【正文】 行保護。一般情況下，根據(jù)電動機的額定電流的倍選取熱繼電器的額定電流。熱繼電器的整定值一般為電動機額定電流值。即：。根據(jù)電機實際負(fù)載與工藝流程的要求，也可上下波動5%，即:。另外，根據(jù)礦山提升系統(tǒng)的要求，還應(yīng)對提升機進行斷相保護，因此應(yīng)選用帶斷相保護裝置的熱繼電器， 本控制系統(tǒng)選用施耐德熱繼電器：LR2F1579C。它具有斷相保護，清晰度補償，脫扣指示功能，并能自動與手動復(fù)位。 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、觸點在開閉時，會因電流急劇變化而產(chǎn)生很強的電磁干擾，有時會使變頻器和PLC的控制回路產(chǎn)生誤動作，需要在這種干擾源的線圈、觸點兩端并聯(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。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停止工作時結(jié)露。另外在提升機周圍振動大，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)遠離對噪聲敏感的裝置。變頻器、電動機和變頻器負(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，對電機進行調(diào)速。變頻器的一次側(cè)安裝進線電抗器，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機以及其他弱電設(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。它補償長導(dǎo)線充電電流，從而限制電纜容性充電電流，使電動機在引線較長時電動機免受過電壓、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，吸收輸出諧波，降低電動機噪聲；限制電動機繞組電壓上升率；起限流器的作用，在電動機短路的情況下保護變頻器；減緩短路電流上升率，保護電路有時間對短路作出反應(yīng)；會吸收電動機負(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行角度，相比較而言，進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、運行性能和效率，延長了變頻器和電動機的壽命。如果不加入輸出濾波器，三電平變頻器輸出時，電機電流總諧波失真可以達到17%左右，會引起電機諧波發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動，輸出電壓跳變臺階為一半直流母線電壓，電壓跳變率較大，會影響電機絕緣。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3—13所示。圖313 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越好，圖314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。LC濾波器諧振頻率為。④ 在逆變橋脈沖突然封鎖時，電容C不能與電動機發(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)參考電動機的激磁電感參數(shù)。式中：為電機的激磁阻抗傳輸線路處理1）信號線與動力線盡可能垂直，不得不平行時盡可能保持較大的間距；穿45管敷設(shè)時使兩者分開在不同的管內(nèi)；用匯線槽敷設(shè)時不同種類的信號線，信號線與動力線之間設(shè)置隔離金屬板；同一多心電纜內(nèi)走同種類的信號。這樣可以有效的減少干擾信號的耦合。2）信號傳輸線路采用屏蔽雙絞線。在外界干擾磁場作用下，同一導(dǎo)線的相鄰的兩扭環(huán)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的相反方向的干擾電流抵消，雖然不可能完全為零，但可以減小到很小。3）傳輸線路屏蔽。傳輸線路采用帶有絕緣護套的金屬屏蔽層進行屏蔽，通過屏蔽層接地可以使導(dǎo)線與導(dǎo)線之間的耦合趨近于零，大大降低了線與線之間的分布電容所引起的電容性耦合噪聲。4）變頻器和PLC的控制信號為微弱的電壓、電流信號，所以與主回路不同，對于變頻器的輸出回路是強電磁干擾源，因此，變頻器和PLC控制回路的配線不能與變頻器主回路配線在同一根鐵管或同一配線槽內(nèi)敷設(shè)。為了進一步提高抗干擾效果，還應(yīng)采用電纜。電磁感應(yīng)干擾的大小與電纜的長度成比例，所以還要盡可能縮短敷設(shè)電纜。 本章小結(jié) 本章介紹了提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件電路實現(xiàn)，包括變頻調(diào)速部分、PLC可編程控制器部分及安全保護和抗干擾部分。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進行恒加速變頻調(diào)速啟動，恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運行等。變頻調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)精度高。