【導讀】傳統(tǒng)礦井提升機的調(diào)速性能較差，在啟動、停止、制動、邏輯控制等方面存。在許多安全問題。采用先進的變頻調(diào)速方案。在控制單元給出變頻器的控制命令（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多。根據(jù)礦用提升機的運行特性要求，完成對提升機、變頻器、PLC的選型設(shè)。根據(jù)硬件系統(tǒng)要求畫出外部接線圖，并編寫系統(tǒng)控制程序。寫的梯形圖程序進行仿真。

　　

【正文】 圖 變頻器外部接線圖 變頻器 基本 參數(shù)設(shè)置 新疆工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 提升機的速度要求確定變頻器的參數(shù)設(shè)置如 下。 表 31 變頻器參數(shù)設(shè)置 參數(shù)名稱 參數(shù)號 設(shè)置參數(shù) 選擇頻率 P1000 2 恢復出廠 P0010 30 工作地區(qū) P0100 0 上限頻率 P1082 50Hz 下限頻率 P1080 0Hz 加速 時間 P1120 60s 減速 時間 P1121 50s 自動檢測方式 P1910 2 直流制動頻率 P1010 20HZ 直流制動電壓 P1200 250V 直流制動時間 P1101 50s 根據(jù)變頻器調(diào)速原理，在變頻器輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由 PLC 輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電機速度控制。本設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)采用 ADPLC /? （開關(guān)量連接 /模擬量連接 ） 模塊配合變頻器進行，通過 PLC 輸出電壓信號（ V10~0 ）來控制變頻器的頻率 ( 50~0 )。此時變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比 ,實現(xiàn)對提升電機速度的控制。 變頻器外圍設(shè)備的選型設(shè)計 變頻器主回路的外圍設(shè)備有熔斷器、斷路器、交流接觸器（主觸點）、制動電阻和熱繼電器（發(fā)熱元件）。 熔斷器的選型設(shè)計 熔斷器用來對變頻器進行過電流保護。熔斷器的額定電流 UNI 可以根據(jù)下式選擇： MNUN II )~(? （ ） 式中： UNI — 熔斷器的額定電流（ A ） 。 3 礦井提升機變頻器系統(tǒng)硬件選型 設(shè)計 23 MNI — 電動機的額定電流（ A ）。 代入數(shù)據(jù)： 3672??UNI 即 AIUN 734? 根據(jù)熔斷器選型手冊最終選用龍熔系列 4117NH 熔斷器，其參數(shù)如下：額定電流為 : AA 7 3 42 2 0 0~9 0 0 ?，應用類別 : aRgR/ ,分段能力： KA100 . 斷路器的選型設(shè)計 斷路器又稱自動空氣開關(guān)，斷路器的功能主要有：接通和切斷變頻器電源，對變頻器進行多電流、欠電流保護。 由于斷路器具有過電流自動掉閘保護功能，為了防止產(chǎn)生誤動作，正確選擇斷路器的額定電流非常重要。斷路器的額定電流QNI 選擇分下面兩種情況。 （ 1） 一般情況下， QNI 可根據(jù)下式選擇： CNQN II )~(? （ ） 式中： CNI — 變頻器的額定電流（ A ）。 （ 2） 在工頻和 變頻切換電路中， QNI 可以根據(jù)下式選擇： MNQN II ? （ ） 式中： MNI — 電機的額定電流（ A ）。本設(shè)計選擇第二種情況代入數(shù)據(jù)得： AII QNQN ??? 即 （ ） 根據(jù)計算最終選擇 12)1(63 ?VSAZN 高壓真空斷路器，該型號參數(shù)如下：額定電流 A1250~630 ,額定電壓 KV12 ,其適用于礦山及企業(yè)等額定電流下頻繁操作，多次開斷短路電流的場合。 交流接觸器的選型設(shè)計 （ 1） 輸入側(cè)交流接觸器 輸入側(cè)交流接觸器安裝在變頻器的輸入端，它既可以遠距離接通和分斷三流新疆工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 電源，在變頻器出現(xiàn)故障時還可以及時切斷輸入電源。