【導(dǎo)讀】礦井提升機是礦山最重要的設(shè)備，肩負著礦石、物料、人員等的運輸責(zé)任。動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進行啟動和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作。復(fù)雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。因此對礦井提升機控制系統(tǒng)進行研。究具有現(xiàn)實意義。于提升機控制系統(tǒng)上，并在可行性方面進行了較深入的研究。擾模塊的設(shè)計，最后進行系統(tǒng)集成和調(diào)試。示的功能，節(jié)能效果明顯。

　　

【正文】 機減速制動時，在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降， 而由于機械慣性的原因，電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變，這時會出現(xiàn)實際轉(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生電動機反電動勢高于變頻器直流端電壓的情 況，這時電動機就變成發(fā)電機，非但不消耗電網(wǎng)電能，反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網(wǎng)送電，這樣既有良好的制動效果，又將動能轉(zhuǎn)變化為電能，向電網(wǎng)送電而達到回收能量的效果 。 交流制動： 本提升機專用變頻器，交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時，檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號，讓提升機由高速平滑地降到低速，待 PLC檢測到機械制動起作用的信號后， PLC 發(fā)出信號讓控制器去掉交河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 流制動信號，使提升機靠機械抱閘裝置起作用。啟動時，先對提升機施加一交流制動信號，建立啟動力矩，待檢測到機械抱閘信 號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動信號，然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉(zhuǎn)動。 變頻器接線圖如圖 所示。 圖 變頻器接線圖 變頻器參數(shù)設(shè)定界面如圖 所示。 圖 變頻器參數(shù)設(shè)定界面 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 PLC 的選型 I/O 點統(tǒng)計 在設(shè)計時需統(tǒng)計 I/O 的總量，包括開關(guān)量和模擬量 ， 以確定選用 PLC 的模塊數(shù)量以及型號。 另外， 在 礦井 提升機電控系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)本身的特點，決定了系統(tǒng)對精度要求并不是特別高，對于響應(yīng)時間的要求也并不高，達到毫秒級就可以。在滿足基本要求的前提下， PLC 選型主要從經(jīng)濟性 、適應(yīng)性、可擴展性及網(wǎng)絡(luò)通訊性能等方面綜合考慮 ， PLC 的 輸入點統(tǒng)計如表 所示 。 表 PLC 的輸入點統(tǒng)計 編號 信號內(nèi)容 點數(shù) 備注 開關(guān)量輸入信號 1 提升信號 1 引自打點信號機 2 主令 按鈕 1 1 控制提升機零位停車 3 主令 按鈕 2 1 控制提升機正向運行 4 主令 按鈕 3 1 控制提升機反向運行 5 制動 按鈕 1 緊閘 6 制動 按鈕 1 松閘 7 調(diào)繩轉(zhuǎn)換開關(guān) 2 切換調(diào)繩和調(diào)閘狀態(tài)。 8 過卷復(fù)位開關(guān) （上 /無 /下） 3 用來復(fù)位過卷故障，同時鎖定提升機只允許反向開車 9 維修開關(guān) 2 用作檢修開車或應(yīng)急故障下開車 10 手動開車 1 完全由司機手動啟停和進行速度控制 11 半 自動開車 1 手動選擇方向．而后由系統(tǒng)自動按照設(shè)計的曲線圖完成提升 12 故障復(fù)位 1 用做提升機故障排除后，軟件故障復(fù)位 13 深度清零 1 用做在井上 卸車位置，深度校正 14 閘控 1 引自變頻器上的閘控信號 15 主電源失壓 1 引自電源柜中的變頻主接觸器常開點 16 變頻器故障 1 引自變頻器上的故障輸出 17 離合器離開開關(guān) 1 引自輥筒調(diào)繩離合器 18 松繩開關(guān) 1 引 自機械松繩開關(guān) 19 上、 下減速點開關(guān) 2 20 井筒上 、下 過卷 開關(guān) 2 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 24 21 上 、下 限位開關(guān) 2 22 上 、下 校正開關(guān) 2 26 閘 瓦磨損 1 閘瓦磨損和彈簧疲勞開關(guān)串聯(lián)引入 旋轉(zhuǎn)編碼器信號 27 軸編碼器 1 安裝在電機主軸上 模擬量輸入信號 28 制動手柄 1 010V 29 主令手柄 1 ? 