采用變頻調(diào)速后，電機可以實現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(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)矩補償曲線)和加減速時間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。能夠使提升機S形速度給定很好的得到實現(xiàn)。 PLC控制安全保護系統(tǒng)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，提高了電力傳動控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。另外憑其強大的控制功能，除能實現(xiàn)一般的過壓、欠壓、過載、短路等保護外，還設(shè)有聯(lián)鎖保護、自動限速保護功能等，能在很大范圍內(nèi)對提升機進行安全保護和智能控制，具有很好的應(yīng)用和推廣價值。4 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 軟件控制是提升機調(diào)速控制的靈魂。由于采用集散化、模塊化和組合化設(shè)計，使整個調(diào)速系統(tǒng)的硬件整潔，各個部件既相對獨立，又相互聯(lián)系成為有機的整體，許多功能通過軟件實現(xiàn)，安全性得到了大大的提高，確保了提升機調(diào)速電控系統(tǒng)的有效運行。冗余控制是在控制系統(tǒng)中增加備用關(guān)鍵設(shè)備，如果工作中發(fā)生故障，控制系統(tǒng)以最快速度啟動備用設(shè)備，從而維持系統(tǒng)的正常工作。PLC在提升機控制系統(tǒng)中的重要性不言而喻，控制器一旦出現(xiàn)故障，整個提升系統(tǒng)將會癱瘓，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)。可靠性再高的PLC也很難保證零故障持續(xù)運行，而PLC的可靠性主要取決于其中心模塊CPU。冗余控制系統(tǒng)設(shè)計，即在系統(tǒng)中人為地設(shè)計有多余的部分，冗余配置代表PLC適應(yīng)特殊需要的能力，是高性能PLC的體現(xiàn)，其目的是在PLC已可靠工作的基礎(chǔ)上，再進一步提高其可靠性，減少出故障的機率，減少故障后修復(fù)的時間。因此，本系統(tǒng)在硬件冗余的前提下，采用基于軟件策略的雙CPU冗余控制思想，提高系統(tǒng)的容錯能力?；谲浖呗缘碾pCPU冗余控制系統(tǒng)構(gòu)成原理就是在系統(tǒng)中采用兩套CPU模塊，其中一套為工作主機，另一套為備用模塊，兩個CPU模塊的狀態(tài)監(jiān)視和主控權(quán)轉(zhuǎn)移通過軟件編程實現(xiàn)，一旦工作主機發(fā)生故障，備用CPU則投入工作，此時備用CPU變?yōu)楣ぷ髦鳈C，原工作主機故障處理完成后變?yōu)閭溆肅PU。選用型號相同的兩臺CPU模塊，互為冗余的CPU模塊之間通過背板定時點對點的信息互交來實現(xiàn)主備冗余。雙CPU主控權(quán)的裁決和轉(zhuǎn)移程序流程如圖41所示。兩塊CPU同時在線運行，擁有主控權(quán)的CPU具有I/O控制權(quán)，而備用CPU輸出被禁止，只采集數(shù)據(jù)和保持通訊連接。兩個CPU模塊互相監(jiān)視對方的運行狀態(tài)和通訊情況，如果發(fā)現(xiàn)主控CPU模塊故障，備用CPU模塊立即獲得主控權(quán)。 雙CPU模塊的同步控制程序流程如圖42所示。主CPU的狀態(tài)信息實時傳遞給備用CPU，備用CPU跟蹤主CPU的變化，與主CPU保持同步。這樣，在兩塊CPU模塊進行主控權(quán)的轉(zhuǎn)移時，可以實現(xiàn)無擾動切換。在軟冗余系統(tǒng)進行工作時，主CPU和備用CPU控制系統(tǒng)（處理器，通訊、I/O）獨立運行，由主系統(tǒng)的PLC掌握對I/O控制權(quán)。主、備系統(tǒng)中的PLC程序由非冗余用戶程序段和冗余用戶程序段組成，主CPU執(zhí)行全部的用戶程序，備用CPU只執(zhí)行非冗余用戶程序段，而跳過冗余用戶程序段。軟冗余控制系統(tǒng)中雙CPU運行過程如圖43所示。傳統(tǒng)上，礦井提升機提升容器的運行速度曲線，根據(jù)加減速特性的不同，可分為3階段速度圖、5階段速度圖和6階段速度圖。其中，5階段速度圖又可分為對稱和非對稱5階段速度圖。運行非對稱5階段速度是礦井提升機應(yīng)用最為廣泛和典型的運行方式。它包括啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減制動段5個階段，構(gòu)成了礦井提升機一次完整的運行周期。5階段速度運行曲線在速度變化拐點處存在著嚴(yán)重的突變，產(chǎn)生大的沖擊負(fù)荷，造成提升容器振動和設(shè)備故障，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運行和使用壽命，極大地增加設(shè)備的維護成本，且無法滿足人體對乘坐舒適感的基本要求。礦井提升機在啟動加、減速階段不外乎主要有圖44所示5類加速度a－時間t和加速度變化率－時間t運行速度曲線。