減速等各種運行狀態(tài)下的電流值，按下式確定： 式中 1CNI ：變頻器額定輸出電流 (A)； 1 2 5I I I、 … ：各運行狀態(tài)平均電流 (A)； 12ttt … ：各運行狀態(tài)下的時間 ； K0：安全系數(shù) (運行頻繁時取 ，其它條件下為 )。 考慮到礦用電機性能上的差異及機械負載的波動，變頻器容量取電動機容量的 倍，本系統(tǒng)中所需電動機的軸上功率為 75KW，按 倍容量就選擇 105KW 以上變頻器。 變頻器的選擇 絞車升降的運轉(zhuǎn)具有較大慣性，四象限運行的特點，與其他傳動機械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求， SB61G 系列通用變頻器是專為起重類負載而設(shè)計的專用變頻器，該系列產(chǎn)品采用了最優(yōu)的電機控制方法 — 矢量控制技術(shù)，它可以對所有交流電動機的核心變量進行控制，并把定子磁 通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。其對負載的變化和瞬時掉電，能做出迅速響應(yīng)；開環(huán)控制精度可以達到閉環(huán)矢量控制的精度（誤差 %～ %），開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時間小于 5 ms，起動轉(zhuǎn)矩可達 200%，并具有有效的磁通制動來提供最大可能的制動力矩。尤其它還提供了絞車應(yīng)用宏程序，可以實現(xiàn)絞車過載保護、過卷保護、超速保護和各種故障監(jiān)控及報警，模塊化功能可方便實現(xiàn)施工現(xiàn)場多臺絞車同步控制，確保使用時安全快速運行、故障處理容易、維護簡單。 根據(jù)變頻器所需容量，查變頻器型號規(guī)格：選擇森蘭 SB61G110KW通用型變頻器。其標稱參 數(shù)如表 所示： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 表 森蘭 SB61G110KW 通用型變頻器的參數(shù) 型號 電壓 容量 電流 功率 SB6