【文章內(nèi)容簡介】 ）觸點“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，發(fā)出報警；同是報警輸出的常閉觸點動作，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，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即RC震蕩電路）。(2)、聲光報警電路由報警輸出的動合（常開）觸點“30B30A”控制，當(dāng)變頻器跳閘時，觸點“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。另外繼電器線圈和電笛線圈的兩端，也需要并聯(lián)阻容吸收電路，以保護(hù)變頻器內(nèi)部報警繼電器觸點。2 制動控制回路提升機(jī)負(fù)載由于慣性較大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至0 Hz時，常常停不住，而有“蠕動”(也稱爬行)現(xiàn)象，在礦山提升機(jī)這種大負(fù)載機(jī)械中，蠕動現(xiàn)象有可能造成十分危險的后果。為此，變頻器調(diào)速時應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。一、能耗制動電路的作用在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的降速和停機(jī)，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。這時：電動機(jī)的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180176。，電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。與此同時，電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。從電動機(jī)的角度來看，處于再生制動狀態(tài)。變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)電動機(jī)再生的電能經(jīng)如圖3—2所示與逆變管反并聯(lián)的續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，盡管各部分電路還在消耗電能，但電容上仍有短時間的電荷堆積，形成“泵生電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓超過一定值時，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，拖動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時減少的動能，由電動機(jī)“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。歸根結(jié)底，是通過消耗能量而獲得制動轉(zhuǎn)矩的，屬于能耗制動狀態(tài)。用于消耗電動機(jī)再生電能的電路，就是能耗制動電路。二、能耗制動電路的構(gòu)成制動電阻能耗制動電路結(jié)構(gòu)如圖3—4所示，圖中的BR就是制動電阻，用于將電動機(jī)的再生電能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。其選擇方法如下：（1）的阻值一般情況下，的大小以使制動電流不超過變頻器額定電流的一半為宜，即 （2）的功率由于的工況屬于短時工作，幫其標(biāo)稱功率可以比長期通電時消耗的功率小很多：式中，為選用系數(shù)，取值范圍約為=～,取決于電動機(jī)的容量和工況。通常，電動機(jī)容量較小時取小值，反之取大值。當(dāng)電動機(jī)的再生制動狀態(tài)屬于正常工作狀態(tài)時，應(yīng)取=。例如超重機(jī)械中，吊鉤的下降過程就是。制動單元BV如圖3—4，制動單元BV的功能是，當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值勤時，接通耗能電路，使直流回路通過釋放能量。（I）制動單元BV的組成如圖上劃線框所示，BV的組成如下：a）功率管用于接通與關(guān)斷能耗電路，是制動單元的主體。 圖3—4能耗制動和制動單元電路b）電壓取樣與比較電路由于的驅(qū)動電路是低壓電路，故只能按比例取出的一部分作為采樣電壓，和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到控制導(dǎo)通或截止的指令信號。c）驅(qū)動電路驅(qū)動電路用于接受“取樣與比較電路”給出的指令信號，驅(qū)動導(dǎo)通或截止。（II）功率管的選用的常用器件是GTR或IGBT。其主要參數(shù)的一般選擇方法如下：a）擊穿電壓在電源電壓為380V時，選=1000V即可。b）集電極最大電流按正常電壓下流經(jīng)的電流的兩倍來選擇三、直流制動單元能耗制動和直流制動配合使用能達(dá)到理想的制動效果。