輸入側(cè)交流接觸器的主觸點接在變頻器輸入側(cè)，主觸點額定電流 KNI 可根據(jù)下式選擇： CNKN II ? （ ） 式中： CNI — 變頻器的額定電流（ A ）。 （ 2）輸出側(cè)交流接觸器 當變頻器用于工頻 — 變頻切換時，變頻器輸出端需接輸出側(cè)交流接觸器。 由于變頻器輸出電流中含有較多的諧波成分，其電流有效值略大于工頻運行的有效值，故輸出側(cè)交流接觸器 的主觸點額定電流應選大些。輸出側(cè)交流接觸器額主觸點額定電流 KNI 可根據(jù)下式選擇： MNKN II ? （ ） 式中： MNI — 電機的額定電流（ A ）。 本設(shè)計選擇輸出側(cè)交流接觸器，代入數(shù)據(jù)得： ??KNI AA 404630? （ ） 根據(jù)計算結(jié)果結(jié)合實際情況選擇 kVCKGWL 12/6304 ?? 型交流真空接觸器，其額定電壓 kV12 ,額定電流 A630 。 熱繼電器選型設(shè)計 熱繼電器在電機長時間過載運行時起保護作用 [3]。熱繼電器的發(fā)熱元件額定電流 RNI 可按下式選擇： MNRN II )~(? 式中： MNI — 電動機的額定電流（ A ）。 根據(jù)公式代入數(shù)據(jù)得： AII RNRN 4 2 23 6 ??? 即 （ ） 3 礦井提升機變頻器系統(tǒng)硬件選型 設(shè)計 25 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) 選用850900 DUTABB ? 熱過載繼電器，額定工作電流 A450 ,工作環(huán)境 CC ???? 55~25 ,電壓調(diào)整范圍 A850~610 。 制動電阻選型設(shè)計 （ 1） 制動電阻 制動電阻是在電機減速或制動時候消耗慣性運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能， 轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉 ，使電機能夠迅速減 速或制動 [3]。 （ 2） 阻值計算 精確計算制動電阻的阻值要涉及很多參數(shù)，且計算復雜，一般情況下可以按下式錯略估算： MNDBMNDBB IUIUR ~2? 式中： BR — 制動電阻的阻值（Ω）； DBU — 直流回路允許的上限電壓值（ V） ,我國規(guī)定 VUDB 600? 。 MNI — 電動機的額定電流（ A）。 代入數(shù)據(jù)得： ????? BR （ ） (3) 功率計算 制動電阻的功率可以按下式計算： BDBBB RUP 2?? 式中： BP — 制動電阻的功率（ W） 。 DBU — 直流回路允許的上限電壓值（ V） ,我國規(guī)定 VUDB 600? 。 BR — 制動電 阻的阻值（Ω） 。 B? — 修正系數(shù) 。 新疆工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 B? 可按下面的規(guī)律取值。 在不反復制動時，若制動時間小于 s10 ,取 7?Ba 。若制動時間超過 s100 ，取1?Ba ；若制動時間在 s100~10 之間時， Ba 可按比例選取 7~1 的值。 在反復制動時，若 ?CBtt （ Bt 為每次制動所需的時間， Ct 為每次制動周期所需的時間），取 7?Ba ；若 ?CBtt ，取 1?Ba ；若 ??CBtt , Ba 可按比例選取 7~1 的值。 代入數(shù)據(jù)： kWRUP BDBBB 60060012 ?????? ? （ ） 根據(jù)計算結(jié)果結(jié)合設(shè)備實際情況最終選擇靈歐 RXQ 型線繞電阻器，其參數(shù)為： ??? 4,150 RkWP ，額定功率下阻值變化 %3?? ，環(huán)境溫度 CC ???? 31555 。 變頻器的抗干擾及防止 措施 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：電路傳導方式、感應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[5]。主要措施有：合理布線、削弱干擾源、對線路進行屏蔽、隔離干擾信號和準確接地。 