【文章內(nèi)容簡介】 路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設(shè)計，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接 驅(qū)動交流電動機(jī)，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。以 6 單元串聯(lián)為例。整套變頻器共有 18 個功率單元，每相由 6 臺功率單元相串聯(lián)，并組成 Y 形連接，直接驅(qū)動電機(jī)。每臺功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。 變頻器的輸入部分是一臺移相變壓器，原邊 Y 形連接，副邊采用沿邊三角形連接，共 18 副三相繞組，分別為每臺功率單元供電。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有 6 副三相小繞組，之間均勻相位移 10 度。 該變頻器的特點(diǎn)如下： ① 整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達(dá) 36，功率因數(shù)高，輸入諧波小。 ② 模 塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。 ③ 直接高壓輸出，無需輸出變壓器。 ④ 極低的 dv/dt 輸出，無需任何形式的濾波器。 ⑤ 采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。 ⑥ 功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機(jī)功能。 核心關(guān)鍵技術(shù)： SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 (1)正弦波技術(shù)：高壓電機(jī)對 變頻器 的輸出電壓波形有嚴(yán)格的要求，是業(yè)內(nèi)人士都知道的常識。解 決 變頻器 輸出電壓波形，從兩方面著手 :一是優(yōu)化 PWM 波形 。二是研制出特種濾波器。 (2)抗共模電壓技術(shù)。僅解決 IGBT 的串聯(lián)，并不能甩掉輸入 變壓器 。原因在于共模電壓的存在。在低壓 變頻器 領(lǐng)域，近年來發(fā)現(xiàn)的電機(jī)軸承損壞，共模電壓就是影響之一，在高壓 變頻器 的領(lǐng)域中，共模電壓更是必須解決的關(guān)鍵問題之一。共模電壓 (也叫零序電壓 )，是指電動機(jī)定子繞 組的中心點(diǎn)和地之間的電壓。 共模電壓也是對外產(chǎn)生干擾的原因，特別是長線傳輸設(shè)備。無論是電流源還是電壓源 變頻器 產(chǎn)生共模電壓是必然的。技術(shù)人員根據(jù)共模電壓產(chǎn)生的機(jī)理，采取了“堵和疏”的辦法將共模電壓消滅在 變頻器 內(nèi)部。 由于采用了上述三項(xiàng)核心關(guān)鍵 技術(shù)，使 IGBT 直接高壓 變頻器 的效率達(dá)到 98%以上。輸出電壓正弦化、共模電壓最小化。適用于任何異步電機(jī)、同步電機(jī)，無需降容使用，幾千米的長線傳輸也無問題。對于傳輸距離太長時應(yīng)考慮線路電壓補(bǔ)償。如提高電壓或增大導(dǎo)線截面等。 該系統(tǒng)特點(diǎn)為： （ 1）電壓等級為 3kV10kV。 （ 2）系統(tǒng)自帶專門設(shè)計的高壓開關(guān)柜，與本身高壓 變頻器 高效安全配套，并含 有 變 /工頻切換裝置和電子式真空斷路器。 （ 3）全中文操作界面，基于 Windows 操作平臺 ，便于就地 監(jiān)控 、設(shè)定參數(shù)、選擇功能和調(diào)試。 （ 4）高壓主電路與低壓 控制 電路采用光纖傳輸，安全隔離，使得系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。 （ 5） 控制 電路通訊方式采用全數(shù)字化通訊。 （ 6）系統(tǒng)的整流單元、逆變單元設(shè)計，選用組合模塊化積木結(jié)構(gòu)， 整機(jī)占地面積小、重量輕，便于安裝、維護(hù)。 （ 7）裝置可在本機(jī)上操作，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇。 （ 8）系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)通訊接口 RS232 或 RS42 RS485，可方SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 便的與用戶 DCS 系統(tǒng)或工控系統(tǒng)組態(tài)建立整個系統(tǒng)的工作站，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的 自動化 控制 程度，實(shí)現(xiàn)整個工控系統(tǒng)的全閉環(huán) 監(jiān)控 ，從而獲得更加完善的、 可靠 自動化 運(yùn)行。 （ 10）具備全面的故障監(jiān)測、可靠的故障 報警 保護(hù)功能。 （ 11）輸入功率因 數(shù)高，輸出電壓諧波含量小，無需功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波抑制器。 （ 11）輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波形，對電纜和電動機(jī)的絕緣無損害，減輕電動機(jī)的軸承和葉片等機(jī)械部分震動和磨損，延長電動機(jī)的使用壽命，輸出至電動機(jī)的線纜長度可達(dá) 20km。 （ 12）采用獨(dú)特的抗共模電壓技術(shù)，使系統(tǒng)中共模電壓≤ 1000V，無需再提高電動機(jī)的絕緣等級，無需專用電機(jī)。 167。 變頻調(diào)速主電路設(shè)計 變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源， 在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，本系統(tǒng)中通過 PLC 輸出電壓信號 (0～ 12 V)來控制變頻器的 頻率。 另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報警輸出口及制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報警和安全制動，更有效的對控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，變頻調(diào)速主控電路如圖 231 所示。 變頻器報警輸出的動斷（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，報警輸出的常閉觸點(diǎn)動作，使KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。