【文章內(nèi)容簡介】 近代升降機控制系統(tǒng)的設(shè)計特別強調(diào)安全可靠性，所以升降機安全回路是現(xiàn)代升降機控制的重要環(huán)節(jié)。（4）安全回路安全回路是指在調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，能進行自我的調(diào)整，而且調(diào)整周期短，在很快的時間里能恢復(fù)到正常的能力，此環(huán)節(jié)極為重要，對于保證作業(yè)員的人身安全和礦井的正常運輸有著重要的意義。（5）全數(shù)字化系統(tǒng)調(diào)速控制德國 AEG 公司的 Logidyn D 系統(tǒng)都已應(yīng)用于升降機上。參數(shù)比較穩(wěn)定、可方便地與上位機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點，因此這類的系統(tǒng)的維護需要作業(yè)人員有更高的知識素養(yǎng)和技術(shù)水平。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4 2 煤礦井下升降機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案礦井升降機肩負著井上、井下運輸?shù)闹匾蝿?wù)，對于整個煤礦而言，升降機有著重要的地位，素有“礦山咽喉”之稱。熟悉礦井升降機的性能、結(jié)構(gòu)及動作原理，合理使用設(shè)備，加強維護，對確保升降機工作效率、提高安全可靠性、防止和杜絕事故的發(fā)生具有重大意義。 礦井升降機概況 礦井提升系統(tǒng)概述礦井提升設(shè)備主要有這幾個部分組成：提升容器、提升鋼絲繩、升降機、天輪、及裝卸載設(shè)備等。由于井筒條件（豎井或斜井）運行時的方法和特性不同，導(dǎo)致他們構(gòu)成的提升系統(tǒng)也有差異。圖 為斜井升降機示意圖:圖 斜井升降機示意圖 礦井升降機主要組成部分及其工作原理礦井升降機是一個完整的機械－電氣機組，其主要由以下幾部分組成。 (1)工作機構(gòu)主要是指主軸裝置和主軸承等，主軸裝置由主軸、卷筒、滾動軸承、支輪、制動輪等組成。(2)制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)是升降機不可缺少的重要組成部分之一，也是最后一道安全保障裝置，當(dāng)升降機出現(xiàn)緊急情況時可以起動制動系統(tǒng)，以保證升降機的安全。煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計5 (3)機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)，機械傳動系統(tǒng)包括減速器和聯(lián)軸器。減速器是用來進行減速和傳遞力矩的，聯(lián)軸器是用來銜接傳動部分的，并傳遞動力。(4)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)是在提升運行過程中，向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油濾清器和一些閥門等組成，以保證軸承和齒輪的正常工作。 (5)觀測和操縱系統(tǒng)觀測包括斜面操縱臺，通過傳感器集中來的信號，對現(xiàn)有的運行情況作出處理，從而執(zhí)行新的程序。(6)拖動控制和自動保護系統(tǒng)礦井升降機自動保護系統(tǒng)的作用是：在沒有作業(yè)員的情況下，發(fā)生突發(fā)事故時，升降機了能自行進行做出相應(yīng)處理。提升機工作原理：煤礦井下采煤，采好的煤通過斜井用升降機將其運輸?shù)降孛嫔?。在井口處有升降機，電機經(jīng)過減速器后傳動給卷筒，這樣控制升降機的運行。當(dāng)快要到達頂端時，制動減速。當(dāng)卸完煤以后，變頻器控制升降機進行反轉(zhuǎn)，到煤礦深處進行運輸煤，這樣剛好完成一個周期，當(dāng)升降機需要停車時，發(fā)出停車指令，開始抱閘停車。 升降機電控系統(tǒng)的功能要求隨著科技的發(fā)展，對煤礦升降機的要求也逐步提高，怎樣使得升降機平穩(wěn)、安全、可靠地運行，那就要求盡量避免零件的磨損、減少機械部分維修的工作量、延長升降機械的使用壽命。隨著人們對煤礦升降機自動化水平、煤礦升降機設(shè)備提升能力要求的提高，對電器傳動方式的改進提出了更高的挑戰(zhàn)。 升降機的工作過程 升降機的過程是升降機在煤礦中往返的上下運動，通常以提升機運動的速度與時間的關(guān)系來表示其運動規(guī)律，稱為速度圖，升降機的運動速度圖，包括五個階段，即：加速階段、減速階段、爬行階段、制動階段、停車休止階段。加速階段是指從靜止狀態(tài)起動加速到最高速度；等速階段是提升機正常的運行狀態(tài)，提升機以最高速度穩(wěn)速運行；減速階段是提升機從最高速度減速到爬行速度；爬行階段是準備安全停車階段 [1]。速度圖如圖 ，加速度圖如 。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6（ 速 度 ）V0t12t34t51t圖 為升降機的速度圖 （ 加 速 度 ）0a1a23ta1 圖 為升降機的加速度圖速度和加速度圖顯示了升降機一個周期類運行的工作過程：（1）加速階段 t1 當(dāng)升降機到達底端時，以加速度 a1 運行，一直達到最大速度 Vm。（2）等速運行階段 t2 升降機這時達到了最大提升速度 Vm。（3）減速階段 t3 升降機將要接近頂端時，開始以速度 a3 運行，從而實現(xiàn)減速。（4）爬行階段 t4 升降機到達設(shè)定的位置時，此時應(yīng)該應(yīng)以 v4 爬行。（5）停車階段 t5 當(dāng)升降機運行至終點時，升降機施閘停車。升降機過程中各部分動力計算，而這些慣性力與升降機速度變化規(guī)律密切相關(guān)。