【導讀】礦井提升機是煤礦、有色金屬礦中的重要運輸設備，是“四大運轉設備”之一。作狀況經常交替轉換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)。一旦提升機的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運行，就會發(fā)生提升機超速、煤礦生產帶來極大的經濟損失。提升機械的使用壽命。所以，提升機電氣控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關注的。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)，電機功率。施使其抑制在一定的允許范圍內。運算速度快，監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現(xiàn)的。公司采用CP一80微機、ABB公司采用MASTER—200和SIEMENS公司采用S5一150等微機。求準確度高，目前可達±2cm。而施以控制和保護。位鼉開關、停車開關）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、等速運行、減速、爬行、停車。 PLC 根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn) S 形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準 S 形曲線。 PLC 還完成各種保護監(jiān)視功能。監(jiān)控內容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(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)視內容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。 1）起動，停車 多數(shù)變頻器不能適應上電運行功能，所以應對控制系統(tǒng)加入保護功能。當需要開機運行時，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閉合，將三相 AC380V動力電接入變頻調速回路中；當減速停車，并實現(xiàn)機械抱閘制動后，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繼電器 K1 的常閉觸頭控制反轉繼電器 K2 的線圈；利用反轉繼電器 K2 的常閉觸頭控制正轉繼電器 K1 的線圈。從而達到互鎖作用。其動作過程如： 25 圖 310 PLC 外部接線 當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，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。此時變頻器 REV與 CM端相連，電機反轉下放重物。同時斷開繼電器 K1回路，形成下降閉鎖； 當按下上升按鈕時， K2 吸合，斷開 K1 回路，形成上升閉鎖。此時 FWD 與 CM相連，電機正轉上提煤車。 當按下停止按鈕時，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準備。 3）工頻與變頻轉換 工變頻轉換系統(tǒng)可使電機轉速需在工頻運行或變頻出現(xiàn)故障時進行自由切換。正常工作狀態(tài)，為變頻調速運行。此時繼電器 KM2 得電， KM3 失電；置于變頻器與電機之間的KM2 常開觸點閉合，跨過變 頻器，連接電機與三相動力電源的 KM3 常開觸點斷開。變頻器接入調速回路，并接受操作臺控制信號及 PLC 反饋信號，進行調速控制。當變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機進行點動調節(jié)時，按下工頻按鈕，使 KM2 斷開， KM3 閉合，電機進入工頻狀態(tài)。這樣便于檢修和故障排除。 4）保護及連鎖功能 26 ① 上過卷、下過卷保護，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，當?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，實現(xiàn)對提升系統(tǒng)的保護，并伴隨有聲光報警。 ② 松繩保護：用一根細絲和一個常開型開關，在鋼絲繩下放一定距離垂直鋼絲繩方向處架起，當?shù)V車在緩道上行走，而電機下放速度過快時，就會出再松繩現(xiàn)象。此時，鋼絲繩下沉，壓下開關，此時聲光報警，顯示屏上顯示故障信息。操作員應該及時降速或停車。 ③ 過載保護：熱繼電器常閉觸點串接于安全控制回路，當電機因負載過重，電機堵轉等故障而使負載轉矩增大時，熱繼電器動作，常閉觸點斷開，使安全回路動作，保護提升機不受損壞。 ④ 當提升過程中發(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)視屏上有相應的故障信息顯示，點亮相應信息燈，告知操作員可以完成本次提升工作，當故障解除后才允許司機進行下一次提升工作。 ⑤ 當提升機因發(fā)生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程內時，排除故障后允許司機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，由井口發(fā)出開車信號，允許司機高速開車。 ⑥ 全礦停電時，由 PLC 保證提升機能實現(xiàn)安全制動，并做好提升機的后備保護 。 ⑦ 盤式制動器的工作制動力矩可調，緊急制動 (安全制動 )能產生二級制動，避免機械沖擊。 速度、行程電路 在礦井提升機調速控制系統(tǒng)中，要對速度、距離等物理量進行實時測量。現(xiàn)在大都采用數(shù)字式測量裝置，用旋轉編碼器等傳感器將距離、速度等物理量轉化為電脈沖信號，然后由可編程控制器的高速計數(shù)模塊對脈沖進行計數(shù)，完成物理量的測量。 旋轉編碼器與 PLC 的高速計數(shù)模塊連接電路如圖 312 所示。計數(shù)器通過累計正轉與反轉的脈沖個數(shù)，經 CPU運算可確定提升機的確切位置。旋轉編碼器每轉脈 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速成正比的旋轉編碼器來測量，高速計數(shù)模塊的脈沖主要來自旋轉編碼器。旋轉編碼器有增量型和絕對值型兩種。增量型在轉動時可連續(xù)輸出與旋轉角度對應的脈沖數(shù)，靜止時不輸出；絕對值型與是否旋轉沒有關系，它可并行輸出與旋轉角度對應的角度信號，由它可確認絕對位置。對于測距與測速而言，一 27 般都采用增量型旋轉編碼器。 