從王莊礦斜井提升機運行情況以及安全、效率，以及設(shè)備維護和復(fù)雜程度等因素綜合考慮，圖44(c)所示加速度運行曲線應(yīng)用于5階段速度圖，得到5階段理想S形速度曲線，如圖45 所示。圖45 5階段理想S形速度曲線加速段的基本公式 根據(jù)曲線對速度和加速度的要求，在加速過程中加速度和速度都是時間t的變量。給出加速階段速度表達式為 （1） （2） （3）式中：為加速啟動段的最大加速度，；為段加速度的變化率，；為段加速度的變化率。等速段、減速段和爬行段的基本公式等速段是指提升機以最大速度等速運行的過程。 （4）減速段與加速段一樣，可以分為3個階段，分別用，表示。給出減速各段速度表達式為 （5） （6） （7） （8） （9）式中：為等速運行速度，；為段加速度變化率, ；為減速段最大減速度值，；為勻減速段行程值，m，；為參考點位置，根據(jù)實際情況決定，m；為參考點速度，根據(jù)實際情況決定，；為段加速度變化率。 爬行段即提升運行速度降為，而進入的一段低速運行段，表示為 （10） 理想S形速度曲線的實現(xiàn)行程給定就是根據(jù)設(shè)計確定的行程－速度曲線，計算出速度給定值，與實測速度進行比較，求得的差值按一定的算法求出控制量去調(diào)節(jié)變頻器的給定頻率從而改變電機轉(zhuǎn)速，使之按給定速度曲線運行，如圖46所示。提升機速度給定采用行程控制方式，其給定信號由提升機在井筒中的實際位置決定，特點是任以位置均對應(yīng)一個由該行程位置產(chǎn)生的速度給定信號。起動加速階段速度控制起動加速階段提升機行程為零，如采用行程給定方式調(diào)速，可能導(dǎo)致此時速度給定也為零，由起動加速階段數(shù)學(xué)模型知，其速度都是運行時間t的函數(shù)，該段采用時間方式進行速度給定。減速、爬行階段速度控制最大運行速度是提升機運行參數(shù)中極為重要的一個參數(shù)，其任何變化將直接導(dǎo)致運行曲線相應(yīng)變化。提升機減速、爬行階段速度給定采用行程給定后，減速點可根據(jù)提升機的最大運行速度的變化而變化，在減速到停車區(qū)間內(nèi)，根據(jù)提升容器距停車點的距離來確定速度給定信號。如圖45所示，提升機減速階段速度曲線由三個階段組成，各階段提升機行程分別為,。減速階段各行程與最大運行速度有關(guān)。實際情況中，值是個變值，或者大于最大給定速度，或者低于最大給定速度。若值大于最大給定速度，將減速點提前；反之，將減速點后移。由計算出實際距離，再結(jié)合總行程就可以計算出減速點位置。以變減速點的方法來保證爬行距離不變。提升機減速段形成控制流程如圖47所示。圖47 行程給定控制程序流程圖提升機軟件實現(xiàn)礦井提升機速度給定曲線的優(yōu)劣對其性能的好壞有著重要影響，應(yīng)用上述理想S形速度給定曲線可極大地改善礦井提升機運行特性，延長其使用壽命。在實際應(yīng)用中，只要根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整最大加速度、加速度變化率，就能快速、方便地得到一條優(yōu)良的S形速度給定曲線。另外，在程序?qū)崿F(xiàn)上，盡管其數(shù)學(xué)模型相對復(fù)雜，浮點計算量大，但隨著CPU性能的突飛猛進，PLC編程越來越容易，且不會大幅增加其CPU循環(huán)周期。在軟件編程中，對提升機各運行段采用查表法，計算公式如前，這樣既能避免計算量過大，又能避免占用的內(nèi)存量過大。 本系統(tǒng)S形曲線相關(guān)參數(shù)設(shè)計設(shè)定系統(tǒng)中，則加速段Ⅰ、加速段Ⅲ、減速段Ⅰ和減速段Ⅲ的時間均為2s。該礦副斜井提升距離為487m，設(shè)計提升最大速度為，爬行速度設(shè)定為。根據(jù)式（5）、式（6），得到 由式（8）、式（9）得到由式（7）得爬行段設(shè)定10s，則根據(jù)以上計算，可以得到實際減速點。 PLC控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)西門子PLC采用模塊化程序設(shè)計，功能不同的程序放在不同的子程序中，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，通過主程序調(diào)用子程序。主程序是PLC在每一個循環(huán)周期中都要執(zhí)行的程序模塊，一般PLC程序主體部分都放在主程序模塊中；初始化模塊是PLC的CPU每次由停上狀態(tài)轉(zhuǎn)向工作狀態(tài)首先執(zhí)行的程序模塊，一般把初始化數(shù)據(jù)的程序放在初始化子程序中，而且在CPU停止工作之前不會再運行這個模塊。操作保護PLC是整個控制系統(tǒng)的中樞，根據(jù)前面論述的功能，該部分程序主要由操作主程序、初始化子程序、可調(diào)閘子程序、主令開關(guān)子程序和保護子程序構(gòu)成，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，主程序流程圖如圖48所示。當(dāng)PLC接收到來自傳感器、接近開關(guān)或變頻器故障等外部控制信號時，PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序，完成提升機位置、速度監(jiān)控、變頻器故障監(jiān)控等。當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)