首先，我們確定礦井升降機運動合力。假定電動機克服所有阻力后的合力與全部靜負荷和提升有害阻力的合力作用在同一力臂上，則升降機運動部分有如下的動力平衡方程： 2mFrdxMt??（）式中： －電動機克服所有阻力后的合力；－全部靜負荷和提升有害阻力的合力；r－升降機所有運動部分的換算質(zhì)量；煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計7 —提升加速度，2dxt一般情況下， 2dr(,)xFfcMt??（）式中：x－給定瞬時通過的距離；c－各種不變提升參數(shù)的總和。因此可得升降機的一般動力微分方程： 2d(,)mrxFfcMt??（）因此，礦井升降機速度的變化規(guī)律為： f()dxVt?（） 2,d(),)[(),]()mr rxtFftfxcMftcft???（） 因此可得電動機提升力如圖 所示：（ 電 動 機 提 升 力 ）0dF1Fd23Fd1 圖 電動機提升力圖要使升降機按給定速度圖運行，電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)負載的變化而自動的工作在電動或制動狀態(tài)。綜合以上升降機的運行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點，對煤礦升降機的控制方案進行設(shè)計。 煤礦升降機的控制要求目前，對于煤礦控制系統(tǒng)的具體要求有：調(diào)速性能好、升降機運行穩(wěn)定、定位準確、能夠迅速的進行正反轉(zhuǎn)。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8(1)加（減）速度大小的確定應(yīng)符合以下條件：①應(yīng)符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。升降人員時，加速度ａ≤178。升降物料時，加速度ａ≤178。②應(yīng)不超過升降機的減速器所允許的動力矩。(2)具有良好的調(diào)速性能。能夠在加速、減速等階段調(diào)速平穩(wěn)，調(diào)速范圍比較廣，運行中平穩(wěn)和安全。(3)有較好的啟動性能。升降機是在裝完貨物后才開始啟動的，這一點與其他機械不同，因此必須要重載起動，對升降機的起動性能有較高的要求。(4)特性曲線要硬。當(dāng)系統(tǒng)受到負載變化時，調(diào)速系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)恢復(fù)到正常，速度基本上不受到影響，當(dāng)負載超過一定限度時，此時安全回路會出現(xiàn)相應(yīng)的動作，進行自我保護，制動抱閘停機。(5)工作方式轉(zhuǎn)換容易。能夠方便進行轉(zhuǎn)換，容易操作，可操作性強，不會因為轉(zhuǎn)換的繁瑣影響生產(chǎn)。 (6)將高科技用到升降控制系統(tǒng)中，這樣整體效率比較高。(7)要求有相應(yīng)的保護措施，以保證控制系統(tǒng)的安全性。(8)要盡量節(jié)約成本，減少一些不必要的開銷 [3]。 煤礦井下升降機電氣控制系統(tǒng)組成傳統(tǒng)的提升機的控制方式是通過切換電阻的形式來實現(xiàn)的，這種方式效率低下，問題復(fù)雜，其中的缺點如下所述:(1)提升機啟動的一瞬間電流很大，對電機的傷害嚴重，且在加/ 減速運行時可控制性弱，舒服度不好，停位不精確。 (2)提升機的運行效率比較低，很多的能量都消耗的在電阻發(fā)熱上。(3)電氣控制系統(tǒng)中的線路老化比較明顯、運行的情況比較復(fù)雜復(fù)雜，維護量比較大，當(dāng)出現(xiàn)事故時很難排查。因此，用 PLC 來控制升降機的運行，大大減少了這些麻煩，提高了升降機的工作效率。根據(jù)礦井提升機的工作過程和控制要求，在控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程中，有很多困難需要克服,很多難點需要解決，其中關(guān)鍵性的問題有以下幾點。(1)系統(tǒng)的安全可靠性設(shè)計升降機的安全控制系統(tǒng)，首先值得考慮的就是系統(tǒng)的安全性，安全是升降機運行的第一保障，因此在設(shè)計時，怎樣使得升降機安全平穩(wěn)的運行成為本課題研究的一個難點，也是一個重要的挑戰(zhàn)。(2)穩(wěn)定的調(diào)速為了設(shè)計出更優(yōu)更穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)，本課題采用 PLC 控制變頻器，利用變頻器控制升降機的運行情況以及調(diào)速。硬件設(shè)計包括 PLC、變頻器、電機等的選擇。軟件設(shè)計包括 PLC 的控制的流程圖、梯形圖等。本控制系統(tǒng)為礦井提升機的穩(wěn)定、安全和高效運行提供了可靠的保障。煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計9(3) 高效性和舒適性拖動系統(tǒng)可以按照提升種類要求的額定速度不同，讓舒適著乘坐比較舒服；同時調(diào)速的穩(wěn)定性使得升降機運行更加平穩(wěn)，方便物資的進出，大大的提高運行效率。改進后的電氣控制系統(tǒng)組成圖如圖 所示。PLC操作臺 變 頻 器編 碼 器M~減速箱 滾筒圖 電氣控制系統(tǒng)組成圖系統(tǒng)設(shè)有操作臺，各種運行方式、系統(tǒng)狀態(tài)及故障信號指示燈，以及各種音響警示鈴，在出現(xiàn)意外時提醒司機注意。操作人員可以根據(jù)控制要求進行各種操作，PLC 輸出相應(yīng)指令控制變頻器運行，從而調(diào)整升降機的運行。