【正文】 顯示器顯示出來，供操作員參考。另外，為了減小累計行程誤差，分別在井筒和井底安裝了兩個同步開關(guān)，對行程位置進行校準(zhǔn)。同時這兩個同步開關(guān)還用作兩個減速點用。在初次調(diào)試時，兩個減速點和同步開關(guān)的位置都應(yīng)設(shè)定好。要實現(xiàn)提升機矢量控制變頻調(diào)速還需要對變頻器進行參數(shù)設(shè)置。 硬件調(diào)速控制系統(tǒng)保護措施36 / 56 空氣斷路器短路保護短路保護應(yīng)滿足以下要求：(1) 當(dāng)電動機發(fā)生相間短路或在中性點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路時，保護裝置應(yīng)能切斷故障電路。(2) 當(dāng)電動機正常起動或制動時，保護裝置不應(yīng)動作。空氣斷路器可以用來頻繁地起動電動機．并對電動機實現(xiàn)保護，由于有良好完備的滅弧裝置，操作速度也由彈簧機構(gòu)執(zhí)行，迅速可靠。因此，用來控制電動機時，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機額定電流 ~ 倍即可。即 ?kI式中： —空氣斷路器的額定電流（A） ；—電機正常工作時的額定電流（A） 。0I空氣斷路器的額定電壓應(yīng)大于或等于電動機額定電壓 熱繼電器過載保護礦山提升機由于負載沉重而需要限制起動時間，又容易堵轉(zhuǎn)，且又長期處于頻繁起動 停止?fàn)顟B(tài)，容易出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以需要對電機進行過載保護。過載保護一般采用熱繼電器保護。若用自動空氣開關(guān)保護，應(yīng)選用帶長延時脫扣器的自動空氣開關(guān)。對大功率的重要電動機采用反時限特性的過電流繼電器進行過載保護。保護措施主要是通過切斷電動機電源的方法實現(xiàn)保護。在一些特殊場合，也可以通過發(fā)出警報或使電動機自動減載來實現(xiàn)保護。本系統(tǒng)采用熱繼電器對電機進行保護。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fzI額定電流值 即： 根據(jù)電機實際負載與工藝流程的要求，也可上下波0I0Ifz?動 5%，本系統(tǒng)取 倍電流保護。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37 / 5638 / 56第 4 章 礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序設(shè)計提升機速度的給定方式有兩種：一種是給定速度為時間的函數(shù) ,另)(tFV?一種是給定速度為行程的函數(shù) 。)(sFV?為了提高提升機運行速度控制的精度，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。為了提升機運行的安全可靠，采用行程給定和時間給定串級連接。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實現(xiàn) S 形速度給定曲線。 PLC 軟件的主要功能是對提升機的啟動、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)計是根據(jù)提升機工藝和控制要求，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)進行模塊設(shè)計、功能說明，形成一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)。由于提升機控制工藝比較復(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)場維護管理，使提升機運行安全性和可靠性得到了大幅度提高。提升機的控制程序流程圖如圖 41 所示。程序由一個主程序和幾個子程序嵌套組成，分別介紹如下：39 / 56圖 41 提升機的控制程序流程圖(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)動變頻器實現(xiàn)提升操作，完成對提升機的啟動、加速、等速、減速、停止等運行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率控制。程序設(shè)置有半自動運行、手動運行、檢修運行、應(yīng)急運行等四種運行方式。在正常情況下可以采用半自動或手動運行；檢修運行時系統(tǒng)自動給定一個檢修速度（）低速運行：當(dāng)故障時候，在系統(tǒng)保護停機后，故障被確認但不能立即排除，此時可以采用應(yīng)急運行方式，應(yīng)急運行速度不超過 。(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。利用高速計數(shù)模塊對編碼器信號計數(shù)，其中一路編碼器信號用于行程速度保護，一路用于顯示與監(jiān)測。兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進行比較，當(dāng)比較結(jié)果發(fā)生不一致時，程序會發(fā)出故障安全制動指令。(3) 模擬量采集子程序?qū)ν獠磕M量（電壓、電流）信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。用于顯示和控制。主要有電機電流、電機電壓、制動油壓等。對所采集數(shù)據(jù)在程序內(nèi)部進行比較分析，發(fā)現(xiàn)故障時會發(fā)出故障處理指令。(4) 保護設(shè)置子程序?qū)Ω鞣N保護點（減速點開關(guān)、過卷開關(guān)、終點開關(guān)等）除在外部設(shè)置硬節(jié)點外，在程序中也設(shè)置軟開關(guān)進行雙重保護。在程序中設(shè)置的保護如下： a) 過卷開關(guān)，當(dāng)提升機容器超出正常停車位置 時候，過卷保護動作，實現(xiàn)安全制動。 b) 等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護。程序中設(shè)置各種運行方式下的速度保護包絡(luò)線，對各種情況的超速全程監(jiān)控，任何超速均會斷開安全回路，實現(xiàn)安全制動。 c) 自動減速功能，當(dāng)提升容器到達減速位置時，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速。d) 變頻故障保護，程序不斷監(jiān)測變頻器運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變頻故障時，自動斷電并實現(xiàn)安全制動。e) 松繩保護，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，斷開安全回路，實現(xiàn)安全制動。 f) 溜車保護功能，當(dāng)提升機無運行指令而又運行速度時，系統(tǒng)自動斷開安全回路，實現(xiàn)安全制動。 g) 潤滑油過壓、欠壓、超溫、閘瓦磨損、制動油超溫保護功能。這類故障發(fā)生在運行中，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) 錯向保護功能，程序判斷提升信號方向與開車方向不一致時，不允許開車。41 / 56 i) 故障處理子程序。程序進行故障處理時，分為以下幾種情況：立即安全制動故障、完成本次提升的故障、工作制動失效時的故障處理。 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，這樣可以擴大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。