OMRON 系列 E6C2CWZ6C 型軸脈沖編碼器是一種增量式光電編碼器 ，不僅可以檢測電機轉速，而且還可以測定電機的轉向及轉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相在轉動盤上只有一個對應的槽，故每轉一周僅有一個 Z相脈沖，對應于轉子的一個固定位置。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系，便可確定該瞬時轉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轉向和轉速。由于 A 相和 B 相輸出信號的頻率與轉速成正比，故可通過在給定時間內對輸出脈沖記數(shù)而求得轉速。通過對 A 相脈沖上升沿和下降 沿檢測電路可得對應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”，可獲得反映正轉的信號和反轉信號。 圖 312 旋轉編碼器輸出波形 1）速度、行程檢測 在相等的時間間隔內，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 內高速計數(shù)器計數(shù)值； D－提升機滾筒直徑； P－旋轉編碼器旋轉一周的脈沖數(shù)； P? －旋轉編碼器連個脈沖之間的角偏差。 選用每轉一圈發(fā)出 1000 個脈沖的旋轉編碼器，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 短路保護應滿足以下要求： 1）當電動機發(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能切斷故障電路。 2）當電動機正常起動或制動時，保護裝置不應動作?？諝鈹嗦菲骺梢杂脕眍l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執(zhí)行，迅速可靠。因此，空氣斷路器用來控制電動機時，其額定電壓應大于或等于 電動機額定電壓，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，額定分斷容量： 50KA（在 AC380V下） 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，且又長期處于頻繁起動— 停止狀態(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。若用自動空氣開關保護，應選用帶長延時脫扣器的自動空氣開關。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 fzI 一般為電動機額定電流值 DI 。即： fz DII? 。 根據(jù)電機實際負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，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，還應對提升機進行斷相保護，因此應選用帶斷相保護裝置的熱繼電 器， 本控制系統(tǒng)選用施耐德熱繼電器： LR2F1579C。它具有斷相保護，清晰度補償，脫扣指示功能，并能自動與手動復位。 調速控制系統(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，是強電磁干擾源。為了防止變頻器對 PLC 的干擾， PLC 的安裝應盡量遠離變頻器。 變頻器和 PLC 周圍的控制回路的接觸器，繼電器的線圈、觸點在開閉時，會因電流急劇 變化而產生很強的電磁干擾，有時會使變頻器和 PLC 的控制回路產生誤動作，需要在這種干擾源的線圈、觸點兩端并聯(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 停止工作時結露。另外在提升機周圍振動大，需在變頻器和 PLC 側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 開關柜內，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重等較為惡劣場所。變頻器的安裝應當遠離對噪聲敏感的裝置。 變頻器、電動機和變頻器負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加入濾波器，然后再將濾波后的交流電送入電機，對電機進行調速。變頻器的一次側安裝進線電抗器，可以降低諧波電流，改善功率因數(shù)，最大限度地減少諧 波對電動機以及其他弱電設備的影響；抑制電網電壓的電流沖擊，有效地保護變頻器，免受其他產生諧波的設備諧波的影響。變頻器二次側安裝的負載電抗器，又稱輸出電抗器。它補償長導線充電電流，從而限制電纜容性充電電流，使電動機在引線較長時電動機免受過電壓、 PWM 電壓脈沖的電氣應力、過熱和定子絕緣惡化等損害；同時，吸收輸出諧波，降低電動機噪聲；限制電動機繞組電壓上升率；起限流器的作用，在電動機短路的情況下保護變頻器；減緩短路電流上升率，保護電路有時間對短路作出反應；會吸收電動機負載引起的電流浪涌，可避免變頻器誤跳閘。從提高 變頻器安全可靠運行角度，相比較而言，進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、運行性能和效率，延長了變頻器和電動機的壽命。 如果不加入輸出濾波器，三電平變頻器輸出時，電機電流總諧波失真可以達到 17%左右，會引起電機諧波發(fā)熱，轉矩脈動，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，其濾波器結構如圖 3— 13 所示。 圖 313 濾波器結構圖 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越好，圖 30 314 濾波器結構圖也就是使 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 的選擇應參考電動機的激磁電感參數(shù)。 12mC fX?? 式中： mX 為電機的激磁阻抗 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 管敷設時使兩者分開在不同的管內；用匯線槽敷設時不同種類的信號線，信號線與動力線之間設置隔離金屬板；同一多心電纜內走同種類的信號。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，同一導線的相鄰的兩扭環(huán)所產生的感應電動勢方向相反，在導線上產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套的金屬屏蔽層進行屏蔽，通過屏蔽層接地可以使導線與導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敷設。為了進一步提高抗干擾效果，還應采用電纜。電磁感應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電纜。 本章小結