【正文】 2． 信號(hào)回路匯線接，輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起，信號(hào)電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。3． 所有機(jī)柜、操作臺(tái)等均需保護(hù)接地，臺(tái)柜內(nèi)需有獨(dú)立的PLC直流地、機(jī)殼安全地、電纜屏蔽地接地端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離。電源柜、動(dòng)力柜、交頻柜進(jìn)線方式均為：下進(jìn)下出。4． 引至PLC柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。5． 同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。因此對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，在任何情況下，都必須分開電纜迸行傳輸。低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開。盡量縮短模擬量加信號(hào)線的長(zhǎng)度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。6． 保證PLC柜良好的通風(fēng)環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，要充分考慮周圍環(huán)境的影響，盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。7． 采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件程序可以提高運(yùn)行的可靠性，故障診斷軟件定期的檢測(cè)外界環(huán)境，以便及時(shí)進(jìn)行處理[[] 能昌信，劉琳，叢俊杰． 礦井提升信號(hào)通訊系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)[N]．河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，(01)]。 變頻器的抗干擾及其防止 1． 來自外部電網(wǎng)的干擾。電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負(fù)載及照明設(shè)備等。這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對(duì)電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源的干擾對(duì)變頻器主要有（1）過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電（2）浪涌、跌落 （3）尖峰電壓脈沖 （4）射頻干擾。 1) 晶閘管換流設(shè)備對(duì)變頻器的干擾 當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有容量較大的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害，從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。 2) 電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾 電力部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。 2． 其次是變頻器自身對(duì)外部的干擾。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對(duì)同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當(dāng)工作于開關(guān)模式且作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此變頻器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其它的電子、電氣設(shè)備來說是一電磁干擾源。 變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構(gòu)成電源無功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對(duì)變頻器本身和其它設(shè)備的干擾信號(hào)。 1) 輸入電流的波形 變頻器的輸入側(cè)是二極管整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓UL大于電容器兩端的直流電壓UD時(shí)，整流橋中才有充電電流。因此，充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式。它具有很強(qiáng)的高次諧波成分。有關(guān)資料表明，輸入電流中的5次諧波和7次諧波的諧波分量是最大的，分別是50HZ基波的80％和70％。 2) 輸出電壓與電流的波形絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用SPWM調(diào)制方式，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形式形波；由于電動(dòng)機(jī)定子繞組的電感性質(zhì)，定子的電流十分接近于正弦波。但其中與載波頻率相等的諧波分量仍是較大的[[] 胡青榮．變頻調(diào)速節(jié)能裝置抗干擾措施[J]. 電氣時(shí)代, 2005,(04)]。 干擾信號(hào)的傳播方式變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，由于功率較大，對(duì)系統(tǒng)其它設(shè)備干擾性較強(qiáng)，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導(dǎo)（即電路耦合）、電磁輻射、感應(yīng)耦合。具體為:首先對(duì)周圍的電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射。其次對(duì)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得電機(jī)鐵耗和銅耗增加。并傳導(dǎo)干擾到電源，通過配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)給系統(tǒng)其它設(shè)備。最后變頻器對(duì)相鄰的其它線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號(hào)通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。 1． 電路耦合方式 即通過電源網(wǎng)絡(luò)傳播。由于輸入電流為非正弦波，當(dāng)變頻器的容量較大時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，影響其他設(shè)備工工作，同時(shí)輸出端產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)銅損、鐵損大幅增加，影響了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號(hào)的主要傳播方式。 2． 