本章小結(jié) 本章 首先 介紹了 變頻調(diào)速的 特點，接著對變頻調(diào)速的基本原理進行了系統(tǒng)的分析，再次對變頻器、制動部分、外圍設(shè)備進行了選型設(shè)計，并根據(jù)所選變頻及外圍設(shè)備繪制出外部接線圖對參數(shù)進行設(shè)置。為防止變頻器干擾，最后采取了一系列防干擾措施。 4 礦井提升機 PLC 控制系統(tǒng)硬件選型設(shè)計 27 4 礦井提升機 PLC 控制 系統(tǒng) 硬件選型 設(shè)計 礦井提升機 PLC 特點 PLC 英文全稱（ C o n tro lle rL o g ico g ra mm a b lePr ） ,中文全稱為可編程序邏輯控制器 [5]。 PLC 主要有中央處理器（ CPU ）、寄存器（ RAM 、 EPROM ）、 OI/口、電源、擴展接口和編程器接口等幾部分組成， PLC 組成方框圖 如圖 所示。 圖 PLC 組成方框圖 PLC 有著其它工業(yè)控制設(shè)備很難具備的特性： （ 1） 高可靠性，抗干擾能力強 ； （ 2） 編程方便，易于使用 ； （ 3） 與其它裝置配置聯(lián)接方便、維護簡單 。 PLC 的 I/O 點統(tǒng)計 在設(shè)計時候需要統(tǒng)計 OI/ 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)對精度的要求并不是特別高，對于響應時間的要求也并不高，達到毫秒級就可以了。在滿足要求的前提下， PLC 選型主要從經(jīng)濟性、適應性、可擴展性及網(wǎng)絡通訊性能等方面綜合考慮， 本設(shè)計 開關(guān)輸入量共需 13 個輸入點，輸出點共需要 12 個點。 PLC 的 I/O 端口統(tǒng)計 PLC 的 OI/ 點統(tǒng)計如 下。 新疆工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 表 41 PLC I/O 輸入點統(tǒng)計表 編號 輸入端子 點數(shù) 輸入外設(shè) 1 1 旋轉(zhuǎn)編碼器 2 1 起動 3 1 停止 4 1 變頻 5 1 工頻 6 1 復位 7 1 上升 8 1 下降 9 1 過卷 10 1 松繩 11 1 過載 12 1 正轉(zhuǎn)點動 13 1 反轉(zhuǎn)點動 表 42 PLC I/O 輸出點統(tǒng)計表 編號 輸出端子 點數(shù) 輸出外設(shè) 1 1 變頻器通電 2 1 工頻繼電器 3 1 變頻繼電器 4 1 點動繼電器 5 1 正轉(zhuǎn)繼電器 6 1 反轉(zhuǎn)繼電 器 7 1 速度繼電器 8 1 加速時間繼電器 9 1 減速時間繼電器 10 1 報警繼電器 11 1 復位繼電器 12 1 安全回路繼電器 PLC 的選型 根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果最終選擇西門子 2021?S 系列 PLC ,它可以提供 4 個不同基本型號的 5 種 CPU 可供選擇 [1]，完全符合本設(shè)計提升機電控系統(tǒng)的調(diào)速要求，本設(shè)計對電氣控制系統(tǒng)中的調(diào)速方法進行了改進，選用 2021?S 系列的 226CPU 可4 礦井提升機 PLC 控制系統(tǒng)硬件選型設(shè)計 29 編程控制器，該可編程控制器共有 24 點輸入和 16 點輸出共 40 個數(shù)字量 OI/ 點，它有 7 個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強大的模擬量和高速計數(shù)的處理能力 [6]。 PLC 的外部電路接線圖 提升機調(diào)速系統(tǒng) PLC 外部電路接線如圖 所示 。 圖 PLC 外部接線 圖 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型設(shè)計 旋轉(zhuǎn)編碼器主要是 用來測量 電機轉(zhuǎn)速的設(shè)備，它與電機同軸相連，與電機保持相同的速度。 PLC 的高速計數(shù)器采集旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖，在 PLC 中經(jīng)過相應的數(shù)學運算， 累計正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的