【導(dǎo)讀】礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦中的重要運(yùn)輸設(shè)備，是“四大運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備”之一。作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)。一旦提升機(jī)的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運(yùn)行，就會發(fā)生提升機(jī)超速、煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。提升機(jī)械的使用壽命。所以，提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的。能力等的要求，對電氣傳動方式提出了更高的要求?？?，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，可靠性要求高等。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCI—D系統(tǒng)，電機(jī)功率。施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi)。運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。公司采用CP一80微機(jī)、ABB公司采用MASTER—200和SIEMENS公司采用S5一150等微機(jī)。求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)±2cm。而施以控制和保護(hù)。位鼉開關(guān)、停車開關(guān)）信號的監(jiān)視。其目的在于使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止

　　

【正文】 啟動、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。 PLC 根據(jù)運(yùn)行方式對變頻器實(shí)現(xiàn) S 形速度給定控制，實(shí)現(xiàn)箕斗運(yùn)行速度的準(zhǔn) S 形曲線。 PLC 還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實(shí)時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。 1）起動，停車 多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運(yùn)行功能，所以應(yīng)對控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能。當(dāng)需要開機(jī)運(yùn)行時，按下起動按鈕 SB1，其輸出繼電器 KM1 便吸合，置于電源與變頻器之間的常開觸點(diǎn)閉合，將三相 AC380V動力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械抱閘制動后，可以將變頻器與動力電源脫開，按下停止按鈕 SB2，使繼電器 KM1 失電，其常開觸點(diǎn)斷開，變頻器便與動力電源脫開。 2）上提升，下放 在控制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器 K1 的常閉觸頭控制反轉(zhuǎn)繼電器 K2 的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器 K2 的常閉觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器 K1 的線圈。從而達(dá)到互鎖作用。其動作過程如： 25 圖 310 PLC 外部接線 當(dāng)要下放礦車或送工人到井下時 ，按下下降按鈕，繼電器 K2 吸合，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。此時變頻器 REV與 CM端相連，電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物。同時斷開繼電器 K1回路，形成下降閉鎖； 當(dāng)按下上升按鈕時， K2 吸合，斷開 K1 回路，形成上升閉鎖。此時 FWD 與 CM相連，電機(jī)正轉(zhuǎn)上提煤車。 當(dāng)按下停止按鈕時，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準(zhǔn)備。 3）工頻與變頻轉(zhuǎn)換 工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運(yùn)行或變頻出現(xiàn)故障時進(jìn)行自由切換。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運(yùn)行。此時繼電器 KM2 得電， KM3 失電；置于變頻器與電機(jī)之間的KM2 常開觸點(diǎn)閉合，跨過變 頻器，連接電機(jī)與三相動力電源的 KM3 常開觸點(diǎn)斷開。變頻器接入調(diào)速回路，并接受操作臺控制信號及 PLC 反饋信號，進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動調(diào)節(jié)時，按下工頻按鈕，使 KM2 斷開， KM3 閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。這樣便于檢修和故障排除。 4）保護(hù)及連鎖功能 26 ① 上過卷、下過卷保護(hù)，在離井口安全處和離井底一定距離處分別裝上霍爾常開型接近開關(guān)，當(dāng)?shù)V車由于故障或操作員失誤，礦車越過安全線時，傳感器動作，同時 PLC 控制安全回路動作，實(shí)現(xiàn)對提升系統(tǒng)的保護(hù)，并伴隨有聲光報警。 ② 松繩保護(hù)：用一根細(xì)絲和一個常開型開關(guān)，在鋼絲繩下放一定距離垂直鋼絲繩方向處架起，當(dāng)?shù)V車在緩道上行走，而電機(jī)下放速度過快時，就會出再松繩現(xiàn)象。