【導(dǎo)讀】塌陷的充填物等輔助材料，以及升降人員之用。因此對副井提升機(jī)的安。全性要比主井提升機(jī)的安全要求要高的多。課題對煤礦副井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，對主要電路圖。制，使副井提升機(jī)平穩(wěn)安全的運(yùn)行。展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機(jī)是電動(dòng)機(jī)通過減速器。上世紀(jì)七十年代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變。1981年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國Monopol礦問。融合成一體的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器應(yīng)。用于提升機(jī)控制。計(jì)算機(jī)和PLC的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)。到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段?？匮b置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。時(shí)間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電。國產(chǎn)提升機(jī)安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位—上下兩井口減速

　　

【正文】 與圓光柵畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 上透光線條數(shù)相等。如果在一個(gè)參考點(diǎn)后面的脈沖數(shù)被累加，計(jì)算值就代表了轉(zhuǎn)動(dòng)角度或行程的參數(shù)。 (2)旋轉(zhuǎn)編碼器的選型 本控制系統(tǒng)所用軸編碼器是歐姆龍公司的 E6A2 一 CWZ6C360P／ R 型軸編碼器，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周該編碼器可以產(chǎn)生 360 個(gè)脈沖，該編碼器可以生成 A、 B 兩相脈沖，分別對應(yīng)被控裝置的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。編碼器軸每旋轉(zhuǎn)一圈， A 相和 B 相都發(fā)出相同的脈沖個(gè)數(shù)，但是 A 相和 B 相之間存在一個(gè) 90176。（電氣角的一周期為 360176。）的電氣角相位差，可以根據(jù)這個(gè)相位差來判斷編碼器旋轉(zhuǎn)的方向是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)時(shí)， A 相超前B 相 90176。先進(jìn)行相位輸出，反轉(zhuǎn)時(shí)， B 相超前 A 相 90176。先進(jìn)行相位輸出。編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈， Z 相只在一個(gè)固定的位置發(fā)一個(gè)脈沖，所以可以作為復(fù)位相或零位相來使用。 圖 脈沖編碼器輸出波形 本控制系統(tǒng)中通過 2軸編碼器檢測提升機(jī)卷筒轉(zhuǎn)速， 2軸編碼器的輸出脈沖由 PLC 內(nèi)部的可逆高速計(jì)數(shù)器 C25l 計(jì)數(shù)，罐籠在井筒中的運(yùn)行方向與 C251 的計(jì)數(shù)方向及特殊輔助繼電器 M8251 的狀態(tài)對應(yīng)，罐籠在井筒中上行時(shí) C251 加計(jì)數(shù)， M8251 常開觸點(diǎn)接通；罐籠在井筒中下行時(shí) C251 減計(jì)數(shù)， M8251 常閉觸點(diǎn)接通。 （ 2）罐籠在井筒中的位置測量 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 卷筒轉(zhuǎn)速及提升容器在井筒中的位置由 E6A2 一 CWZ6C 360P／ R 型軸編碼器測量。提升機(jī)初次使用時(shí)先手動(dòng)低速運(yùn)行一個(gè)循環(huán)，從而得出滿行程時(shí) C251 的當(dāng)前值，即滿行程對應(yīng)的脈沖數(shù)，然后利用比例關(guān)系分析計(jì)算即可知道罐籠在井筒中的當(dāng)前位置。 設(shè)井筒深度為 H(本系統(tǒng)中井筒深 400 m)。若提升罐籠從井口下放到井底高 速計(jì)數(shù)器 C251 記錄的全程脈沖數(shù)為 C，則當(dāng)提升容器下放時(shí)，若 C251 的當(dāng)前值是 X,則提升容器在井筒中的位置高度 XHh C? 式 () 當(dāng)容器上提時(shí)，若 C251 的當(dāng)前值是 X，則提升容器在井筒中的位置高度 39。 (1 )XhH C?? 式 () （三） 速度檢測 提升容器在井筒中運(yùn)行速度測量的原理是將 2編碼器輸出的編碼信號對時(shí)間求積分．而后再乘以修正系數(shù)。計(jì)算方法見式 (),其中D100 中的數(shù)值為速度脈沖信號在 0． 2 s 內(nèi)的積分結(jié)果， D125 中的數(shù)值為速度值。為了提高速度檢測的精度 ,本控制系統(tǒng)中對速度脈沖在 內(nèi)求積分，由于實(shí)際上速度相當(dāng)于 1s 內(nèi)的行程值 ,故數(shù)據(jù)寄存器 D100中的內(nèi)容需要乘以 5 后再轉(zhuǎn)換為速度。 5125 100 HDD C?? 式 () 用 PLC 將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將采集到的位置可以用于 S 型速度曲線的變速調(diào)節(jié)；將采集到的速度可用于速度保護(hù)部分，即過速保護(hù)。同時(shí)，計(jì)數(shù)值也能夠經(jīng)過計(jì)算得出目前罐車所在的位置及提升機(jī)運(yùn)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(jì)行程誤畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 差，分別在井筒和井底安裝了兩個(gè)同步開關(guān)，對行程位置進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)這兩個(gè)同步開關(guān)還用作兩個(gè)減速點(diǎn)用。在初次調(diào)試時(shí)，兩個(gè)減速點(diǎn)和同步開關(guān)的位置都應(yīng)設(shè)定好。 硬件調(diào)速控制系統(tǒng)保護(hù)措施 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(dòng)機(jī)發(fā)生相間短路或在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)能切斷故障電路。 （ 2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作。空氣斷路器可以用來頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)．并對電動(dòng)機(jī)實(shí)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(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流 (即指主觸頭的額定電流 )選擇得大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電流 ～ 倍即可。即 ? 式中： kI — 空氣斷路器的額定電流（ A）； 0I — 電機(jī)正常工作時(shí)的額定電流（ A）； 空氣斷路器的額定電壓應(yīng)大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電壓 1 .3 1 4 8 1 9 2 .4kI ? ? ?A 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。 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(dòng)時(shí)間，又容易堵轉(zhuǎn)， 且又長期處于頻繁起動(dòng) 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(dòng)空氣開關(guān)保護(hù)，應(yīng)選用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 帶長延時(shí)脫扣器的自動(dòng)空氣開關(guān)。對大功率的重要電動(dòng)機(jī)采用反時(shí)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(dòng)機(jī)電源的方法實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在一些特殊場合，也可以通過發(fā)出警報(bào)或使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)減載來實(shí)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，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流的 ～ 倍選取熱繼電器的額定電流。 熱繼電器的整定值 fzI 一般為電動(dòng)機(jī)額定電流值 0I 。 即： fzI = 0I 根據(jù)電機(jī)實(shí)際負(fù)載與工藝流程的要求，也可上下波動(dòng) 5%，本系統(tǒng)取 倍電流保護(hù)，即： fzI = =*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(dòng)與手動(dòng)復(fù)位。 二、調(diào)速控制系統(tǒng)抗干擾處理 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(dòng)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(diǎn)在開閉時(shí)，會(huì)因電流急劇變 化而產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，有時(shí)會(huì)使變頻器和 PLC 的控制回路產(chǎn)生誤動(dòng)作，需要在這種干擾源的線圈、觸點(diǎn)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(diǎn)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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 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(shí)結(jié)露。另外在提升機(jī)周圍振動(dòng)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(dòng)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，一般用于戶外或粉塵污染嚴(yán)重等較為惡劣場所。變頻器的安裝應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離對噪聲敏感的裝置。 變頻器、電動(dòng)機(jī)和變頻器負(fù)荷電纜屏蔽層的兩端必須就近可靠接地，規(guī)范的接地方式不但可以保證人身安全，而且可以減少電磁輻射和嗓聲，必要時(shí)可考慮設(shè)置變頻器專用接地裝置。 輸入輸出濾波 變頻器輸出交流電后應(yīng)加入濾波器，然后再將濾波后的交流電送入電機(jī)，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。變頻器的一次側(cè)安裝進(jìn)線電抗器，可以降低諧波電流，改善功率因數(shù)，最大限度地減少諧波 對電動(dòng)機(jī)以及其他弱電設(shè)備的影響；抑制電網(wǎng)電壓的電流沖擊，有效地保護(hù)變頻器，免受其他產(chǎn)生諧波的設(shè)備諧波的影響。變頻器二次側(cè)安裝的負(fù)載電抗器，又稱輸出電抗器。它補(bǔ)償長導(dǎo)線充電電流，從而限制電纜容性充電電流，使電動(dòng)機(jī)在引線較長時(shí)電動(dòng)機(jī)免受過電壓、 PWM 電壓脈沖的電氣應(yīng)力、過熱和定子絕緣惡化等損害；同時(shí)，吸收輸出諧波，降低電動(dòng)機(jī)噪聲；限制電動(dòng)機(jī)繞組電壓上升率；起限流器的作用，在電動(dòng)機(jī)短路的情況下保護(hù)變頻器；減緩短路電流上升率，保護(hù)電路有時(shí)間對短路作出反應(yīng)；會(huì)吸收電動(dòng)機(jī)負(fù)載引起的電流浪涌，可避免變頻器誤跳閘。從提高變 頻器安全可靠運(yùn)行角度，相比較而言，進(jìn)線電抗器起主要作用。正確選用合適的電抗器與變頻器配套使用，提高了變頻器系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)行性能和效率，延長了變頻器和電動(dòng)機(jī)的壽命。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 如果不加入輸出濾波器，三電平變頻器輸出時(shí)，電機(jī)電流總諧波失真可以達(dá)到 17%左右，會(huì)引起電機(jī)諧波發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，輸出電壓跳變臺(tái)階為一半直流母線電壓，電壓跳變率較大，會(huì)影響電機(jī)絕緣。輸出濾波器有 du/dt 濾波器和正弦濾波器兩種 ,本系統(tǒng)采用的是正弦濾波器，其濾波器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 濾波器結(jié)構(gòu)圖 輸出正弦濾波器中電感 L 和電容 C 參數(shù)的選擇 受以下條件的約束 :①電感器上基波電壓降越小越好。