【文章內(nèi)容簡介】 視控制系統(tǒng)，通過顯示器對整個提升系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。 本論文承擔(dān)的主要任務(wù)如下： 1．提升機(jī)電控系統(tǒng)主電路部分 結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況，分析提升機(jī)工作過程及工作特點(diǎn)。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(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成。確定各部分所要完成的控制功能，并給出控制電路連接電路圖，分析其功能的實(shí)現(xiàn)。并采取一些提高系統(tǒng)安全運(yùn)行和抗 干擾能力的措施。 2．控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分 可編程控制器 PLC 有強(qiáng)大的可編程控制功能，它是編程軟件 STEP— 7 來完成的。對于復(fù)雜的礦山提升機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)采用 PLC 控制，在本文中設(shè)計(jì)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及控制程序編程語言。提升機(jī)系統(tǒng)是一個對安全性要求極高的控制單元，所以在軟件設(shè)計(jì)部分應(yīng)有對其系統(tǒng)的故障診斷處理內(nèi)容，在出現(xiàn)故障時應(yīng)能及時報警或停車。 3．提升機(jī)速度給定方式分析 由于礦山生產(chǎn)過程中，提升機(jī)所承受的載荷不同、提升的方式及提升行程不同，提升機(jī)的牽引力也就不同，應(yīng)對其 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，提升速度也應(yīng)能及時進(jìn)行控制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將在較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生極大的累計(jì)誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)的巨大波動，造成過載或松繩等，甚至導(dǎo)致礦車脫軌或過卷等重大事故，而造成巨大的損失。所以要尋求一種控制方法來提高控制精度。在實(shí)際中經(jīng)常采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速因其為有級調(diào)速，調(diào)速平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 不連續(xù)，且對電網(wǎng)沖擊大。所以尋求一種理想的速度給定方式極為重要，以求能夠提高電控系統(tǒng)控制性能，改善控制品質(zhì)。 4．保護(hù)及抗干擾措施 傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差，其安全保護(hù)、閉鎖及監(jiān)測系統(tǒng)不完善，均為單線系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)， 多數(shù)共用一套線路，互相影響。本文針對制約提升安全的主要環(huán)節(jié)設(shè)置減速、超速報警及過載、松繩、過卷等安全保護(hù)措施，增加監(jiān)視系統(tǒng)，對提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障來源進(jìn)行時時監(jiān)視，使提升安全狀況有所改善。 為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。安全回路應(yīng)具有雙重冗余功能。 第 2 章 礦 井提升機(jī)的 組 成及分 類 礦井提升機(jī)的組成及分類 礦井提升機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動。 礦井提升機(jī)按提升鋼 絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)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。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在 120 萬噸以下、井深小于 400 米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī) （機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn) 120 萬噸以上、井深小于 2100 米的豎井大多采用這種提升機(jī) 。 （一）纏繞式提升機(jī)： 纏繞式提升機(jī)的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 和制動器等（圖 2）。雙卷筒提升機(jī)的卷筒與主軸固接者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào)繩離合器與主軸相連者稱活動卷筒。中 國制造的卷筒直徑為 2～ 5m。隨著礦井深度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應(yīng)增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。 根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種： ① 單卷筒提升機(jī)，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。 ② 雙卷筒提升機(jī)，作雙鉤提升（圖1）。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上 ,分別從卷筒上、下方引出 ,卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機(jī)按卷筒的外形又分為等直 徑提升機(jī)和變直徑提升機(jī)兩種。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價格低，得到普遍應(yīng)用。深井提升時，由于兩側(cè)鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。早期采用變直徑提升機(jī)（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。 提升機(jī)在超深井運(yùn)行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。 20 世紀(jì) 50 年代末，英國人布雷爾（ Blair）設(shè)計(jì)了一臺直徑 (又稱布雷爾式提升機(jī) )，提升高度 1580～ 2349m，一次提升量 10～ 20t。 （二 ）摩擦式提升機(jī) 多繩摩擦式提升機(jī)的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、 深度指示器、制動裝置及導(dǎo)向輪等。主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應(yīng)具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能 ,其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機(jī)的生產(chǎn)能力、工作安全性及應(yīng)用范圍。目前使用較多的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時深度指示器偏離零位，故應(yīng)設(shè)自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動，可 采用彈簧機(jī)座減速器。 機(jī)房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，造價高，并不宜用于地震區(qū)（圖 3）。 機(jī)房直接設(shè)在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點(diǎn)是鋼平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多 ,影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命（圖 4）。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 第 3 章 礦 井提升機(jī)的制 動 裝置及安全裝置 礦井提升機(jī)的制動裝置 制動裝置的組成及種類 提升機(jī)制動系統(tǒng)是提升機(jī)重要組成部分，它直接關(guān)系到提升機(jī)設(shè)備得安全運(yùn)行，它由制動器（閘）和傳動裝置組成。制動器直接作用到制動力矩的機(jī)構(gòu)、傳動裝置是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的機(jī)構(gòu)。制動器按其結(jié)構(gòu)可分為塊閘 (角移式和平移式 )和盤問；傳動裝置按傳動能源可分為液壓、氣動及彈簧等。 制動裝置的作用 （ 1）在提升終了或提升機(jī)不工作時，可靠的閘住提升機(jī) —— 停車制動； （ 2）減速階段參與提升機(jī)的速度控制 —— 工作制動； （ 3）作為安全機(jī)構(gòu)，發(fā)生緊急事故時，進(jìn)行安全制動，對提升系統(tǒng)進(jìn)行保 護(hù) —— 緊急制動； （ 4）雙卷筒提升機(jī)動作調(diào)繩離合器時，應(yīng)能閘住活卷筒，動作死卷筒。 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(jī)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(jī)構(gòu)的彈簧閘。 提升絞車除設(shè)有機(jī)械制動閘外，還應(yīng)設(shè)有電氣制 動裝置。 嚴(yán)禁司機(jī)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(jī)操縱外，還必須能自動抱閘，并同時自動切斷提升裝置電源。 常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機(jī)械制動裝置。 保險閘或保險閘第一級由保護(hù)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)平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 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(shí)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(jī)的安全保護(hù)裝置 《煤礦安全規(guī)程》第 427 條規(guī)定：提升機(jī)必須具有以下九種安全保護(hù)裝置： 防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、深度指示器失效保護(hù)裝置、閘間隙保護(hù)裝置、松繩保護(hù)裝置、滿倉保護(hù)裝置、減速功能保護(hù)裝置 防止過卷裝置：當(dāng)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。 防止過速裝置：當(dāng)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(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：在提升機(jī)的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和欠電壓保護(hù)裝置，在過負(fù)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(jī)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，以保證提升容器（或平衡錘）到達(dá)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(hù)裝置：當(dāng)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(hù)裝置：當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時，能自動報警或自動斷電。 松繩保護(hù)裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護(hù)裝置并接入安全回路和報警回路，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 在鋼絲繩松弛時能自動斷電并報警?；诽嵘龝r，送 繩保護(hù)裝置動作后，嚴(yán)禁受煤倉放煤。 滿倉保護(hù)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(hù)裝置：當(dāng)提升容器（或平衡錘）達(dá)到設(shè)計(jì)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(hù)裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨(dú)立的雙線型式。 第 4 章 提升機(jī) 調(diào) 速控制系 統(tǒng) 硬件 實(shí)現(xiàn) 提升機(jī)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(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)框圖如圖 3— 1 所示。各部分功能如下：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。 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(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