此時，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時聲光報警，顯示屏上顯示故障信息。操作員應(yīng)該及時降速或停車。 ③ 過載保護(hù)：熱繼電器常閉觸點(diǎn)串接于安全控制回路，當(dāng)電機(jī)因負(fù)載過重，電機(jī)堵轉(zhuǎn)等故障而使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，熱繼電器動作，常閉觸點(diǎn)斷開，使安全回路動作，保護(hù)提升機(jī)不受損壞。 ④ 當(dāng)提升過程中發(fā) 生潤滑油壓力過高、過低，潤滑油濾油器或液壓站濾油器堵塞或油溫高時，監(jiān)視屏上有相應(yīng)的故障信息顯示，點(diǎn)亮相應(yīng)信息燈，告知操作員可以完成本次提升工作，當(dāng)故障解除后才允許司機(jī)進(jìn)行下一次提升工作。 ⑤ 當(dāng)提升機(jī)因發(fā)生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程內(nèi)時，排除故障后允許司機(jī)按上次開車方向選擇開車，并且只能低速開車；若提升容器不在減速行程內(nèi)，由井口發(fā)出開車信號，允許司機(jī)高速開車。 ⑥ 全礦停電時，由 PLC 保證提升機(jī)能實(shí)現(xiàn)安全制動，并做好提升機(jī)的后備保護(hù) 。 ⑦ 盤式制動器的工作制動力矩可調(diào)，緊急制動 (安全制動 )能產(chǎn)生二級制動，避免機(jī)械沖擊。 速度、行程電路 在礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，要對速度、距離等物理量進(jìn)行實(shí)時測量。現(xiàn)在大都采用數(shù)字式測量裝置，用旋轉(zhuǎn)編碼器等傳感器將距離、速度等物理量轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，然后由可編程控制器的高速計數(shù)模塊對脈沖進(jìn)行計數(shù)，完成物理量的測量。 旋轉(zhuǎn)編碼器與 PLC 的高速計數(shù)模塊連接電路如圖 312 所示。計數(shù)器通過累計正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的脈沖個數(shù)，經(jīng) CPU運(yùn)算可確定提升機(jī)的確切位置。旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈 沖數(shù)的選擇取決于 PLC 允許輸入的頻率、提升速度、計數(shù)精度等。 圖 311 旋轉(zhuǎn)編碼器與高速計數(shù)器連接圖 數(shù)字式測速或測距一般都采用輸出脈沖與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)編碼器來測量，高速計數(shù)模塊的脈沖主要來自旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器有增量型和絕對值型兩種。增量型在轉(zhuǎn)動時可連續(xù)輸出與旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的脈沖數(shù)，靜止時不輸出；絕對值型與是否旋轉(zhuǎn)沒有關(guān)系，它可并行輸出與旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的角度信號，由它可確認(rèn)絕對位置。對于測距與測速而言，一 27 般都采用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器。 OMRON 系列 E6C2CWZ6C 型軸脈沖編碼器是一種增量式光電編碼器 ，不僅可以檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且還可以測定電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)子相對于定子的位置。增量式光電編碼器可輸出三組電壓信號，經(jīng)過整形后三相輸出波形如圖 312 所示。 Z相信號用來定位，因為 Z相在轉(zhuǎn)動盤上只有一個對應(yīng)的槽，故每轉(zhuǎn)一周僅有一個 Z相脈沖，對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的一個固定位置。根據(jù)不同瞬時 A 相或 B 相輸出信號相對于 Z 相定位脈沖的相位關(guān)系，便可確定該瞬時轉(zhuǎn)子相對于定子的位置。 A 相和 B 相輸出信號可用于測定電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。由于 A 相和 B 相輸出信號的頻率與轉(zhuǎn)速成正比，故可通過在給定時間內(nèi)對輸出脈沖記數(shù)而求得轉(zhuǎn)速。通過對 A 相脈沖上升沿和下降 沿檢測電路可得對應(yīng)于上升沿和下降沿的脈沖信號 ΔA 和 ?? ，使其分別與 B 相信號相“與”，可獲得反映正轉(zhuǎn)的信號和反轉(zhuǎn)信號。 圖 312 旋轉(zhuǎn)編碼器輸出波形 1）速度、行程檢測 在相等的時間間隔內(nèi)，讀取高速計數(shù)模塊的計數(shù)值來計算出速度的方法稱為 M 法測速。設(shè)時間為 T，則速度為： MVDPT ??? 分辨率為： V DQ PT?? 測量距離為： MlDP ??? 分辨率為 l DQ P?? 測量精度為 100%PM?? ?? 式中： M— 取樣時間 T 內(nèi)高速計數(shù)器計數(shù)值； D－提升機(jī)滾筒直徑； P－旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)； P? －旋轉(zhuǎn)編碼器連個脈沖之間的角偏差。 選用每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出 1000 個脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器，與編碼器同軸的皮帶輪直徑為 1m，取 28 樣時間 T 為 1s，則采用上述方法所能測量的最大距離為 314160m，最低速度為 ，測量精度為 5%P? 