必要時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) 所有機柜、操作臺等均需保護接地，臺柜內(nèi)需有獨立的 PLC 直流地、機殼安全地、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、動力柜、交頻柜進線方式均為：下進下出。42 / 56(4) 引至 PLC 柜的電纜要盡量遠離那些會產(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、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，以便及時進行處理。 提升機調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖提升機調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖如圖 42所示：43 / 5644 / 56圖 42 提升機調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖 提升機調(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，運行在 32 位的 Windows 操作系統(tǒng)下。它功能強大，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 電纜建立個人電腦與 PLC 之45 / 56間的通信，把 PC/PCI 電纜的 PC 端連接到計算機的 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 主機中。部分程序調(diào)試結(jié)果如圖 43 所示：43 提升機調(diào)速系統(tǒng)的部分程序調(diào)試圖46 / 565 總 結(jié)經(jīng)過近一個多月的設(shè)計研究工作，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運行過程及其調(diào)試控制系統(tǒng)的認識，而且更加熟悉了對 PLC 和變頻器的運用和調(diào)試。通過本次畢業(yè)設(shè)計提高了自身的學(xué)習(xí)能力和動手的能力，并且使原來所學(xué)習(xí)的知識更加系統(tǒng)化、理論化、實用化。真正實現(xiàn)了理論聯(lián)系實際。這次設(shè)計在鍛煉了我動手能力同時更加豐富了我的專業(yè)知識，本次設(shè)計達到了預(yù)定的設(shè)計目的。本設(shè)計主要為礦井提升機設(shè)計一套 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、動力柜及 PLC 柜，實現(xiàn)提升機速度的可調(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)能達到現(xiàn)場的運行狀況、運行數(shù)據(jù)都可以在提升機司機控制室掌握，用戶在控制室可以通過操作臺或人機界面來設(shè)置提升機的運行頻率、啟動和停止電機，并且各個環(huán)節(jié)故障點可以在操作臺或人機界面上反應(yīng)出來，用來提示用戶。 采用變頻器實現(xiàn)提升機的調(diào)速運行，結(jié)合 PLC 的強大功能，實現(xiàn)司機控制室對提升機的控制運行及參數(shù)調(diào)節(jié)，克服了繼電器的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價比高、維護工作量小等諸多優(yōu)點，是礦用提升機的發(fā)展方向。在使用過程中實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠；該系統(tǒng)四象限運行，可實現(xiàn)提升機的調(diào)速、換向、能量回饋制動等功能，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果明顯。采用 PLC 來控制提升機的整個過程，實現(xiàn)電動機的啟、停、制動閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測等。本設(shè)計的主要工作有以下幾點： (1) 根據(jù)提升機的運行特點，礦用提升機控制系統(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，能控制提升機的運行方向和速度換擋；提升機的升、降以及速度、深度監(jiān)測；同時能檢測系統(tǒng)故障現(xiàn)象并進行顯示，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實際運行表明，采用該控制系統(tǒng)，使礦井提升機工作安全可靠，使用方便，同時具有動態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果好。實現(xiàn)方案的同時還發(fā)現(xiàn)很多的不足：(1) 由于知識水平的限制，本設(shè)計方案還不太成熟，離實際的應(yīng)用還有一定的距離。在今后的研究中可以加入更加先進的控制算法比如模糊控制，在軟件中為提升機的啟動和停止設(shè)置特定的運行曲線，使設(shè)計更加的完善！ (2) 為提高系統(tǒng)的硬件設(shè)計水平，促進整機性能的提高，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、選擇更先進的、使用更加方便、工作更可靠，并且性價比更高的元器件。(3) 加強研究提升機的通信功能，從而可以建立企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，通過這個網(wǎng)絡(luò)可以對提升機進行遠程監(jiān)控、維護；通過遠程數(shù)據(jù)交換，還可以實現(xiàn)全礦遠程監(jiān)控。48 / 566 致 謝本設(shè)計在預(yù)定時間能夠順利完成，首先要歸功于我的指導(dǎo)老師薛風(fēng)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。他嚴(yán)謹務(wù)實的學(xué)術(shù)作風(fēng)和孜孜不倦的治學(xué)精神激勵并培養(yǎng)了我實事求是、認真踏實的學(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)計的選題到具體的設(shè)計內(nèi)容和方法，直至設(shè)計的每一個細節(jié)的推敲，薛老師始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，薛老師不僅知識淵博，工作認真，對待學(xué)生循循善誘，誨人不倦，他的教誨將會使我受益終生。同時，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充和擴展并且順利完成畢業(yè)設(shè)計。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使本設(shè)計更加的完善。更重要的是對我今后的工作和生活會有很大的幫助。 謝謝大家!49 / 567 參 考 文 獻[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 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 . 北京: 機械工業(yè)出版社.2022