10V 據(jù)表 統(tǒng)計，輸入信號有 31 個 開關(guān)輸入量， 1 個旋轉(zhuǎn)編碼器信號， 2 個模擬量信號。開關(guān) 信號通過信號分配板轉(zhuǎn) 接，送入 PLC。 PLC 輸出點統(tǒng)計如表 所示。 表 PLC 的輸出點統(tǒng)計 編號 信號內(nèi)容 點數(shù) 備注 開關(guān)量輸出 1 深度速儀表輸 出 4 顯示深度 和速度 2 變頻器正轉(zhuǎn)輸出 1 控制變頻器正轉(zhuǎn) 3 變頻器反轉(zhuǎn)輸出 1 控制變頻器反轉(zhuǎn) 4 變頻器多段速 1 1 5 變頻器多段速 2 1 6 變頻器多段速 3 1 7 變頻器多段速 4 1 8 變頻器多段速 5 1 9 故障報警 1 10 等速段超速指示 1 11 減速段超速指示 1 12 爬行段超速指示 1 13 液壓站制動 1 16 上過卷指示 1 17 上過卷指示 1 模擬量輸出 14 變頻給定量 4— 24m 15 制動手柄給定 010V 據(jù)表 ，輸出信號有 ,18個信號 ， 2 個模擬量信號 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 25 PLC 的選型 通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇三菱 FX2N80MR 型 PLC。本型號 PLC 基本單元的輸入點和輸出點均為 40點，再選用 1塊模擬量輸入模塊 和 1模擬量輸出模塊 ，即可滿足要求。 FX2N 系列 PLC 經(jīng)濟、小巧，從功能上完全滿足本系統(tǒng)的使用要求，其內(nèi)置高速計數(shù)器，可滿足系統(tǒng)軸編碼器采樣的高速計數(shù)要求， 而 不需增 加額外成本。 而且， AC電源、 DC輸入型的內(nèi)裝 DC24V 電源可作為傳感器的輔助電源?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端 子 臺。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲器。 另外，若采用可選的存儲卡盒，最大可擴展到 16K 步。關(guān)于存儲器的類型，可以選用 RAM、 EEPROM 和 EPROM。 FX2N 內(nèi)含計時功能，可以進行時間控制。 PC 使用 A7PHP/A7HGP、 A6GPP/A6PHP 相對應(yīng)的編程軟件，可以在 RUN 時改變程序。通過設(shè)定參數(shù)可以確保編程存儲器內(nèi)元件的注釋區(qū)域。 此外還有具有利用可輸入漢字的外圍設(shè)備給程序加漢字注釋的顯 示功能。為防止順控程序被寫入或盜用，可以對程序存儲器設(shè)定 3 級保護。具有豐富的輸入輸出擴展設(shè)備：繼電器輸出、三段雙向可控硅開關(guān)元件輸出、晶體管輸出；豐富的特殊擴展設(shè)備：模擬輸入輸出設(shè)備、溫度傳感器輸入、熱電偶輸入設(shè)備、 1軸定位設(shè)備、雙軸 （ 內(nèi)插 ） 定位設(shè)備、脈沖輸出設(shè)備、高速計數(shù)器、并聯(lián)連接、NELSCLNET/MINIS3 連接設(shè)備、 RS485 通信設(shè)備、 RS232 通信設(shè)備、 ID 機器連接設(shè)備、模擬量模塊等 。 FX2N 系列 PLC 外觀如圖 所示。 圖 FX2N系列 PLC外觀圖 FX2N 系列 PLC 是 FX 家族中 比較 先進的 類型 。 FX2N系列具有如下優(yōu)點： ① 最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為提升機的自動化控制提供最大的靈活性和控制能力。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 26 ② 靈活的配置 除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個基本FX2N 單元中的每一個單元可擴充到 256 個 I/O 口 ?？刂泣c數(shù)從 16 至 256 點 。 ③ 高速運算 基本指令： s? /指令 ； 應(yīng)用指令： 至幾百 s? /指令 ④ 突出的寄存器容量 FX2N 系列包括 8K步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個寄存器盒可擴充到 16K步 RAM 或 EEPROM。 ⑤ 豐富的元件資源 3072 點輔助繼電器 、 256 點計時器、 235點計數(shù)器和 8000點數(shù)據(jù)寄存器 。 FX2N 系列 PLC 的 技術(shù)指標(biāo) 如表 、 所示 表 FX2N系列 PLC的一般技術(shù)指標(biāo) 環(huán)境溫度 使用溫度 0— 55℃ ，存儲溫度 20— 70℃ ， 使用濕度 35%89%RH（無凝露） 抗沖擊性能 JISC0912標(biāo)準(zhǔn) ,10G， 3軸方向各 3次 防震性能 JISC0911標(biāo)準(zhǔn)， 1050Hz， （最大 2G） ,3軸方向各 2次（但用 DIN導(dǎo)軌安裝時為 ） 抗噪聲能力 用噪聲模擬器產(chǎn)生電壓為 1000V（峰 峰值）、脈寬 1s? 