【正文】 T公司的 VECTOR系列變頻器采用磁通矢量控制技術，其性能達到了直流電機調速的水平。 在交流異步電動機的諸多調速方法中，變頻的性能最好，調速范圍廣，可進行無級調速，運行效果好，采用變頻器，對籠型異步電動機進行控制，由于使用方便，可靠性高，并且經濟效益明顯，所以逐步得到推廣。 目前國外變頻調速技術發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，如日本富士、瑞典 ABB 、德國西門子等變頻調速系統(tǒng)應用領域非常廣泛。國內變頻調速技術發(fā)展較慢，產品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產的需求，而且無法實現(xiàn)閉環(huán)自 動 控制。因此國內使用單位主要以進口為主，很少使用國內生產的產品。 28 第五 章：系統(tǒng)設計 提升機電控系統(tǒng)總體結構 獨特的地理環(huán)境和構造給礦井主電路設計和維護帶來諸多不便，本設計中我們用 P L C實現(xiàn)各種故障保護和對繼電器 I/O口觸點的控制，大大節(jié)約了人力物力財力，使維護變得安全可靠。來自系統(tǒng)各部分的保護信號直接引入到 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 P L C根據(jù)系統(tǒng)的安全要求，構成軟件安全回路。還將由編碼器信號經軟件計算后處理成罐籠在井筒中的在線速度， 進行后備位置、 速度保護。 基于 PLC控制的大功率礦井提升機變頻調速控制系統(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、電源模塊、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； 變頻調速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉換成頻率可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(xiàn)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?？刂票O(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(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)總體結構圖 PLC 外圍 硬件 設計 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，同時用來進行過流保護和電壓、電流測量。并且將操作臺中的主電源上電開關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、風機和操作臺供電，同時具有斷相、缺相、過流保護和電機過熱保護。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、給開關電源 (AC220V 輸入， DC24V 輸出 )、給可調閘線性電源供電。其中 :開關電源分別給 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)行程開關的設置 1)深指器 (如圖 (a)所示 )上一共安裝七個行程開關，依次分別是 :上過卷開關、上終端開關、減速點開關、上井口開關、下終端開關、下過卷開關、下井口開關。其中上過卷開關，減速點開關，上下井口開關分別接常 閉 觸 點引入操作臺中。 2)輥筒 (如圖 (b)所示 )出繩口附近也安裝一個行程開關，用來檢測松繩(延時 85)，輥筒離合器附近安裝三個行程開關，分別用做檢測離合器分、合狀態(tài)和調繩閉鎖。 圖 深指器和輥筒 31 3)室外井架上安裝兩上終端開關，兩個過卷開關，兩個極限過卷開關。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的設置 在左右裝卸位置安一個，作 為上下終端開關 在左右裝卸位置往上 安一個，作 為上下過卷開關 在左右過卷往上 安一個，作 為上下極限過卷開關。 4)井筒中包括井架上安裝 6個防爆磁開關 (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 在左 右減速開始點位置各安一個，作 為上下減速點開關 在左右減速點開關前 5米 各安一個，作 為上下深度校正開關。 如圖 。 (2)傳感器的安裝 傳感器的設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選設定的某一值 P。級，經過沿時后制動器的全部油壓迅速回到零，使制動器達到全制動狀態(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、電接點壓力表一塊、電接點溫度表一塊，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、電接點壓力表一塊、電接點溫度表一塊，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，分別安裝于電機軸、深指器軸、天輪，主要用于采集速度、深度的電平信號 :電機軸頭安裝旋轉編碼器一個360P/r；輥筒主軸安裝旋轉編碼器一個 5000P/r 或 3000P/r；天輪處安裝旋轉編碼器兩個 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)中的旋轉編碼器為NPN型，圖 (b)中的旋轉編碼器為 PNP型，根據(jù)旋轉編碼器的不同類型在接入高速技術模塊 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行隔離處理，并將輸入的信號分為兩路。 