直流制動原理：所謂直流制動，就是向電動機(jī)的定子繞組內(nèi)通入直流電流，使異步電動機(jī)處于能耗制動狀態(tài)。具體操作是，將電機(jī)與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)通入直流電流，定子磁場是靜止的。這時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩。因為轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈，從而可縮短停機(jī)時間。此外，直流磁場本身具有吸住轉(zhuǎn)子的作用，可以有效地消除轉(zhuǎn)子的蠕動。直流制動功能預(yù)置A、直流制動的起始頻率，通常直流制動都是和再生制動配合使用的。即：首先用再生制動方式將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動，使電動機(jī)迅速停住。轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的頻率即為直流制動的起始頻率，如圖所示。預(yù)置起始頻率的主要依據(jù)是負(fù)載對制動時間的要求，要求制動時間越短，則起始頻率應(yīng)越高。B、直流制動強(qiáng)度即預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓或直流電流的大小，它決定了直流制動的強(qiáng)度，如圖3—5所示。預(yù)置直流制動電壓 (或制動電流)的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，直流制動強(qiáng)度(或)也應(yīng)越大。一般情況下，直流電壓以不超過50 V為宜。（三)直流制動時間直流制動時間即施加直流制動時間的長短。預(yù)置直流制動時間的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，應(yīng)適當(dāng)長一些。直流制動功能預(yù)置參數(shù)F40F40F405設(shè)置（見附錄：變頻器各項參數(shù)設(shè)定）。 圖3—5直流制動功能預(yù)置 PLC控制部分設(shè)計 PLC是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要控制電路如圖3—6所示，主要的控制功能有如下幾項：主令操作控制、保護(hù)監(jiān)視控制。主令操作控制，對系統(tǒng)進(jìn)行管理，實現(xiàn)提升機(jī)與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PLC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)S形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn)S形曲線。PLC還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。一、起動，停車 (1)多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運行功能，所以應(yīng)對控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能。當(dāng)需要開機(jī)運行時，按下起動按鈕SB1，其輸出繼電器KM1便吸合，置于電源與變頻器之間的常開觸點閉合，將三相AC380V動力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實現(xiàn)機(jī)械抱閘制動后，可以將變頻器與動力電源脫開，按下停止按鈕SB2，使繼電器KM1失電，其常開觸點斷開，變頻器便與動力電源脫開。圖3—6 PLC外部接線(2)梯形圖及編程語言二、上提升，下放 在控制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器K1的常閉觸頭控制反轉(zhuǎn)繼電器K2的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器K2的常閉觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器K1的線圈。從而達(dá)到互鎖作用。其動作過程如：當(dāng)要下放礦車或送工人到井下時，按下下降按鈕，繼電器K2吸合，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。此時變頻器REV與CM端相連，電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物。同時斷開繼電器K1回路，形成下降閉鎖；當(dāng)按下上升按鈕時，K2吸合，斷開K1回路，形成上升閉鎖。此時FWD與CM相連，電機(jī)正轉(zhuǎn)上提煤車。當(dāng)按下停止按鈕時，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準(zhǔn)備。