、 30100Hz的噪聲 絕緣耐壓 AC1500V,1min（接地端與其他端子間） 絕緣電阻 5 ?M 以上（ DC500V兆歐表測量，接地端與其他端子間） 接地電阻 第三種接地，如接地有困難，可以不接 使用環(huán)境 無腐蝕性氣體，無塵埃 表 FX2N系列 PLC基本單元 的輸入 /輸出特性 名稱 DC輸入 名稱 繼電器輸出 輸入信號電壓 DC(24? )V 內(nèi)部電源 最大 AC250V或 DC30V 輸入信號電流 DC24V ， 7mA(X010 以后DC24V， 5mA) 電路絕緣 機械絕緣 輸入 ON電流 (X010 以后 DC24V，) 動作指示 繼電器線圈通電時燈亮 輸入 OFF電流 (X010 以后 DC24V，) 最大電阻負載 2A/1點 8A/4點 公共用 8A/8點公共用 輸入響應(yīng)時間 10ms （ X000X017 可在2060ms 內(nèi)轉(zhuǎn)換，但最小50 s? ） 最大感性負載 80V A 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 27 輸入信號形式 與電壓觸點，或 NPN集電極開路輸出晶體管 最大燈負載 100W 輸入電路絕緣 光耦合絕緣 最小負載 DC5V， 2mA參考值 輸入動作表示 輸入連接時 LED燈亮 輸出響應(yīng)時間 10ms 注：以上指標(biāo)都是比較保守的，實測結(jié)果遠遠高出以上標(biāo)準(zhǔn)。 PLC 外圍電氣控制 ① 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(guān)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。動力柜主要是給油泵、風(fēng)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。操作臺采用 UPS 電源供電。 ② 手柄控制 在操作臺上安裝有手柄（主令手柄、制動手柄），類似于舊型設(shè)備的操作手柄，操作方便簡單，使司機不需長時間培訓(xùn)及適應(yīng)便可熟練操作。 主令手柄采用手柄輸出 177。 10V迸行無級變頻調(diào)速，在輸出模擬量的同時，在手柄相應(yīng)的操縱角度上 加上光電開關(guān)觸點，可以輸入開關(guān)信號到變頻器上的速段控制接入口，達到控制限制。如在起始 o5 。觸發(fā)一個繼電器，繼電器輸入信號給第一速段控制口激活第一速段，只需在變頻器上設(shè)置相應(yīng)的速度即可，同時可設(shè)置后一個開關(guān)的觸發(fā)角度如 o20 。，既可激活第二速段，電機既可運行在第二速段。 制動手柄采用手柄輸出 010V信號進行制動控制，在輸出模擬量的同時，在手柄相應(yīng)的操縱角度上加上光電開關(guān)觸點，可以輸出緊閘和松閘的開關(guān)信號到 PLC上控制施閘。模擬 量輸入到 PLC的模擬量數(shù)入模塊，同時輸出到端子。在正常情況下，由 PLC的模擬量數(shù)出來確定給制動裝置給定；在應(yīng)急狀態(tài)下，或者 PLC出現(xiàn)故障時還可以直接將給定量送入制動裝置，完成制動。 ③ 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。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(dāng)提升機發(fā)生故障時，故障對應(yīng)的保護觸頭動作， ACI和AC2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，進行緊急安全制動。 如圖 ， 安全回路包含多種保護觸點 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 28 圖 安全回路 只有安全回路始終保持接通狀態(tài)，礦井提升機才能正常工作。 一旦主 電 失 壓安全回路 就 會 斷開，實施安全制動。 礦井 提升機機械閘裝有閘瓦磨損開關(guān)，當(dāng)閘瓦磨損到一定程度或彈簧疲勞到一定程度時 ， 安全回路 斷開 ，進行安全制動。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，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，實現(xiàn)安全制動。 礦井 提升機在運行過程中 若 發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事 故。當(dāng) 發(fā) 生松繩現(xiàn)象時 ，經(jīng)過短暫調(diào)節(jié)后，若沒有消除松繩現(xiàn)象，安全回路斷開，進行安全制動。 PLC的 I/O接線圖如圖 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 29 圖 PLC的 I/O接線圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟 件設(shè)計 30 4 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) )(tfv? ；另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 ，