【正文】 T公司的 VECTOR系列變頻器采用磁通矢量控制技術(shù)，其性能達(dá)到了直流電機(jī)調(diào)速的水平。 在交流異步電動機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻的性能最好，調(diào)速范圍廣，可進(jìn)行無級調(diào)速，運(yùn)行效果好，采用變頻器，對籠型異步電動機(jī)進(jìn)行控制，由于使用方便，可靠性高，并且經(jīng)濟(jì)效益明顯，所以逐步得到推廣。 目前國外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典 ABB 、德國西門子等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無法實現(xiàn)閉環(huán)自 動 控制。因此國內(nèi)使用單位主要以進(jìn)口為主，很少使用國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品。 28 第五 章：系統(tǒng)設(shè)計 提升機(jī)電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 獨(dú)特的地理環(huán)境和構(gòu)造給礦井主電路設(shè)計和維護(hù)帶來諸多不便，本設(shè)計中我們用 P L C實現(xiàn)各種故障保護(hù)和對繼電器 I/O口觸點(diǎn)的控制，大大節(jié)約了人力物力財力，使維護(hù)變得安全可靠。來自系統(tǒng)各部分的保護(hù)信號直接引入到 P L C中， P L C將其處理后分為立即施閘、終端施閘、電氣制動和報警四類，根據(jù)不同故障控制閘控系統(tǒng) ， 控制聲光報警系統(tǒng)報警，并送監(jiān)視器顯 示故障類型。由保護(hù) P L C根據(jù)系統(tǒng)的安全要求，構(gòu)成軟件安全回路。還將由編碼器信號經(jīng)軟件計算后處理成罐籠在井筒中的在線速度， 進(jìn)行后備位置、 速度保護(hù)。 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)由動力裝置、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖 ： 動力裝置：包括主電機(jī)、電源模塊、制動器和底座，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力； 變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機(jī)，以達(dá)到控制交流 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 操作臺：操作臺設(shè)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(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，以實現(xiàn)對提升機(jī)啟動、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能?？刂票O(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)。 液壓傳感器 位移傳感器 速度傳感器 P L C SB61G75KW 監(jiān)控系統(tǒng) 操作臺 M A 光電編碼器 380V 29 圖 電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 PLC 外圍 硬件 設(shè)計 電源回路 電源部分采用雙回路供電模式，電源柜主要是給變頻柜和動力柜供電，同時用來進(jìn)行過流保護(hù)和電壓、電流測量。并且將操作臺中的主電源上電開關(guān)串入變頻柜送電斷路器的失壓脫扣線圈中，用來實現(xiàn)緊急停車。供電主回路示意圖如圖。 圖 主電路回路圖 動力柜主要是給油泵、風(fēng)機(jī)和操作臺供電，同時具有斷相、缺相、過流保護(hù)和電機(jī)過熱保護(hù)。其中油泵有 :制動油泵兩個，潤滑油泵兩個。操作臺采用 UPS電源供電。 操作臺電源供電方式，如圖 所示，從動力柜來的 AC220V 電在 操作臺中經(jīng)斷路器分六路供電，分別給兩套 PLC電源模塊供電、給數(shù)顯儀表供電、給開關(guān)電源 (AC220V 輸入， DC24V 輸出 )、給可調(diào)閘線性電源供電。