【文章內容簡介】 以及減小電動機的功耗。 提升機的 速度要求 (1)主加速階段 如圖 2－ 1 所示 ， 正常提升時 ， 電動機產生的力矩比阻力矩大 3%～ 5%， 產生比較低的加速度 a ≤ 。當 V0上升到 Vm時 ，電動機運行在自然特性曲線上。下放時 ， 由于負力較大 ， 需要制動力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。 (2)勻速階段 t2 上升時 ， 根 據負載狀況 使電動機保持電動狀態(tài) ， 且速度 Vm=／ s。下放時 ， 由測速發(fā)電機反映轉子下放速度 ， 當速度高于 Vm時 ， 增大勵磁電流 If， 提高制動力矩 ， 使觀覽車在斜坡上勻速運行。 (3)主減速階段 t3 為使提升機準確停車 ， 在停車前應進行減速。減速按照速度圖要求進行 ， 由裝在斜坡上的位置開關動作發(fā)出信號 ， PLC 再根據與電動機同軸運行的 旋轉 編碼器發(fā)出的脈沖數進行比較發(fā)出指令 ， 增大勵磁電流 If，使下放速度在規(guī)定的時間內降低。 (4)爬行階段 t4 V4在 m/ s 左右 ， 此數值實際上是一個平均值 ， 因為提升機由較 高的 Vm太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 5 不可能很準確的變?yōu)樗俣?V4。 (5)停 車階段 t5 將盤式制動器的 KT 線圈斷電 ， 抱閘迅速抱住卷筒 ， 提升機停轉。 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 提升機速度圖 提升機的受力情況 由直線運動的運動方程可得 ： F = cF + ma 式（ 2－ 1） 式中 ： F－ 提升機在某運動階段的力 ， N； cF － 提升機的靜阻力（包括車重、提升機重量和繩重） ， N； m－ 把旋轉運動的部件折算到直線運動的變位質量 ， kg； a－ 各階段的加速度、減速度值 ， m/ 2s 。 當 a =0 時 ， F = cF ， 勻速運行 ； a＞ 0 時 ， F＞ cF ， 加速運行 ； a＜ 0 時 ， F＜ cF ，減速運 行 。 根據以上分析 ， F = f（ t）的力圖見圖 2－ 2： 太原科技大學畢業(yè)設計（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 提升機力圖 綜合以上提升機的運行特點以及礦山生產固有的特點，提升機工藝對提升機電控系統(tǒng)的要求如下： (1)加 (減 )速度符合國家有關安全生產規(guī)程的規(guī)定 提升人員時，加速度 2/ sma ? ，升降物料時，加速度 2/ sma? 。另外不得超過提升機的減速器所允許的動力矩。 (2)具有良好的調速性能 要求速度平穩(wěn)，調速方便，調速范圍大，能滿足各種運行方式及提升階段 (如加速、減速、等速、爬行等 )穩(wěn)定運行的要求。 (3)有較好的起動性能 提升機不同于其他機械，不可能待系統(tǒng)運轉后再裝加物料，因此，必須能重載啟動，有較高的過載能力。 (4)特性曲線要硬 要保證負載變化時，提升速度基本上不受影響，防止負載不同時速降過大，影響系統(tǒng)正常工作 (當然，當負載超過一定的限度時，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機機械特性 )。 (5)工作方式轉換容易 要能夠方便的進行自動、半自動、手動、驗繩、調繩等工作方式的轉換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉換影響 正常生產。 (6)采用新技術和節(jié)能設備 易于實現自動化控制和提高整個系統(tǒng)的工作效率。具備必要的連鎖和安全保護環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運行。盡量節(jié)約能源和降低運轉費用。 太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 7 礦井提升機的電氣傳動方案 礦井提升機的電氣傳動方式 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調速系統(tǒng)中的應用為例，詳細介紹了 交 直 交變頻調速 的 原理與傳動方案 。 （ 1） 繞線轉子異步電動機轉子回路串電阻調速系統(tǒng) （ 2） 直流可逆調速系統(tǒng) （ 3） 交流電動機交 － 交變頻調速系統(tǒng) （ 4）交 直 交變頻調 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生的電壓脈動的 “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成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。 （ 2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路 。 （ 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，以所確定的時間使 6 個開關器件導通、關斷就可以得到 3 相交流輸出。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關時間和電壓波形。 太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 8 傳動系統(tǒng)方案如圖 24 所示， CHV1901000G6 變頻器 采用并機方式，即由 2 臺 690V500KW 變頻器并機拖動 950KW 大功率提升機同步電機組成，每臺 圖 2— 4 變頻器調速方案 變頻器均配置輸入、輸出電抗器，與電動機同軸安裝 UVW 型同步電動機專用編碼器。制動器選用 2 臺 DBU3506 能耗制動單元；每臺制動單元連接 4Ω180KW 制動電阻。 控制電路由控制變壓器輸出的 AC220V 電源再通過隔離變壓器、開關電源后，輸出 AC220V、 DC24V、 DC12V電源分別提供給 PLC、顯示器、繼電器、檢測器件、電磁閥等；變頻器采用端子控制模式，操作指令由控 制臺發(fā)起，經 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，實現遠程控制。 為了提高變頻器對電機的精確控制，采用閉環(huán)控制模式， 防止溜鉤或因上 升或下降啟動時電機輸出轉矩不足而引起沖擊機械系統(tǒng)產生振動的現象。 變頻器多功能端子組 S1— S4 對應指令為頻率給定、上行、下行、復位；多功能模擬量輸入 AI2 設定外部頻率 采用 PLC 與變頻器相結合的控制方案對傳統(tǒng)電控系統(tǒng)進行改造，變頻調速是通過改變定子供電頻率， 成功實現了 提升 電動機大范圍的無級平滑調速，在運行過程中能隨 時根據電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)， 能夠滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果。 