感應(yīng)耦合方式 當(dāng)變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設(shè)備的電路挨得很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號(hào)將通過感應(yīng)的方式耦合到其他設(shè)備中去。感應(yīng)的方式又有兩種： a、電磁感應(yīng)方式，這是電流干擾信號(hào)的主要方式； b、靜電感應(yīng)方式，這是電壓干擾信號(hào)的主要方式。 3． 空中幅射方式 即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式[[] 譚波，李燕林．變頻器諧波干擾及解決辦法[J]. 電氣時(shí)代, 2004，(01)]。根據(jù)電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備三要素:電磁干擾源、電磁干擾途徑、對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其中，硬件抗干擾是應(yīng)用措施系統(tǒng)最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的藕合通道、降低系統(tǒng)干擾信號(hào)的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。在本設(shè)計(jì)中采用的抗干擾措施有：1． 干擾的隔離：在電源和放大器電路之間電源線上采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。2． 屏蔽干擾源：變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線用鋼管屏蔽，外部信號(hào)控制變頻器的信號(hào)線盡可能短，且信號(hào)線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，不放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩可靠接地。 3． 采用電抗器：串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有： 通過抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（）； 削弱輸入電路中的浪涌電流對(duì)變頻器的沖擊； 削弱電源電壓不平衡的影響。4． 合理布線：設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線； 其他設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)避免和變頻器的輸入、輸出線平行。5 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制程序流程主程序完成系統(tǒng)初始化、自檢、故障診斷、調(diào)速系統(tǒng)控制。在程序啟動(dòng)后先進(jìn)行程序初始化，判斷提升機(jī)的工作環(huán)境是否正常，不正常則封鎖輸出，聲光報(bào)警，排除故障，正常則可以啟動(dòng)。根據(jù)實(shí)際情況和需要啟動(dòng)提升機(jī)上升或下降，進(jìn)入速度控制程序。判斷提升機(jī)運(yùn)行是否正常，不正常則安全回路動(dòng)作，正常則繼續(xù)運(yùn)行。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。 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的中斷子程序功能當(dāng)PLC接收來自傳感器、接近開關(guān)或變頻器等故障外部控制信號(hào)時(shí)，PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序處，完成超速保護(hù)、過卷、過載、松繩等保護(hù)及提升機(jī)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(shí)可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊進(jìn)行故障處理，并通過報(bào)警回路報(bào)警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的故障處理子程序功能故障處理程序綜合來自控制系統(tǒng)外圍的故障信息和內(nèi)部系統(tǒng)監(jiān)視程序檢測(cè)到故障信息，控制系統(tǒng)程序依據(jù)故障的不同類型以及提升機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，做出相應(yīng)處理。同時(shí)判斷并記錄首發(fā)故障，便于現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行維護(hù)，快速地查找和排除故障。 對(duì)于輕故障，如果當(dāng)前提升機(jī)處于停車狀態(tài)，則不允許開車，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；如果當(dāng)前提升機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，則允許提升機(jī)繼續(xù)完成本次提升機(jī)循環(huán)后，再發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而且在停車后故障未被排除前禁止開車。 對(duì)于較重故障，如果當(dāng)前提升機(jī)處于停車狀態(tài)，則不允許開車；如果當(dāng)前為運(yùn)行狀態(tài)，則依靠傳動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，使提升機(jī)以正常的減速度減速、停車、抱閘[[] Lojy DC. Computeraided analysis of mechanical systems [J]. PrenticeHall Inc,2002,p3337 ]。: 開始程序初始化自檢正常初始化位置檢測(cè)完成啟動(dòng)進(jìn)入初始化封鎖輸出聲光報(bào)警故障處理上升下降速度控制程序超速松繩過載過卷停止安全回路動(dòng)作結(jié)束安全回路動(dòng)作安全回路動(dòng)作安全回路動(dòng)作 工作流程圖 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序調(diào)試STEP7Micro/WIN32編程軟件提供了系列工具，可使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)試并監(jiān)視用戶的執(zhí)行程序。STEP7Micro/WIN32編程軟件是S7200系列PLC使用的編程軟件，運(yùn)行在32位的Windows操作系統(tǒng)下。它功能強(qiáng)大，為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境[[] Yanxiang WU, Zhanfei Tian. Study and Simulation on Variable Frequency SpeedRegulating System of Mine Hoist Based on PLC Fuzzy Control [D]. Shanghai: College of Engineering, Shanghai Ocean University 附錄 梯形圖]。