其中 :開關(guān)電源分別給 DC24V回路、液壓站電磁閥和現(xiàn)場儀表供電。 30 圖 操作臺供電方式 位置信號采集及傳感器的信號采集 (l)行程開關(guān)的設(shè)置 1)深指器 (如圖 (a)所示 )上一共安裝七個行程開關(guān)，依次分別是 :上過卷開關(guān)、上終端開關(guān)、減速點(diǎn)開關(guān)、上井口開關(guān)、下終端開關(guān)、下過卷開關(guān)、下井口開關(guān)。其中上過卷開關(guān)，減速點(diǎn)開關(guān)，上下井口開關(guān)分別接常 閉 觸 點(diǎn)引入操作臺中。 2)輥筒 (如圖 (b)所示 )出繩口附近也安裝一個行程開關(guān)，用來檢測松繩(延時 85)，輥筒離合器附近安裝三個行程開關(guān)，分別用做檢測離合器分、合狀態(tài)和調(diào)繩閉鎖。 圖 深指器和輥筒 31 3)室外井架上安裝兩上終端開關(guān)，兩個過卷開關(guān)，兩個極限過卷開關(guān)。外接線時用防爆接線盒與電纜對接。 圖 井架及井筒行程開關(guān)的設(shè)置 在左右裝卸位置安一個，作 為上下終端開關(guān) 在左右裝卸位置往上 安一個，作 為上下過卷開關(guān) 在左右過卷往上 安一個，作 為上下極限過卷開關(guān)。 4)井筒中包括井架上安裝 6個防爆磁開關(guān) (一般為常開帶記憶型的 )。分別在如下位置安裝 : 在左右爬行入口處各安一個，作 為上下井口開關(guān) 在左 右減速開始點(diǎn)位置各安一個，作 為上下減速點(diǎn)開關(guān) 在左右減速點(diǎn)開關(guān)前 5米 各安一個，作 為上下深度校正開關(guān)。 如圖 。 (2)傳感器的安裝 傳感器的設(shè)置主要是針對液壓站和潤滑站兩部分。液壓站的主要作用是 :可以為盤式制動器提供不同的油壓值的壓力油，以獲得不同的制動力矩 。在事故狀態(tài)下，可以使制動 器的油壓迅速降到預(yù)選設(shè)定的某一值 P。級，經(jīng)過沿時后制動器的全部油壓迅速回到零，使制動器達(dá)到全制動狀態(tài)。 32 圖 液壓站及潤滑站 A液壓站部分 (如圖 (a)所示 )所需傳感器 壓力傳感器兩個、溫度傳感器一個、電接點(diǎn)壓力表一塊、電接點(diǎn)溫度表一塊，為防止壓力油過熱或者上凍在液壓站安裝電加熱器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )、風(fēng)冷卻器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )。 B潤滑站部分 (如圖 (b)所示 )所需傳感器 壓力傳感器一 個、溫度傳感器一個、電接點(diǎn)壓力表一塊、電接點(diǎn)溫度表一塊，為防止?jié)櫥瓦^熱或者上凍在潤滑站安裝電加熱器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )、冷卻水泵一臺 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )。 (3)編碼器輸入及隔離電路共四個編碼器，分別安裝于電機(jī)軸、深指器軸、天輪，主要用于采集速度、深度的電平信號 :電機(jī)軸頭安裝旋轉(zhuǎn)編碼器一個360P/r；輥筒主軸安裝旋轉(zhuǎn)編碼器一個 5000P/r 或 3000P/r；天輪處安裝旋轉(zhuǎn)編碼器兩個 1000P/r；深指器絲桿上安裝兩套霍爾傳感器 上述電平信號輸送到操作臺需要通過信號分配器分配，分別 進(jìn)入兩套 PLC模塊和控制回路中。信號隔離電路原理如圖 。圖 (a)中的旋轉(zhuǎn)編碼器為NPN型，圖 (b)中的旋轉(zhuǎn)編碼器為 PNP型，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的不同類型在接入高速技術(shù)模塊 FXZN 一 1HC時，需要注意接線方式。 圖 信號隔離電路原理圖 信號隔離電路對輸入的編碼信號進(jìn)行隔離處理，并將輸入的信號分為兩路。 33 經(jīng)雙路光電隔離輸出兩路。輸出信號成對出現(xiàn)，如 :輸入信號 XO，輸出兩路信號和其公共端成對出現(xiàn) :PLC1XO、 PLC1COMM， PLCZXO、 PLCZCOMM。