【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以及減小電動(dòng)機(jī)的功耗。 提升機(jī)的 速度要求 (1)主加速階段 如圖 2－ 1 所示 ， 正常提升時(shí) ， 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩比阻力矩大 3%～ 5%， 產(chǎn)生比較低的加速度 a ≤ 。當(dāng) V0上升到 Vm時(shí) ，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在自然特性曲線上。下放時(shí) ， 由于負(fù)力較大 ， 需要制動(dòng)力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。 (2)勻速階段 t2 上升時(shí) ， 根 據(jù)負(fù)載狀況 使電動(dòng)機(jī)保持電動(dòng)狀態(tài) ， 且速度 Vm=／ s。下放時(shí) ， 由測(cè)速發(fā)電機(jī)反映轉(zhuǎn)子下放速度 ， 當(dāng)速度高于 Vm時(shí) ， 增大勵(lì)磁電流 If， 提高制動(dòng)力矩 ， 使觀覽車在斜坡上勻速運(yùn)行。 (3)主減速階段 t3 為使提升機(jī)準(zhǔn)確停車 ， 在停車前應(yīng)進(jìn)行減速。減速按照速度圖要求進(jìn)行 ， 由裝在斜坡上的位置開關(guān)動(dòng)作發(fā)出信號(hào) ， PLC 再根據(jù)與電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)行的 旋轉(zhuǎn) 編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行比較發(fā)出指令 ， 增大勵(lì)磁電流 If，使下放速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低。 (4)爬行階段 t4 V4在 m/ s 左右 ， 此數(shù)值實(shí)際上是一個(gè)平均值 ， 因?yàn)樘嵘龣C(jī)由較 高的 Vm太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 不可能很準(zhǔn)確的變?yōu)樗俣?V4。 (5)停 車階段 t5 將盤式制動(dòng)器的 KT 線圈斷電 ， 抱閘迅速抱住卷筒 ， 提升機(jī)停轉(zhuǎn)。 Vt 1 t 2 t 3 t 4 t 5V 0V m = 1 . 1 2 m / sV 4 = 0 . 3 m / s 圖 2－ 1 提升機(jī)速度圖 提升機(jī)的受力情況 由直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程可得 ： F = cF + ma 式（ 2－ 1） 式中 ： F－ 提升機(jī)在某運(yùn)動(dòng)階段的力 ， N； cF － 提升機(jī)的靜阻力（包括車重、提升機(jī)重量和繩重） ， N； m－ 把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件折算到直線運(yùn)動(dòng)的變位質(zhì)量 ， kg； a－ 各階段的加速度、減速度值 ， m/ 2s 。 當(dāng) a =0 時(shí) ， F = cF ， 勻速運(yùn)行 ； a＞ 0 時(shí) ， F＞ cF ， 加速運(yùn)行 ； a＜ 0 時(shí) ， F＜ cF ，減速運(yùn) 行 。 根據(jù)以上分析 ， F = f（ t）的力圖見圖 2－ 2： 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 FF 1F 2F 3F 4F 5主加速勻 速主減速爬 行停 車t 1t 2t 3t 4 t 5 圖 2－ 2 提升機(jī)力圖 綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及礦山生產(chǎn)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下： (1)加 (減 )速度符合國(guó)家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定 提升人員時(shí)，加速度 2/ sma ? ，升降物料時(shí)，加速度 2/ sma? 。另外不得超過提升機(jī)的減速器所允許的動(dòng)力矩。 (2)具有良好的調(diào)速性能 要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種運(yùn)行方式及提升階段 (如加速、減速、等速、爬行等 )穩(wěn)定運(yùn)行的要求。 (3)有較好的起動(dòng)性能 提升機(jī)不同于其他機(jī)械，不可能待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能重載啟動(dòng)，有較高的過載能力。 (4)特性曲線要硬 要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過大，影響系統(tǒng)正常工作 (當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。迅速安全制動(dòng)停車，即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性 )。 (5)工作方式轉(zhuǎn)換容易 要能夠方便的進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響 正常生產(chǎn)。 (6)采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)方案 礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)方式 一般有以下 4 種。 本文 以 英威騰 公司CHV1901000G6 高性能矢量變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了 交 直 交變頻調(diào)速 的 原理與傳動(dòng)方案 。 （ 1） 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng) （ 2） 直流可逆調(diào)速系統(tǒng) （ 3） 交流電動(dòng)機(jī)交 － 交變頻調(diào)速系統(tǒng) （ 4）交 直 交變頻調(diào) 速 系統(tǒng) 變頻器的主電路大體上可分為兩類 ， 電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容 ； 電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的 “整流器 ”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的 “平波回路 ”，以及將直流功率變換為交流功率的 “逆變器 ”， 如 圖 2— 3 所示 。 圖 2— 3 交 直 交變頻原理圖 （ 1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路 。 （ 3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使 6 個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖 24 所示， CHV1901000G6 變頻器 采用并機(jī)方式，即由 2 臺(tái) 690V500KW 變頻器并機(jī)拖動(dòng) 950KW 大功率提升機(jī)同步電機(jī)組成，每臺(tái) 圖 2— 4 變頻器調(diào)速方案 變頻器均配置輸入、輸出電抗器，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝 UVW 型同步電動(dòng)機(jī)專用編碼器。制動(dòng)器選用 2 臺(tái) DBU3506 能耗制動(dòng)單元；每臺(tái)制動(dòng)單元連接 4Ω180KW 制動(dòng)電阻。 