為了保護(hù)報警輸出的觸點(diǎn)，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即 RC 震蕩電路）。同時（常開）觸點(diǎn) “ 30B30A”閉合，將報警指示燈 HL 和電笛 HA 接通，進(jìn)行聲光報警。與 此同時，斷電器 KA1 得電，其觸點(diǎn)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 為止，報警才能解除。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 231 變頻調(diào)速主控電路 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 第 3 章 基于 PLC 控制的大功率礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 167。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)概述 基于 PLC 控制的大功率礦井提升機(jī)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)原理框圖如圖 311所示。各部分功能如下： 311 立井提升機(jī)高壓變頻控制示意圖 動力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物、料的運(yùn)輸任務(wù)。主電機(jī)通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力。 液壓站：為提升機(jī)提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動力，再取消直流制動力；提升機(jī)起動時，先對電機(jī)施加直流制動，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 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(jī)，以達(dá)到控制交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 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(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)對提升機(jī)啟動、加速、平穩(wěn)運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)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)。 控制系統(tǒng)工作原理 ： 當(dāng)井口或井底通過信號通信電 路發(fā)出開車信號后，開車條件具備。司機(jī)將制動手柄向前推離緊閘位置 ， PLC 控制 器 將高壓動力電源接入變頻器。再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向 （或反向），提升機(jī)開始運(yùn)行。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定S 形速度曲線由 PLC 編程產(chǎn)生，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量 ， 并 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(jìn)行控制。 利用旋轉(zhuǎn)編碼器將提升機(jī)的運(yùn)行位置轉(zhuǎn)化為脈沖，plc 對此脈沖進(jìn)行高速計數(shù)，通過相應(yīng)的計算自動生成提升機(jī)位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，傳送到 PLC 內(nèi)部 S 計數(shù)器的存儲單元。 PLC 通過該信號可以累計計算提升機(jī)的速度及行走距離，根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行的狀況和距離 加以控制，完成煤礦的運(yùn)行。 167。 PLC 控制系統(tǒng) 介紹 可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)通常也簡稱為可編程控制器 ,英文縮寫為 PC或 PLC,是以微處理器為基礎(chǔ) ,綜合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護(hù)方便等優(yōu)SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力更是得到用戶的好評。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計算機(jī)信息處理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重 要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、能源、化工、交通、電力等行業(yè)，并已躍居現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CMA）的首位。 由于工業(yè)控制現(xiàn)場被控對象的多樣性和復(fù)雜性，可編程序控制器的使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行工作的連續(xù)長期性，使得可編程序控制器在設(shè)計、結(jié)構(gòu)上具有許多其他控制器無法比擬的特點(diǎn)。 ，抗干擾能力強(qiáng) 這是 PLC 用戶關(guān)心的首要問題。為了滿足 PLC 專在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的要求， PLC 采用了如下硬件和軟件措施： （ 1）光電耦合隔離和 RC 濾波器，有效的防止了各類電磁干擾信號的進(jìn) 入。 （ 2）采用內(nèi)部電磁屏蔽，防止輻射干擾。 （ 3）采用優(yōu)良的開關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。 （ 4）具有良好的自診斷功能?？梢詫?CPU 等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測，一旦出錯，立即報警。 （ 5）程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進(jìn)行備份，一旦電源斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會丟失。 （ 6）采用了冗余技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)可編程序控制器的可靠性。對于某些大型的 PLC，采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)。 （ 7）對采用的器件都進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化處理，排除了因器件可靠問題而造成的故障。 隨著構(gòu)成 PLC 的元器件自身性能的 提高， PLC 整體的可靠性也在相應(yīng)提高。一般 PLC 的平均無故障時間可達(dá)到幾萬小時以上。某些 PLC 的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)的可編程序控制器不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷删幊绦蚩刂破鬟@一指標(biāo)已毫無意義了。經(jīng)過大量實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)PLC 系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障，大多是由于 PLC 的外部開關(guān)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)引起的，而不是 PLC 自身的問題產(chǎn)生的。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 ，使用方便 現(xiàn)在的 PLC 產(chǎn)品都已系列化了， PLC 配備有各種各樣，種類齊全的 I/O模塊和配套部件用戶選用，可以很方便地搭建成可滿足不同控制要求的控制系統(tǒng) ,用戶不再 需要自己設(shè)計和制作相應(yīng)的硬件裝置。在確定了 PLC 的硬件配置和 I/O 外部接線后，用戶所做的工作只是程序設(shè)計而已。 3．程序設(shè)計簡單，易學(xué)易懂 PLC 是一種工業(yè)自動化控制裝置，其主要的使用對象是廣大電氣技術(shù)人員。 PLC 生產(chǎn)廠家大都根據(jù)這種實(shí)際情況，一般不采用微機(jī)所用的編程語言，而采用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語言，工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和使用這種語言十分方便。 4．采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O 通道 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來。系統(tǒng)的功能 和規(guī)模可根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行組合，這樣便可滿足用戶要求的合理的性能價格比。 5．系統(tǒng)設(shè)計周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅是依據(jù)對象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，如同吃飯從菜單中點(diǎn)菜一樣方便，這就大大縮短了整個設(shè)計所花費(fèi)的時間，加快了整個工程設(shè)計的進(jìn)度。 6．安裝簡便、調(diào)試方便、 維護(hù)工作量小 可編程序控制器一般不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端子相連，系統(tǒng)便可以投入運(yùn)行，安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)小得多。 PLC 軟件的設(shè)計和調(diào)試大都可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行， 用模擬實(shí)驗(yàn)開關(guān)代替輸入信號，其輸出狀態(tài)可以觀察 PLC 上的相應(yīng)發(fā)光二極管顯示，也可以另接輸出模擬實(shí)驗(yàn)板。模擬調(diào)試完成后，再將本身故障率很低，又有完善的自診斷能力和顯示功能，一旦發(fā)生故障可以根據(jù) PLC 上發(fā)光二極管或編程器提供的信息，迅速查明原因或直接找到發(fā)生故障的外圍設(shè)備。如果是 PLC 本身故障，則可用更換模塊的方法迅速排除故障。這樣既提高了維護(hù)的工作效率，使故障造成的對工業(yè)生產(chǎn)的影響降低到最低程度，也保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 PLC 是以微處理器為核心，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、 通用的自動控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面得到了廣泛應(yīng)用。 近年來，隨著微處理器芯片及其有關(guān)元器件的價格大幅度下降，使得PLC 成本也隨之下降。與此同時， PLC 的性能卻在不斷完善，功能也在增多增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸拓寬，使 PLC 的應(yīng)用已由早期的開關(guān)邏輯到現(xiàn)在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。根據(jù) PLC 的特點(diǎn)，可以將應(yīng)用形式歸納為如下幾種類型： 這是 PLC 的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 PLC 具有較強(qiáng)的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各 種開關(guān)量從簡單到復(fù)雜的邏輯控制。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，除必不可少的開關(guān)量和數(shù)字量外，還有許多連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、液位等都是模擬量。而 PLC所處理的量為數(shù)字量，為了能接受模擬量輸入和輸出模擬量信號， PLC 配置有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，現(xiàn)將現(xiàn)場的溫度、壓力等模擬量經(jīng)過 A/D 模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入微處理器進(jìn)行處理，微處理器處理過的數(shù)字量，又經(jīng)D/A 模塊轉(zhuǎn)換為