共幾路就設(shè)計幾路輸出的隔離板。輸 入信號可通過跳線選擇 PNP或 NPN輸入。 安全回路 安全回路用于防止和避免提升機(jī)發(fā)生意外故障。硬安全回路通過硬件回路實現(xiàn)，無論 PLC 單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開。如圖 所示，本系統(tǒng)安全回路采用兩個接觸器并聯(lián)使用，以提高系統(tǒng)的安全性能，在安全回路中串有很多保護(hù)觸頭，當(dāng)提升機(jī)發(fā)生故障時，故障對應(yīng)的保護(hù)觸頭動作， ACI 和 ACZ 斷電，系統(tǒng)會立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器、制動油泵，斷開安全閥和 KT 線圈，進(jìn)行緊急安全制動。 ACI 和 ACZ 斷電的同時， PLC 和外圍硬件回路同時動作，控制工作閘對提升機(jī)迅速施閘。 如圖 所示，安全回路包含多種保護(hù)觸點(diǎn)，安全回路的保護(hù)由以下幾個部分組成 : 圖 安全回路原理圖 ①主令、控制手柄零位聯(lián)鎖 包括主令零位中繼常開觸點(diǎn) KA013 和制動緊閘中繼常開觸點(diǎn) KA043 當(dāng)主 34 令手柄處于零位時，零位繼電器 KA01 閉合 。制動手柄處于緊閘位置時，緊閘繼電器 KA04 閉合，這時允許安全回路接通。主令零位中繼和制動緊閘中繼在提升機(jī)正常啟動后均處于斷開位置，但因接接觸器 ACI 的輔助觸頭自鎖，所以安全回 路仍然通電。當(dāng)提升機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生安全制動而中途停車后，即安全回路斷電，必須將主令手柄和制動手柄分別恢復(fù)到零位及緊閘位置，安全回路才能重新接通，解除安全制動，再次重新啟動電機(jī)，這樣可以防止突然跑車。 ②主電源斷電保護(hù) 當(dāng)主電源斷路器斷開，會使繼電器 KA27 動作，中繼 KA27 的兩路 KA27KA272 送入 PLC 主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路常開觸點(diǎn) KA273 通過安全回路進(jìn)行硬保護(hù)，一旦主失電回路斷開安全回路，實施安全制動。 ③機(jī)械閘瓦磨損保護(hù) 提升機(jī)機(jī)械閘裝有閘瓦磨損開關(guān)，當(dāng)閘瓦磨損超限時，會使機(jī)械閘制動 力不足，如果不進(jìn)行保護(hù)很可能發(fā)生跑車事故。 KA23 為閘開關(guān)中繼，當(dāng)閘瓦磨損到一定程度或彈簧疲勞到一定程度時，觸頭 KA233 斷開，斷開安全回路，進(jìn)行安全制動。待更換新閘瓦后，方能開車。 FWS 為調(diào)閘皮轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)閘開關(guān)磨損或彈簧疲勞使 AC 掉電時，需要進(jìn)行調(diào)閘操作。重新接通 AC 回路。 ④過卷保護(hù) 過卷是指提升容器在停車位置沒有停止運(yùn)行，超過了停車位置的現(xiàn)象。發(fā)生這種現(xiàn)象時，當(dāng)提升容器超出正常車位置 時，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，提升機(jī)實現(xiàn)安全制動。過卷以后，如需繼續(xù)開車，司機(jī)必須根據(jù)過卷的方向，扭動過 卷復(fù)位開關(guān)，安全回路才能重新接通。若司機(jī)將過卷復(fù)位開關(guān)位置扭錯，則不能開車，以保證開車方向與原開車方向相反。過卷故障解除后，司機(jī)應(yīng)將過卷復(fù)位開關(guān)重新復(fù)位后再開車。 KAO KA0 KA1 KA14 為過卷開關(guān)中繼。其中 KAO KAO7 用來外接深度指示器上的行程開關(guān)， KA13， KA14 用來外接裝于井架或井筒中的防爆磁開關(guān)。當(dāng)提升容器超過正常裝卸位置過卷時，碰壓過卷開關(guān)或防爆磁開關(guān)動作，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。圖中的 FW3 為過卷復(fù)位開關(guān)的觸點(diǎn)，它的作用有兩個 :一個是用以短路動作過卷中繼回路，使AC 回路暫時 接通，解除安全制動 。