控制電路由控制變壓器輸出的 AC220V 電源再通過隔離變壓器、開關(guān)電源后，輸出 AC220V、 DC24V、 DC12V電源分別提供給 PLC、顯示器、繼電器、檢測(cè)器件、電磁閥等；變頻器采用端子控制模式，操作指令由控 制臺(tái)發(fā)起，經(jīng) PLC 處理后輸出，通過 PLC 與變頻器控制板 I/O 接口連接線傳遞信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 為了提高變頻器對(duì)電機(jī)的精確控制，采用閉環(huán)控制模式， 防止溜鉤或因上 升或下降啟動(dòng)時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足而引起沖擊機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象。 變頻器多功能端子組 S1— S4 對(duì)應(yīng)指令為頻率給定、上行、下行、復(fù)位；多功能模擬量輸入 AI2 設(shè)定外部頻率 采用 PLC 與變頻器相結(jié)合的控制方案對(duì)傳統(tǒng)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率， 成功實(shí)現(xiàn)了 提升 電動(dòng)機(jī)大范圍的無級(jí)平滑調(diào)速，在運(yùn)行過程中能隨 時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)， 能夠滿足提升機(jī)特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果。 采用 PLC 對(duì)提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。因此 本次設(shè)計(jì)選用交流電動(dòng)機(jī)交 － 交變頻調(diào)速系統(tǒng)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 系統(tǒng) 控制方案 設(shè)計(jì) 控制單元基本原理 隨著 PLC 控制的日漸成熟，大多數(shù)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)都采用了 可編程序邏輯控制器 (Programmable logic controller)，簡(jiǎn)稱 PLC， PLC 技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由 PLC 通過軟件編程實(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載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高 。 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。 圖 3－ 2 為可編程控制器控制系統(tǒng)。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的?？刂瞥绦蚴峭ㄟ^一個(gè)編程器寫到可編程控制器的程序存儲(chǔ)器中。每個(gè)程序語(yǔ)句確定了一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)依次讀取存儲(chǔ)器中的程序語(yǔ)句，對(duì)它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸 出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線 (即硬件 )，而只需通過編程器改變程序存儲(chǔ)器中某些語(yǔ)句的內(nèi)容。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開 關(guān) 、 操 作 手 柄可 編 程 控 制 器輸 出 設(shè) 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機(jī) 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過 程 圖 3－ 2 可編程控制器控制過程系統(tǒng)框圖 可編程邏輯控制器因?yàn)槠渚哂懈呖煽啃砸约败浖删幊痰膬?yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價(jià)格也不高。如圖 3－ 2 所示，如果采用 PLC 技術(shù)對(duì) TKD 電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，把原來由各種電器通過連線而實(shí) 現(xiàn)的邏輯控制改由 PLC 通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，則控制線路將大大簡(jiǎn)化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干擾能力將大大增強(qiáng)，工作可靠性將大大提高，工藝改變時(shí)只需要改變控制程序即可。改造時(shí)保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器作用不變，則用戶使用起來將非常方便，太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 不需要適應(yīng)期。同時(shí)可以利用 PLC 的高速計(jì)數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、故障檢測(cè)及診斷功能、信號(hào)顯示功能等來增加一些新的控制功能，安全性將大大提高，運(yùn)行將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對(duì)較少，性價(jià)比較高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 控制 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 基于 PLC 的 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成， 其 系統(tǒng)框圖如圖 3－ 3 所示： 圖 3－ 3 控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖中各部分功能如下： 動(dòng)力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)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(dòng)力。 對(duì)于礦井提升機(jī)這樣的 大型 機(jī)械來說， 在電機(jī)脫離電源后， 由于運(yùn)行慣性較大， 往往要經(jīng)過一段時(shí)間才能停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這將影響生產(chǎn)效率，甚至威脅到生產(chǎn)人員的生命安全 和物料的運(yùn)輸。因此必須在系統(tǒng)里加入制動(dòng)器，避免產(chǎn)生“蠕動(dòng)” 現(xiàn)象，從而保證運(yùn)輸?shù)娜撕臀锪系陌踩?。 液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過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，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 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。 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)。提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視 ： 提升過程中各工況參數(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 (如位置開關(guān)、停車開關(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。