【正文】 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。要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)矢量控制變頻調(diào)速還需要對變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 硬件調(diào)速控制系統(tǒng)保護(hù)措施36 / 56 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?？諝鈹嗦菲骺梢杂脕眍l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 ?kI式中： —空氣斷路器的額定電流（A） ；—電機(jī)正常工作時(shí)的額定電流（A） 。0I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 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 一般為電動(dòng)機(jī)fzI額定電流值 即： 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0I0Ifz?動(dòng) 5%，本系統(tǒng)取 倍電流保護(hù)。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37 / 5638 / 56第 4 章 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)提升機(jī)速度的給定方式有兩種：一種是給定速度為時(shí)間的函數(shù) ,另)(tFV?一種是給定速度為行程的函數(shù) 。)(sFV?為了提高提升機(jī)運(yùn)行速度控制的精度，在速度給定電路中增加了加速變化率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度，而且還要限制加速度的變化率。為了提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠，采用行程給定和時(shí)間給定串級連接。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實(shí)現(xiàn) S 形速度給定曲線。 PLC 軟件的主要功能是對提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速、停車的過程控制、信號采集、邏輯處理。PLC 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，程序編制采用梯形圖。PLC 軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是根據(jù)提升機(jī)工藝和控制要求，將控制任務(wù)和過程分解為許多子程序和子任務(wù)。再對子過程和子任務(wù)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)、功能說明，形成一個(gè)模塊化的程序結(jié)構(gòu)。由于提升機(jī)控制工藝比較復(fù)雜，本程序采用子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可以分成：參數(shù)設(shè)定、故障存儲、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲、中間量這幾部分，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改程序梯形圖程序就可以改變控制功能，便于現(xiàn)場維護(hù)管理，使提升機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性得到了大幅度提高。提升機(jī)的控制程序流程圖如圖 41 所示。程序由一個(gè)主程序和幾個(gè)子程序嵌套組成，分別介紹如下：39 / 56圖 41 提升機(jī)的控制程序流程圖(1) 控制子程序系統(tǒng)根據(jù)提升信號、工作手柄以及所選擇性的工作方式，驅(qū)動(dòng)變頻器實(shí)現(xiàn)提升操作，完成對提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、等速、減速、停止等運(yùn)行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率控制。程序設(shè)置有半自動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行、檢修運(yùn)行、應(yīng)急運(yùn)行等四種運(yùn)行方式。在正常情況下可以采用半自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行；檢修運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)給定一個(gè)檢修速度（）低速運(yùn)行：當(dāng)故障時(shí)候，在系統(tǒng)保護(hù)停機(jī)后，故障被確認(rèn)但不能立即排除，此時(shí)可以采用應(yīng)急運(yùn)行方式，應(yīng)急運(yùn)行速度不超過 。(2) 深度、速度檢測子程序40 / 56速度、深度檢測采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器雙線輸入。利用高速計(jì)數(shù)模塊對編碼器信號計(jì)數(shù)，其中一路編碼器信號用于行程速度保護(hù)，一路用于顯示與監(jiān)測。兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果發(fā)生不一致時(shí)，程序會(huì)發(fā)出故障安全制動(dòng)指令。(3) 模擬量采集子程序?qū)ν獠磕M量（電壓、電流）信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。用于顯示和控制。主要有電機(jī)電流、電機(jī)電壓、制動(dòng)油壓等。對所采集數(shù)據(jù)在程序內(nèi)部進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)會(huì)發(fā)出故障處理指令。(4) 保護(hù)設(shè)置子程序?qū)Ω鞣N保護(hù)點(diǎn)（減速點(diǎn)開關(guān)、過卷開關(guān)、終點(diǎn)開關(guān)等）除在外部設(shè)置硬節(jié)點(diǎn)外，在程序中也設(shè)置軟開關(guān)進(jìn)行雙重保護(hù)。在程序中設(shè)置的保護(hù)如下： a) 過卷開關(guān)，當(dāng)提升機(jī)容器超出正常停車位置 時(shí)候，過卷保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。 b) 等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護(hù)。程序中設(shè)置各種運(yùn)行方式下的速度保護(hù)包絡(luò)線，對各種情況的超速全程監(jiān)控，任何超速均會(huì)斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。 c) 自動(dòng)減速功能，當(dāng)提升容器到達(dá)減速位置時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速。d) 變頻故障保護(hù)，程序不斷監(jiān)測變頻器運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變頻故障時(shí)，自動(dòng)斷電并實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。e) 松繩保護(hù)，程序不斷監(jiān)測松繩開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)松繩故障時(shí)，斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。 f) 溜車保護(hù)功能，當(dāng)提升機(jī)無運(yùn)行指令而又運(yùn)行速度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。 g) 潤滑油過壓、欠壓、超溫、閘瓦磨損、制動(dòng)油超溫保護(hù)功能。這類故障發(fā)生在運(yùn)行中，則允許本次提升完成，但不允許下次開車。開車前出現(xiàn)這類故障，則不允許再開車。h) 錯(cuò)向保護(hù)功能，程序判斷提升信號方向與開車方向不一致時(shí)，不允許開車。41 / 56 i) 故障處理子程序。程序進(jìn)行故障處理時(shí)，分為以下幾種情況：立即安全制動(dòng)故障、完成本次提升的故障、工作制動(dòng)失效時(shí)的故障處理。 系統(tǒng)抗干擾措施 變頻器的抗干擾及防止 在變頻器的輸入和輸出電路中，除了較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波電流，這些高次諧波電流除了增加輸入側(cè)的無功功率、降低功率因數(shù)外，頻率較高的諧波電流將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其它設(shè)備的干擾信號，嚴(yán)重的甚至使某些設(shè)備無法正常工作。干擾信號的傳播方式主要有：電路傳導(dǎo)方式、感應(yīng)耦合方式和空中輻射方式。根據(jù)干擾信號的產(chǎn)生原因和傳播方式，可以有針對性的采用不同的抗干擾措施。主要措施有：合理布線、削弱干擾源、對線路進(jìn)行屏蔽、隔離干擾信號和準(zhǔn)確接地。 PLC 的抗干擾及防止PLC 的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，工作環(huán)境中各種干擾對系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行存在著嚴(yán)重的影響。