再一個是使系統(tǒng)必須反向開車，以防止繼續(xù)過卷而擴(kuò)大事故。 ⑤制動油超壓保護(hù) 當(dāng)液壓站制動油壓超壓時，會使機(jī)械閘制動力不足，嚴(yán)重時不能制動。 KA29為制動油過壓中繼，當(dāng)制動油過壓時，其電接點(diǎn)壓力表上限開關(guān)閉合， KA29 繼電器通電，其常閉點(diǎn)打開。控制系統(tǒng)對制動油壓進(jìn)行兩路保護(hù)，繼電器 KA29 的一路 KA29 KA292 送入 PLC 主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路 KA293 通過安全回路進(jìn)行硬保護(hù)，從而保證了更高的安全性。 35 ⑥ SBI 為急停開關(guān)，當(dāng)提升機(jī)工作不正常且 PLC 沒有做出判斷時，可由司機(jī)按下 此按鈕使 AC 掉電，產(chǎn)生安全制動。 KA47 為后備保護(hù)動作中繼，當(dāng)后備保護(hù)動作后，該觸頭斷開。 SAI 為應(yīng)急開關(guān)，指系統(tǒng)中兩套 PLC 故障時，能夠脫開 PLC 的控制，外設(shè)一套硬繼電器回路實現(xiàn)應(yīng)急運(yùn)行，完成本次提升。 ⑦松繩保護(hù) 提升機(jī)在運(yùn)行過程中如發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故，特別是斜井提升機(jī)常因提升機(jī)加 (減 )速度與自然加 (減 )速度不吻合時產(chǎn)生松繩。發(fā)生松繩現(xiàn)象時，調(diào)節(jié) 5 秒后，若沒有消除松繩現(xiàn)象，斷開安全回路，進(jìn)行安全制動。 ⑧ KB0 KB012 為軟 AC 中繼。是兩個 PLC 輸出的故障中繼，當(dāng)提升機(jī)發(fā)生故障時， PLC 根據(jù)故障類型分?jǐn)嘬?AC 中繼，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。 ⑨調(diào)繩聯(lián)鎖保護(hù) 提升機(jī)調(diào)繩時，需將調(diào)繩開關(guān)置調(diào)繩位，保證提升機(jī)在全抱閘狀態(tài)下進(jìn)行離合器的打開和合上。調(diào)繩閉鎖回路由安全回路中的 KA5 KA5 KA3 FWll、FWS 所組成。此回路在調(diào)繩過程中起安全保護(hù)作用。雙卷筒提升機(jī)換水平調(diào)繩時，調(diào)繩轉(zhuǎn)換開關(guān) FWS 打到調(diào)繩位置使調(diào)繩連鎖環(huán)節(jié)串入安全回路。正常運(yùn)行時， FWS 打在正常位置，調(diào)繩連鎖不起作用。 各機(jī)構(gòu)安全保護(hù)及檢測 來自提升系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，操作信號和保護(hù)信號均引入到操作保 護(hù)系統(tǒng)中，這些參數(shù)和信號與操作控制相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算和閉鎖，最后產(chǎn)生控制指令。如圖 所示，另一方面，操作保護(hù)系統(tǒng)將與故障保護(hù)相關(guān)的信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算和判斷，最后處理為立即施閘、提升終了施閘、電氣制動和報警，同時將這些參數(shù)和信號送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警和施閘方式。提升機(jī)的保護(hù)主要由安全回路來實現(xiàn)，安全回路設(shè)計成雙線制。 其故障處理方式有三種 : ①故障信號預(yù)報。如潤滑油壓異常、主電動機(jī)軸承過熱等 。 ②事故停車，即完成本次提升后閉鎖。如開車過程中制動油過熱或潤滑油過熱等。 ③緊急停車，即立即進(jìn)行電氣 和機(jī)械制動，停車后閉鎖。如等速段超速、減速段超速、運(yùn)行錯向等。 36 圖 礦井提升機(jī)系統(tǒng)保護(hù)信號分類 軟件 設(shè)計 由于工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成：參