②電容器中的基波電流越小越好。③電感器和電容器構(gòu)成的串聯(lián)諧振頻率離逆變橋輸出脈沖電壓 (即 LC 濾波電路的輸入電壓 )中的最低次諧波頻率越遠(yuǎn)越好，圖 濾波器結(jié)構(gòu)圖也就是使 LC 濾波器中的高次諧波電流盡可能小。④在逆變橋脈沖突然封鎖時(shí)，電容 C 不能與電動(dòng)機(jī)發(fā)生振蕩電壓幅值超過 l0kV 的自激振蕩，即電容 C 的選擇應(yīng)參考電動(dòng)機(jī)的激磁電感參數(shù)。 式中： mX 為電機(jī)的激磁阻抗。 調(diào)速控制系統(tǒng)軟件流程 主程序流程圖如圖 所示，其中包括兩個(gè)主要的功能模塊：中斷子程序功能模塊和故障處理子程序功能模塊。主程序完成系統(tǒng)初始化、自檢、故障診斷、調(diào)速系統(tǒng)控制等工作。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 圖 PLC 工作流程圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 小結(jié) 礦井提升機(jī)是在繁重而復(fù)雜的條件下工作的設(shè)備，是礦井的咽喉。提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要由動(dòng)力裝置、液壓站、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成。本章介紹了提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)，包括變頻調(diào)速部分、 PLC 可編程控制器部分及安全保護(hù)和抗干擾部分。 變頻調(diào)速控制 系統(tǒng)進(jìn)行恒加速變頻調(diào)速啟動(dòng)，恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運(yùn)行等。變頻調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)精度高。采用變頻調(diào)速后，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動(dòng)和平滑調(diào)速。變頻器調(diào)速還可通過軟件很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩 (即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線 )和加減速時(shí)間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。能夠使提升機(jī) S 形速度給定很好的得到實(shí)現(xiàn)。 PLC 控制安全保護(hù)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成。 PLC 以軟件可編程的方式代替了大量的交流接觸器進(jìn)行控制，克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路復(fù)雜，破損率高等缺點(diǎn)，提高了電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性和 安全性。另外憑其強(qiáng)大的控制功能，除能實(shí)現(xiàn)一般的過壓、欠壓、過載、短路等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)限速保護(hù)功能等，能在很大范圍內(nèi)對提升機(jī)進(jìn)行安全保護(hù)和智能控制，具有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 總結(jié) 本文所作的主要研究工作礦井副井提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速當(dāng)中存在的提升機(jī)調(diào)速性能差、故障率高、能耗大等問題展開的。借助于現(xiàn)已成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，并嘗試將可編程控制器（ PLC）強(qiáng)大的控制功能與變頻技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中，以求能夠改善礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)性能。在本文中主要探討了 PLC 所要完成的保護(hù)控制功能及其極為重要的提升機(jī)速度控制理論與實(shí)現(xiàn)。全文主要工作如下： 提升機(jī)電控系統(tǒng)主電路部分 結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況，分析提升機(jī)工作過程及工作特點(diǎn)。確定基于 PLC 控制的大功率礦井提升機(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。 變頻調(diào)速單元采用森蘭 SB61系列 SB61G110KW 通用變頻器。它與 PLC通過模擬量輸入接口相連，提升機(jī) S 形速度給定曲線由 PLC 通過軟件編程產(chǎn)生通過變頻器模擬量輸入器對電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。另外變頻器外接電路能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報(bào)警及提升機(jī)能耗 制動(dòng)控制。 PLC 控制部分采用日本三菱 FX2N— 80MR，主要接受外部控制信號，改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車等。 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、過載監(jiān)視、松繩監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、深度指示器失效監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時(shí)，通過報(bào)警畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 回路報(bào)警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。 調(diào)速系統(tǒng)將 PLC 與變頻器相結(jié)合，大大減少了硬件器件和連接控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。 提升機(jī)速度控制理論分析及抗干擾保護(hù) 煤礦副 井提升機(jī)經(jīng)常被用來接送上下班的工人，因此在保證提升機(jī)的安全性之外舒適性也很重要。本文對這種理想的 S 形速度曲線在提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析論證，確定采用 S 形速度控制方式能夠進(jìn)一步提高提升機(jī)運(yùn)行的安全性、舒