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換 (1)工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運行或變頻出現(xiàn)故障時進(jìn)行自由切換。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運行。此時繼電器KM2得電，KM3失電；置于變頻器與電機(jī)之間的KM2常開觸點閉合，跨過變頻器，連接電機(jī)與三相動力電源的KM3常開觸點斷開。變頻器接入調(diào)速回路，并接受操作臺控制信號及PLC反饋信號，進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機(jī)進(jìn)行點動調(diào)節(jié)時，按下工頻按鈕，使KM2斷開，KM3閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。這樣便于檢修和故障排除。 (2)梯形圖及編程語言四、保護(hù)及連鎖功能 (1)上過卷、下過卷保護(hù)，在離井口安全處和離井底一定距離處分別裝上霍爾常開型接近開關(guān)，當(dāng)?shù)V車由于故障或操作員失誤，礦車越過安全線時，傳感器動作，同時PLC控制安全回路動作，實現(xiàn)對提升系統(tǒng)的保護(hù)，并伴隨有聲光報警。 (2)松繩保護(hù)：用一根細(xì)絲和一個常開型開關(guān)，在鋼絲繩下放一定距離垂直鋼絲繩方向處架起，當(dāng)?shù)V車在緩道上行走，而電機(jī)下放速度過快時，就會出再松繩現(xiàn)象。此時，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時聲光報警，顯示屏上顯示故障信息。操作員應(yīng)該及時降速或停車。 (3)過載保護(hù)：熱繼電器常閉觸點串接于安全控制回路，當(dāng)電機(jī)因負(fù)載過重，電機(jī)堵轉(zhuǎn)等故障而使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，熱繼電器動作，常閉觸點斷開，使安全回路動作，保護(hù)提升機(jī)不受損壞。 (4)當(dāng)提升過程中發(fā)生潤滑油壓力過高、過低，潤滑油濾油器或液壓站濾油器堵塞或油溫高時，監(jiān)視屏上有相應(yīng)的故障信息顯示，點亮相應(yīng)信息燈，告知操作員可以完成本次提升工作，當(dāng)故障解除后才允許司機(jī)進(jìn)行下一次提升工作。 (5)當(dāng)提升機(jī)因發(fā)生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程內(nèi)時，排除故障后允許司機(jī)按上次開車方向選擇開車，并且只能低速開車；若提升容器不在減速行程內(nèi)，由井口發(fā)出開車信號，允許司機(jī)高速開車。 (6)全礦停電時，由PLC保證提升機(jī)能實現(xiàn)安全制動，并做好提升機(jī)的后備保護(hù)。 (7)盤式制動器的工作制動力矩可調(diào)，緊急制動(安全制動)能產(chǎn)生二級制動，避免機(jī)械沖擊。 位置檢測電路用來測量提升機(jī)的運行位置。旋轉(zhuǎn)編碼器與可編程控制器的高速計數(shù)單元相連，連接電路如圖3—7所示。計數(shù)器通過累計正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的脈沖個數(shù)經(jīng)CPU運算可確定提升機(jī)的確切位置。旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的選擇取決于PLC允許輸入的頻率、提升速度、計數(shù)精度等。（1）計數(shù)脈沖的計算 OMRON系列編碼器E6C2CWZ6C型允許脈沖輸入最大頻率為100KHZ，記為 ，選擇提升機(jī)最大允許速度Vmax=7m/s，本系統(tǒng)中所選電機(jī)轉(zhuǎn)速為n=750r/min。為了在位置檢測中取得很大的控制精度，應(yīng)在允許范圍內(nèi)選取盡可能多的脈沖數(shù)，即選擇每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)多的旋轉(zhuǎn)編碼器。設(shè)P為旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)。則得到：查OMRON系列編碼器規(guī)格，選取每轉(zhuǎn)輸出1000個脈沖的編碼器。這樣每兩個脈沖間隔中，礦車所運行的距離為： 圖3—7旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC連接圖（2）FUN(98)功能指令 計數(shù)器能夠根據(jù)提升機(jī)運行方向?qū)Ξ?dāng)前計數(shù)進(jìn)行加一或減一計數(shù)。通過PLC高速脈沖輸入端輸入的脈沖，由高速計數(shù)器FUN(98)指令累計并存于CNT47中(這時CNT47為其專用)，該指令可將當(dāng)前計數(shù)值與設(shè)定在數(shù)據(jù)寄存器的DM32DM63中的上下限值進(jìn)行比較，然后，依照比較結(jié)果在FUN(98)指令指定的通道產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。