(1)主控系統(tǒng)本系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用 PLC 來控制，主 PLC 正常運行時，傳感器將相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換為控制信號，以保證控制系統(tǒng)的運行的正常。(2)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用 MM420 變頻器, 通過程序編制對升降機進行控制，從而實現(xiàn)提升機的正反轉(zhuǎn)和速度的控制，以及過卷保護、松繩保護、超載保護。 礦井提升機調(diào)速控制方式選擇 變頻調(diào)速的控制根據(jù)相關(guān)的電機學(xué)原理知識,可以得到異步電動機的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為： ()1160()fnsp??（ ）式中：n——升降機的轉(zhuǎn)速；S——定子每相繞組串聯(lián)匣數(shù)。P——極對數(shù)；無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10f——定子供電頻率；從式可知，異步電動機調(diào)速方法可分為以下三大類: (1)變極調(diào)速方法 (2)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方法(3)變頻調(diào)速方法其中變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率來實現(xiàn)調(diào)速的方法，具有調(diào)速范圍廣， 運行效率高，靜態(tài)穩(wěn)定性好，使用方便可靠，經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點，為了使升降機調(diào)速控制系統(tǒng)能取得良好的控制性能，綜合上面所述的幾種調(diào)速控制方式，權(quán)衡各種調(diào)速控制方案的優(yōu)劣，再結(jié)合升降機調(diào)速系統(tǒng)特性的特點，最終選擇 PLC 與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速控制方案。 變頻調(diào)速的頻率控制方式——矢量控制矢量控制主要是用來實現(xiàn)電機的定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的控制方法，通過改變一系列坐標實現(xiàn)的。它還可以通過對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制進行提哦啊書，矢量控制兩種，調(diào)節(jié)電壓，使電機電流與負載扭矩相匹配，到達改善低速扭矩特性的目的，但是其控制器的設(shè)計在某種程度上依賴于電機的參數(shù) [4]。矢量控制通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓，以保證電機的磁通量不變，其大小可以通過電機性能的設(shè)定來改變。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成采用矢量控制技術(shù)，只要變頻器收到 PLC 的程序信號，就能做出相應(yīng)的動作。變頻器自帶欠壓，過流等保護裝置，傳感器收集各種信號，然后傳給 PLC，PLC 對各信號進行相應(yīng)處理，變頻器接到相應(yīng)信號后，從而控制升降機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速也可以經(jīng)過傳感器反饋到 PLC,使得速度更加趨于平穩(wěn)，調(diào)速更加精確。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)框圖 如圖所示速 度 給 定 PLC控 制 器 變 頻 器 交 流 電 機編 碼 器+轉(zhuǎn) 速 圖 基于 PLC 速度變頻調(diào)速控制系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)煤礦井下升降安全控制系統(tǒng)的設(shè)計11 小結(jié)通過對升降機結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合升降機的工作過程和特點，分析提升機五階段速度圖，得出礦井提升機對電氣控制系統(tǒng)的要求，并對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行分析，最終采用矢量控制變頻調(diào)速對升降機的運行過程進行控制，實現(xiàn)煤礦升降機運行過程中的平穩(wěn)、安全、可靠。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文123 升降機控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計煤礦井下升降機控制系統(tǒng)硬件包括對電動機，變頻器，PLC 的選型。PLC 控制可使系統(tǒng)控制線路大大簡化且柔性強，控制功能多，將可編程控制器（PLC）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦井實際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的升降機電控系統(tǒng)進行改造設(shè)計，提高精度。環(huán)境的惡劣性也要在設(shè)計中考慮之中，采用 PLC 的元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的的接觸器，大大簡化了路線的復(fù)雜性。 系統(tǒng)硬件選型 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：