【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖中部分系統(tǒng)功能如下：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(cè)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)。提升過(guò)程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。提升過(guò)程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視：提升過(guò)程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視；各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器(如位置開(kāi)關(guān)、停車開(kāi)關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。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)行存儲(chǔ)、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。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過(guò)液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開(kāi)機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。變頻器：是動(dòng)力站的能量供給單元，通過(guò)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(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。操作臺(tái)：操作臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定，它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)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。34 第二章 主要元部件的選擇第二章 主要元部件的選擇（PLC）的選擇PLC技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處分支、中斷、自診斷能力。PLC技術(shù)的邏輯控制功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化。PLC的輸入輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過(guò)載保護(hù)措施。程序運(yùn)行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，具有故障檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高。PLC控制系統(tǒng)為模塊結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。因此本文決定采用PLC進(jìn)行，并且保持原有的操作方式、按鈕、開(kāi)關(guān)的作用不變，以方便用戶，縮短適應(yīng)期。根據(jù)PLC的技術(shù)特點(diǎn)又可增加一些新的功能。S7200系列西門子PLC家族中的成員之一，在西門子工控領(lǐng)域中占有重要的地位。S7200系列PLC體積小，價(jià)格低廉，軟硬件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)配置方便，它一推向市場(chǎng)就在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。而S7200系列的產(chǎn)品可以滿足設(shè)計(jì)要求，因此本次設(shè)計(jì)以西門子公司的S7200系列入手。S7200可編程控制器（PLC）的基本結(jié)構(gòu)如圖21所示。圖21 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 S7200系列西門子PLC的基本特點(diǎn)PLC通電后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后PLC要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。整個(gè)掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段，全過(guò)程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。在通信服務(wù)階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令、更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。可編程控制器（PLC）的誕生給工業(yè)控制帶來(lái)革命性的飛躍，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點(diǎn)：(1)靈活性、通用性強(qiáng)繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化，控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動(dòng)，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì)，耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過(guò)程改變時(shí)，只需修改程序即可，外部接線改動(dòng)極小，甚至可以不必改動(dòng)，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無(wú)法比擬的。(2)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成的，加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工作。PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級(jí)濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施，并利用后備電池對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。(3)編程簡(jiǎn)單，使用方便PLC采用面向過(guò)程，面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程方式，直觀易懂，主要采用梯形圖和語(yǔ)句表編寫程序，使得廣大電氣技術(shù)人員更易接納和理解。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語(yǔ)言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)，除了梯形圖和語(yǔ)句表之外，還存在順序流程圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語(yǔ)言的表達(dá)方式。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語(yǔ)言來(lái)描述，支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(4)功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展PLC的主要功能包括開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。PLC的功能擴(kuò)展也極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)的修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。(5)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)工作量少由于PLC的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和連網(wǎng)性能,在大多數(shù)情況下PLC系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。它不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制要求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的時(shí)間和工作量。(6) 體積小、能耗低由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯控制可以大量節(jié)省繼電器、定時(shí)器的數(shù)量。一臺(tái)小型的PLC只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積,控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 變頻器的選擇從80年代初通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近20年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次。第一代是80年代初模擬式通用變頻器；第二代是80年代中期數(shù)字式通用變頻器；第三代是90年代初智能型通用變頻器；第四代是90年代中期的多功能型通用變頻器；最近研制上市第五代集中通用變頻器；通用變頻器的發(fā)展情況可以從幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)明：1．通用變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。2．通用變頻器使用的功率器件不斷更新?lián)Q代。3．通用變頻器的控制技術(shù)性能達(dá)到了直流電機(jī)調(diào)速水平。目前國(guó)外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典ABB等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。因此國(guó)內(nèi)使用單位主要以進(jìn)口為主，很少使用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品。變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖22所示。圖22變頻器的基本結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)變頻器主要選用德國(guó)西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)的交—直—交方式變頻器系列MM440通用變頻器, 三相交流電源電壓。 MM440通用變頻器的簡(jiǎn)介變頻器MM440系列（MicroMaster440）是德國(guó)西門子公司廣泛應(yīng)用與工業(yè)場(chǎng)合的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于變頻器的應(yīng)用，必須首先熟練對(duì)變頻器的面板操作，以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)變頻器的各種功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置MM420變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 MM440變頻器的工作原理及其調(diào)速原理1. MM440變頻器的工作原理我們現(xiàn)在使用的MM440變頻器主要采用交－直－交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 圖23 交直交變頻器結(jié)構(gòu)圖異步電機(jī)的VVVF調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱的三相繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而形成一定的旋轉(zhuǎn)速度。2. MM440變頻調(diào)速的原理異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱的三相繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速： (2－1)式中f1定子繞組電源頻率；P電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率： (2－2) (2－3)由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有如下幾種：變同步轉(zhuǎn)速n0：變極p、變頻f1。變轉(zhuǎn)差率s：定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。VVVF變頻調(diào)速、矢量控制變頻調(diào)速、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速都是交直交變頻調(diào)速中的一種。交流拖動(dòng)中以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電 阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等。圖24為MM440變頻調(diào)速系統(tǒng)接線