33 經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觸頭，當提升機發(fā)生故障時，故障對應的保護觸頭動作， ACI 和 ACZ 斷電，系統(tǒng)會立即解除運行控制指令，封鎖變頻器、制動油泵，斷開安全閥和 KT 線圈，進行緊急安全制動。 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迅速施閘。 如圖 所示，安全回路包含多種保護觸點，安全回路的保護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 KA013 和制動緊閘中繼常開觸點 KA043 當主 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。當提升機在運轉中產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，這樣可以防止突然跑車。 ②主電源斷電保護 當主電源斷路器斷開，會使繼電器 KA27 動作，中繼 KA27 的兩路 KA27KA272 送入 PLC 主備系統(tǒng)內部進行保護，另一路常開觸點 KA273 通過安全回路進行硬保護，一旦主失電回路斷開安全回路，實施安全制動。 ③機械閘瓦磨損保護 提升機機械閘裝有閘瓦磨損開關，當閘瓦磨損超限時，會使機械閘制動 力不足，如果不進行保護很可能發(fā)生跑車事故。 KA23 為閘開關中繼，當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，進行安全制動。待更換新閘瓦后，方能開車。 FWS 為調閘皮轉換開關，當閘開關磨損或彈簧疲勞使 AC 掉電時，需要進行調閘操作。重新接通 AC 回路。 ④過卷保護 過卷是指提升容器在停車位置沒有停止運行，超過了停車位置的現(xiàn)象。發(fā)生這種現(xiàn)象時，當提升容器超出正常車位置 時，過卷開關動作，使安全回路斷開，提升機實現(xiàn)安全制動。過卷以后，如需繼續(xù)開車，司機必須根據(jù)過卷的方向，扭動過 卷復位開關，安全回路才能重新接通。若司機將過卷復位開關位置扭錯，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，司機應將過卷復位開關重新復位后再開車。 KAO KA0 KA1 KA14 為過卷開關中繼。其中 KAO KAO7 用來外接深度指示器上的行程開關， KA13， KA14 用來外接裝于井架或井筒中的防爆磁開關。當提升容器超過正常裝卸位置過卷時，碰壓過卷開關或防爆磁開關動作，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。圖中的 FW3 為過卷復位開關的觸點，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)過卷而擴大事故。 ⑤制動油超壓保護 當液壓站制動油壓超壓時，會使機械閘制動力不足，嚴重時不能制動。 KA29為制動油過壓中繼，當制動油過壓時，其電接點壓力表上限開關閉合， KA29 繼電器通電，其常閉點打開?？刂葡到y(tǒng)對制動油壓進行兩路保護，繼電器 KA29 的一路 KA29 KA292 送入 PLC 主備系統(tǒng)內部進行保護，另一路 KA293 通過安全回路進行硬保護，從而保證了更高的安全性。 35 ⑥ SBI 為急停開關，當提升機工作不正常且 PLC 沒有做出判斷時，可由司機按下 此按鈕使 AC 掉電，產生安全制動。 KA47 為后備保護動作中繼，當后備保護動作后，該觸頭斷開。 SAI 為應急開關，指系統(tǒng)中兩套 PLC 故障時，能夠脫開 PLC 的控制，外設一套硬繼電器回路實現(xiàn)應急運行，完成本次提升。 ⑦松繩保護 提升機在運行過程中如發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故，特別是斜井提升機常因提升機加 (減 )速度與自然加 (減 )速度不吻合時產生松繩。發(fā)生松繩現(xiàn)象時，調節(jié) 5 秒后，若沒有消除松繩現(xiàn)象，斷開安全回路，進行安全制動。 ⑧ KB0 KB012 為軟 AC 中繼。是兩個 PLC 輸出的故障中繼，當提升機發(fā)生故障時， PLC 根據(jù)故障類型分斷軟 AC 中繼，使 AC 斷電，實現(xiàn)安全制動。 ⑨調繩聯(lián)鎖保護 提升機調繩時，需將調繩開關置調繩位，保證提升機在全抱閘狀態(tài)下進行離合器的打開和合上。調繩閉鎖回路由安全回路中的 KA5 KA5 KA3 FWll、FWS 所組成。此回路在調繩過程中起安全保護作用。雙卷筒提升機換水平調繩時，調繩轉換開關 FWS 打到調繩位置使調繩連鎖環(huán)節(jié)串入安全回路。正常運行時， FWS 打在正常位置，調繩連鎖不起作用。 各機構安全保護及檢測 來自提升系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)和運行參數(shù)，操作信號和保護信號均引入到操作保 護系統(tǒng)中，這些參數(shù)和信號與操作控制相關內容進行邏輯運算和閉鎖，最后產生控制指令。如圖 所示，另一方面，操作保護系統(tǒng)將與故障保護相關的信號進行邏輯運算和判斷，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。提升機的保護主要由安全回路來實現(xiàn)，安全回路設計成雙線制。 其故障處理方式有三種 : ①故障信號預報。如潤滑油壓異常、主電動機軸承過熱等 。 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，即立即進行電氣 和機械制動，停車后閉鎖。如等速段超速、減速段超速、運行錯向等。 36 圖 礦井提升機系統(tǒng)保護信號分類 軟件 設計 由于工藝比較復雜，本程序采用主子程序模塊化順序結構進行編程，程序中的內存地址可分成：參