若當(dāng)前計數(shù)值在設(shè)定的上下限值范圍內(nèi)，則對應(yīng)的輸出點為ON，反之為OFF。通過設(shè)定上下限值可按距離原則發(fā)出過卷信號。同時，計數(shù)值也能夠經(jīng)過計算得出目前礦車所在的位置及提升機(jī)運行速度。通過顯示器顯示出來，供操作員參考。另外，為了減小累計行程誤差，分別在井筒和井底安裝了兩個同步開關(guān)，對行程位置進(jìn)行校準(zhǔn)。同時這兩個同步開關(guān)還用作兩個減速點用。在初次調(diào)試時，兩個減速點和同步開關(guān)的位置都應(yīng)設(shè)定好。要實現(xiàn)提升機(jī)矢量控制變頻調(diào)速還需要對變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，各參數(shù)設(shè)置參見附錄。一、空氣斷路器短路保護(hù)短路保護(hù)應(yīng)滿足以下要求：（1）當(dāng)電動機(jī)發(fā)生相間短路或在中性點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路時，保護(hù)裝置應(yīng)能切斷故障電路。（2）當(dāng)電動機(jī)正常起動或制動時，保護(hù)裝置不應(yīng)動作?？諝鈹嗦菲骺梢杂脕眍l繁地起動電動機(jī)．并對電動機(jī)實現(xiàn)保護(hù)，由于有良好完備的滅弧裝置，操作速度也由彈簧機(jī)構(gòu)執(zhí)行，迅速可靠。因此，用來控制電動機(jī)時，其額定電流(即指主觸頭的額定電流)~。即≥式中：—空氣斷路器的額定電流（A）；—電機(jī)正常工作時的額定電流（A）?？諝鈹嗦菲鞯念~定電壓應(yīng)大于或等于電動機(jī)額定電壓所以選用：富士康SA203BA斷路器，其最大額定電流：225A，額定隔離電壓：AC 690V，額定分?jǐn)嗳萘浚?0KA（在AC 380V下）二、熱繼電器過載保護(hù)礦山提升機(jī)由于負(fù)載沉重而需要限制起動時間，又容易堵轉(zhuǎn)，且又長期處于頻繁起動停止?fàn)顟B(tài)，容易出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以需要對電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。過載保護(hù)一般采用熱繼電器保護(hù)。若用自動空氣開關(guān)保護(hù)，應(yīng)選用帶長延時脫扣器的自動空氣開關(guān)。對大功率的重要電動機(jī)采用反時限特性的過電流繼電器進(jìn)行過載保護(hù)。保護(hù)措施主要是通過切斷電動機(jī)電源的方法實現(xiàn)保護(hù)。在一些特殊場合，也可以通過發(fā)出警報或使電動機(jī)自動減載來實現(xiàn)保護(hù)。本系統(tǒng)采用熱繼電器對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。一般情況下，~。熱繼電器的整定值一般為電動機(jī)額定電流值。即：=根據(jù)電機(jī)實際負(fù)載與工藝流程的要求，也可上下波動5%，即：==*148=另外，根據(jù)礦山提升系統(tǒng)的要求，還應(yīng)對提升機(jī)進(jìn)行斷相保護(hù)，因此應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器，本控制系統(tǒng)選用樂清市三亞電器制造廠生產(chǎn)的：。它具有斷相保護(hù)，清晰度補(bǔ)償，脫扣指示功能，并能自動與手動復(fù)位。 對于PLC和變頻器組成的控制系統(tǒng)來說，抗干擾處理非常重要。PLC工作靈敏度高，很容易受到各種電磁干擾，引起誤動作。目前市場上出售的變頻器輸出電流中含有多種諧波，是強(qiáng)電磁干擾源。為了防止變頻器對PLC的干擾，PLC的安裝應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器。變頻器和PLC周圍的控制回路的接觸器，繼電器的線圈、觸點在開閉時，會因電流急劇變化而產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，有時會使變頻器和PLC的控制回路產(chǎn)生誤動作，需要在這種干擾源的線圈、觸點兩端并聯(lián)一組阻容吸收回路，以起到濾波作用，可以濾除變頻器對輸出點電源的干擾。針對不同的PLC，阻容吸收回路的參數(shù)可能不同，根據(jù)現(xiàn)場情況可以自行調(diào)整。變頻器和PLC安裝于礦山提升系統(tǒng)中，常處于高濕度的場所，常發(fā)生絕緣劣化和金屬部分腐蝕。所以必須加裝除濕裝置，防止變頻器和PLC停止工作時結(jié)露。另外在提升機(jī)周圍振動大，需在變頻器和PLC側(cè)加裝隔振器或防振橡膠。以減少振動對其性能的影響。將變頻器安裝在封閉的開關(guān)柜內(nèi)，既可以防止電磁輻射的污染，也可以屏蔽外來干擾，但是附加投資較高，散熱性能變差，