在STEP7編程軟件中設(shè)置參數(shù)，采用PC/PCI電纜建立個(gè)人電腦與PLC之間的通信，把PC/PCI電纜的PC斷連接到計(jì)算機(jī)的RS232通信端，把PC/PCI電纜的PPI端連接到PLC的RS485接口即可。 在程序編譯成功后，用“文件”菜單中的“下載”命令或單擊工具條目中的下載按鈕將程序塊下載到PLC主機(jī)中。 ： 啟動(dòng)程序變頻器通電調(diào)試結(jié)果 提升機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)試結(jié)果6 結(jié)論經(jīng)過近一個(gè)多月的設(shè)計(jì)研究工作，通過在圖書館、互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料，不僅加深了對(duì)礦井提升機(jī)運(yùn)行過程及其調(diào)速控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，而且熟悉了PLC和變頻器的運(yùn)用。通過本次設(shè)計(jì)提高了自身的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手的能力，而且原來所學(xué)的知識(shí)有了系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化。對(duì)如何使用已有知識(shí)及獲取相關(guān)資料方面的能力也有了提高。本次設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目的。本文主要為礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)一套PLC控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，設(shè)備包括系統(tǒng)操作臺(tái)、變頻柜、電源柜、動(dòng)力柜及PLC柜，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。根據(jù)要求，此系統(tǒng)能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過操作臺(tái)或人機(jī)界面來設(shè)置提升機(jī)的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且各環(huán)節(jié)故障信息可以在操作臺(tái)或人機(jī)界面上反映出來，以用來提示用戶。采用變頻器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)在司機(jī)控制室對(duì)提升機(jī)的控制運(yùn)行及參數(shù)調(diào)節(jié)，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對(duì)提高控制技術(shù)水平具有廣闊的應(yīng)用前景。變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)控制中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是礦用提升機(jī)傳動(dòng)的發(fā)展方向。在使用過程中實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠；該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的調(diào)速、換向、能量回饋制動(dòng)等功能，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。采用PLC來控制提升機(jī)的整個(gè)工作過程，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟、停、制動(dòng)閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換等?？偨Y(jié)本文的主要工作有以下幾點(diǎn)：1． 根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。2． 本文礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，采用了PLC后，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比高，且控制程序可根據(jù)需要進(jìn)行修改，變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)。3． 在使用過程中實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，軟停車，減少機(jī)械沖突，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠；該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回饋制動(dòng)等功能。實(shí)際運(yùn)行表明，采用該控制系統(tǒng)，使礦井提升機(jī)工作安全可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果好。實(shí)現(xiàn)方案的同時(shí)還發(fā)現(xiàn)很多的不足：1． 由于知識(shí)水平的限制，本設(shè)計(jì)方案還不太成熟，離實(shí)際的應(yīng)用還有一定的距離。在今后的研究中可以加入先進(jìn)的控制算法，比如模糊控制，在軟件中為提升機(jī)的啟動(dòng)和停止設(shè)置特定的運(yùn)行曲線，使設(shè)計(jì)更完善。2． 為提高系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)整機(jī)性能的提高，降低成本。需要不斷關(guān)注相關(guān)的電力電子、變頻器、PLC等領(lǐng)域的新技術(shù)、新發(fā)展，選擇更先進(jìn)的、使用方便、工作可靠，并且性價(jià)比更高的元器件。3． 加強(qiáng)研究提升機(jī)的通信功能，從而可以建立企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)提升機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、維護(hù)；通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換，還可以實(shí)現(xiàn)全礦遠(yuǎn)程監(jiān)控。謝 辭本論文經(jīng)過預(yù)期時(shí)間安排完成，在整個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)間中學(xué)會(huì)了很多知識(shí)，對(duì)大學(xué)生活畫了一個(gè)圓滿的句號(hào)。 在這里我衷心感謝吳錚老師的指導(dǎo)，從課題的選擇到論文的完成，她始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此謹(jǐn)向吳錚老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 同時(shí)，也感謝各位任課老師和其他同學(xué)，正是你們無私受教和熱心幫助，才使我知識(shí)得到補(bǔ)充并且順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，更重要的是對(duì)我以后的生活和工作有很大的推動(dòng)。參考文獻(xiàn)38