。 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)生單相接地短路時保護(hù)裝置應(yīng)能切斷故障電路。 2）當(dāng)電動機(jī)正常起動或制動時，保護(hù)裝置不應(yīng)動作?？諝鈹嗦菲骺梢杂脕眍l繁地起動電動機(jī)．并對電動機(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，空氣斷路器用來控制電動機(jī)時，其額定電壓應(yīng)大于或等于 電動機(jī)額定電壓，同時額定電流 (即指主觸頭的額定電流 )選擇得大于或等于電動機(jī)額定電流 倍即可。即 318 A 413 .4 AKDII? ? ? ? 式中： KI — 空氣斷路器的額定電流（ A）； DI — 電機(jī)正常工作時的額定電流（ A）。 所以選用：韓國 LG 斷路器 ABS803a，其最大額定電流： 500A，額定隔離電壓： AC690V，額定分?jǐn)嗳萘浚?50KA（在 AC380V下） 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(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)。若用自動空氣開關(guān)保護(hù)，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(jī)采用反時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)出警報或使電動機(jī)自動減載來實(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 fzI 一般為電動機(jī)額定電流值 DI 。即： fz DII? 。 根據(jù)電機(jī)實(shí)際負(fù)載與工藝流程的要求，也可上下波動 5%，本系統(tǒng)取 倍電流保護(hù)，即 : 1. 05 1. 05 31 8 33 3. 9fz DII? ? ? ?。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， 本控制系統(tǒng)選用施耐德熱繼電器： LR2F1579C。它具有斷相保護(hù)，清晰度補(bǔ)償，脫扣指示功能，并能自動與手動復(fù)位。 調(diào)速控制系統(tǒng)抗干擾處理 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(qiáng)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(yuǎn)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(diǎn)在開閉時，會因電流急劇 變化而產(chǎn)生很強(qiáng)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(diǎn)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 29 器對輸出點(diǎn)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(jī)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(yuǎn)離對噪聲敏感的裝置。 變頻器、電動機(jī)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(jī)，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。變頻器的一次側(cè)安裝進(jìn)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(jī)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(hù)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(bǔ)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(jī)在引線較長時電動機(jī)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(jī)噪聲；限制電動機(jī)繞組電壓上升率；起限流器的作用，在電動機(jī)短路的情況下保護(hù)變頻器；減緩短路電流上升率，保護(hù)電路有時間對短路作出反應(yīng)；會吸收電動機(jī)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(yùn)行角度，相比較而言，進(jìn)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(yùn)行性能和效率，延長了變頻器和電動機(jī)的壽命。 如果不加入輸出濾波器，三電平變頻器輸出時，電機(jī)電流總諧波失真可以達(dá)到 17%左右，會引起電機(jī)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(jī)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(yuǎn)越好，圖 30 314 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12cf LC?? 。④ 在逆變橋脈沖突然封鎖時，電容 C 不能與電動機(jī)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(jī)的激磁電感參數(shù)。 12mC fX?? 式中： mX 為電機(jī)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(hù)套的金屬屏蔽層進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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)