采用 PLC 對提升系統(tǒng)進行保護和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。因此 本次設計選用交流電動機交 － 交變頻調速系統(tǒng)。 太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 9 第 3 章 系統(tǒng) 控制方案 設計 控制單元基本原理 隨著 PLC 控制的日漸成熟，大多數礦井提升機電控系統(tǒng)都采用了 可編程序邏輯控制器 (Programmable logic controller)，簡稱 PLC， PLC 技術是現代工業(yè)自動化的重要手段，由它構成的控制系統(tǒng)邏輯控制由 PLC 通過軟件編程實現，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化 ； PLC 的輸入 /輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施，程序運行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高 。 PLC 控制系統(tǒng)結構為模塊化結構，維護更換方便，并可顯示故障類型。 圖 3－ 2 為可編程控制器控制系統(tǒng)。其輸入設備和輸出設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^一個編程器寫到可編程控制器的程序存儲器中。每個程序語句確定了一個順序，運行時依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內容進行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結果用以接通輸 出設備，控制被控對象工作。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內部的接線 (即硬件 )，而只需通過編程器改變程序存儲器中某些語句的內容。 輸 入 設 備按 鈕 、 限 位 開 關 、 操 作 手 柄可 編 程 控 制 器輸 出 設 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機 械 設 備 或 生 產 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為其具有高可靠性以及軟件可編程的優(yōu)點，在現代控制中越來越廣泛的應用。 對于一般提升機電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價格也不高。如圖 3－ 2 所示，如果采用 PLC 技術對 TKD 電控系統(tǒng)進行改造，把原來由各種電器通過連線而實 現的邏輯控制改由 PLC 通過軟件編程實現，則控制線路將大大簡化，設備體積、設備維修量將大大減小，抗干擾能力將大大增強，工作可靠性將大大提高，工藝改變時只需要改變控制程序即可。改造時保持原有的操作方式、按鈕、開關、主令控制器作用不變，則用戶使用起來將非常方便，太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 10 不需要適應期。同時可以利用 PLC 的高速計數功能、網絡通信功能、故障檢測及診斷功能、信號顯示功能等來增加一些新的控制功能，安全性將大大提高，運行將更加平穩(wěn)、準確，完全能夠滿足礦山生產的苛刻要求，而且投資相對較少，性價比較高，具有很強的實用價值。 控制 系統(tǒng)總體設計 基于 PLC 的 礦井提升機變頻調速控制系統(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， 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： 動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物 料的運輸任務。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力。 對于礦井提升機這樣的 大型 機械來說， 在電機脫離電源后， 由于運行慣性較大， 往往要經過一段時間才能停止轉動，這將影響生產效率，甚至威脅到生產人員的生命安全 和物料的運輸。因此必須在系統(tǒng)里加入制動器，避免產生“蠕動” 現象，從而保證運輸的人和物料的安全 。 液壓站：為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機械制動力，再取消直流制動力；提升機起動時，先對電機施加直流制動，再松開機械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 變頻器：是動力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉換成頻率可太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 11 調的電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉速的目的。 操作臺：操作臺設置兩個手柄，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運輸系統(tǒng)的控制核心，通過它可以設定系統(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，以實現對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、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)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機運輸系統(tǒng)的各種工作參數、工作狀態(tài)、故障參數和故障狀態(tài)。 提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采用微機主要完成如下參數的監(jiān)視 ： 提升過程中各工況參數 (如速度、電流 )監(jiān)視 ； 各主要設備運行狀態(tài)監(jiān)視 ； 各傳感器 (如位置開關、停車開關 )信號的監(jiān)視。使各種故障在出現之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數進行存儲、保留或打印輸出。