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮系統(tǒng)的抗干擾措施。抗干擾的主要措施有：(1) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，這樣可以擴(kuò)大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。必要時(shí)可以采用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜。(2) 信號回路匯接線，輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起，信號電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。(3) 所有機(jī)柜、操作臺等均需保護(hù)接地，臺柜內(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。42 / 56(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) 同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸。因此對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下，都必須分開電纜進(jìn)行傳輸。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開。盡量縮短模擬量信號線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號線。(6) 保證 PLC 柜良好的通風(fēng)環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場，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外界環(huán)境，以便及時(shí)進(jìn)行處理。 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖如圖 42所示：43 / 5644 / 56圖 42 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖 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，可以使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)速并監(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)、編程和監(jiān)控自己的應(yīng)用軟件程序提供了良好的編程環(huán)境。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45 / 56間的通信，把 PC/PCI 電纜的 PC 端連接到計(jì)算機(jī)的 RS232 通信端，把 PC/PCI電纜的 PPI 端連接到 PLC 的 RS485 端接口即可。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。部分程序調(diào)試結(jié)果如圖 43 所示：43 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的部分程序調(diào)試圖46 / 565 總 結(jié)經(jīng)過近一個(gè)多月的設(shè)計(jì)研究工作，通過指導(dǎo)老師的講解，在圖書館、互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料，不僅加深了我對礦井提升機(jī)運(yùn)行過程及其調(diào)試控制系統(tǒng)的認(rèn)識，而且更加熟悉了對 PLC 和變頻器的運(yùn)用和調(diào)試。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)提高了自身的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手的能力，并且使原來所學(xué)習(xí)的知識更加系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化。真正實(shí)現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際。這次設(shè)計(jì)在鍛煉了我動(dòng)手能力同時(shí)更加豐富了我的專業(yè)知識，本次設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目的。本設(shè)計(jì)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、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)場的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在提升機(jī)司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過操作臺或人機(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)，并且各個(gè)環(huán)節(jié)故障點(diǎn)可以在操作臺或人機(jī)界面上反應(yīng)出來，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)司機(jī)控制室對提升機(jī)的控制運(yùn)行及參數(shù)調(diào)節(jié)，克服了繼電器的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是礦用提升機(jī)的發(fā)展方向。在使用過程中實(shí)現(xiàn)了軟啟動(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)能效果明顯。采用 PLC 來控制提升機(jī)的整個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟、停、制動(dòng)閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測等。本設(shè)計(jì)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)組成。(2) PLC 系統(tǒng)采用西門子公司產(chǎn)品，能控制提升機(jī)的運(yùn)行方向和速度換擋；提升機(jī)的升、降以及速度、深度監(jiān)測；同時(shí)能檢測系統(tǒng)故障現(xiàn)象并進(jìn)行顯示，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。47 / 56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更加先進(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)更加的完善！ (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、使用更加方便、工作更可靠，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。48 / 566 致 謝本設(shè)計(jì)在預(yù)定時(shí)間能夠順利完成，首先要?dú)w功于我的指導(dǎo)老師薛風(fēng)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。他嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)術(shù)作風(fēng)和孜孜不倦的治學(xué)精神激勵(lì)并培養(yǎng)了我實(shí)事求是、認(rèn)真踏實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，并使我懂得了作為一名新疆工程學(xué)院的學(xué)生應(yīng)具備的品德和修養(yǎng)。在這里我衷心感謝薛老師的指導(dǎo)，從設(shè)計(jì)的選題到具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法，直至設(shè)計(jì)的每一個(gè)細(xì)節(jié)的推敲，薛老師始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，薛老師不僅知識淵博，工作認(rèn)真，對待學(xué)生循循善誘，誨人不倦，他的教誨將會(huì)使我受益終生。同時(shí)，也感謝我的專業(yè)課的任課老師和其他同學(xué)，在你們的幫助才使我的知識得到迅速補(bǔ)充和擴(kuò)展并且順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。最后，感謝論文評審小組和答辯組的的老師，你們辛勤的工作和誠懇的建議將會(huì)使本設(shè)計(jì)更加的完善。更重要的是對我今后的工作和生活會(huì)有很大的幫助。 謝謝大家!49 / 567 參 考 文 獻(xiàn)[1] PLC應(yīng)用. 北京:[2] . 北京: [3] . 北京:[4] . 北京:[5] 趙 燕 .傳 感 器 原 理 及 應(yīng) 用 . 北京:北 京 大 學(xué) 出 版 社 . 2022[6] 吳 建 平 .傳 感 器 系 統(tǒng) 理 論 及 應(yīng) 用 . 北京:機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 .2022[7] 李 方 園 . PLC 控 制 技 術(shù) . 北京:電 子 工 業(yè) 出 版 社 .2022[8] . 北京:[9] . 北京:[10] . 北京:[11] . 北京:[12] . 北京:[13] 肖 寶 行 .西門子 S7200 PLC 使 用 經(jīng) 驗(yàn) . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.2022