【正文】 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、使用方便、工作可靠，并且性價比更高的元器件。 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。采用 PLC 來控制提升機的整個工作過程，實現(xiàn)電機的啟、停、制動閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測等。 采用 PLC 后，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對提 高控制技術(shù)水平具有廣闊的應(yīng)用前景。本次設(shè)計基本達到了預(yù)定的設(shè)計目的 。操作面板上還有一個儀表可以顯示出電機的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)礦井提升機對控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)的控制界面設(shè)計如圖 51 所示。操作人員可在觸摸屏上實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的過程控制，操作簡便易學(xué)，方便直觀。人的行為和機器的行為變得簡單、直接、自然，達到完美的統(tǒng)一。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。 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。因此對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下，都必須分開電纜迸行傳輸。 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。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。 控制系統(tǒng)的梯形圖如圖 44 所示： 26 27 28 29 圖 44 系統(tǒng)梯形圖 調(diào)試過程 1． 先將程序傳入 PLC 中，連接外部連線和按鍵以及各個狀態(tài)指示燈。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。此時 FWD 與CM 相連，電機正轉(zhuǎn)上提煤車。從而達到互鎖作用 。 I 0 . 0I 1 . 0I 0 . 2 I 2 . 02 3451Q 0 . 0 圖 43 梯形圖簡圖 系統(tǒng)梯形圖 由于控制工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成 :參數(shù)設(shè)定、上位機顯示、故障存儲、運行數(shù)據(jù)存儲、中間量這五部分，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，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，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。 3. 觸點應(yīng)在水平線上，不能在垂直分支上，且應(yīng)遵循自左至右、自上而下的原則。當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊進行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護。提升容器到達終點，提升機施閘停車，井底箕斗裝載，井口箕斗卸載。這時重載箕斗已接近井口，空箕斗接近裝載點，提升容器以加速度 a4 運行， a4 一般不大于 178。對于箕斗提升，加速度 a2 一般不大于 178。 圖 41 箕斗提升速度圖 （ 1） t1 段 ：初加速階段。 21 圖 34 系統(tǒng)控制回路電路圖 其 I/O 口分配如表 31 所示： 表 31 控制系統(tǒng) Ｉ /Ｏ 分配表 PLC I/O 分配表 輸 入 輸 出 電機啟動按鈕 工頻輸出端 電機停止按鈕 變頻輸出端 變頻控制端 正轉(zhuǎn)繼電器 工頻控制端 反轉(zhuǎn)繼電器 上升控制端 安全回路繼電器 下降控制端 報警繼電器 過卷保戶端 復(fù)位 松繩保戶端 點動控制 過載保護端 COM AC 220V 22 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 提升設(shè)備在一次提升過程中，提升速度、轉(zhuǎn)矩等運行參量隨提升時間變化的曲線，稱為提升工作圖。 的輸入端 、 為提升機上升、下降開關(guān)控制端； 、 、 為提升機的過卷、松繩、過載控制端。 制動控制回路：提升機負(fù)載由于慣性較大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至 0Hz 時，常常停不住，而有“蠕動” (也稱爬行 )現(xiàn)象，在礦山提升機這種 大負(fù)載機械中，蠕動現(xiàn)象有可能造成十分危險的后果。 聲光報警回路：變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點 30B30C 串聯(lián)在 KM1 的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常 工作時，報警輸出的常閉觸點動作，使 KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進行安全保護。 變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點串聯(lián)在 KM1 的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時，報警輸出的常閉觸點動作，使 KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進行安全保護。 PLC 與變頻器的外圍接線圖如圖 32 所示， PLC 的 端接電機啟動按鈕 SB1， 端接電機停止按鈕 SB2，再使用 PLC 的一個模擬量輸出點作為使電機正轉(zhuǎn)啟動的輸出信號，接到 MM420 變頻器的 AIN1+， AIN1端子上。因此本次設(shè)計選用三相交流籠型異步電動機。 變頻器各端子說明 25 所示。如表 21 所示。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于大型類的負(fù)載。交流拖動中以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電 阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等 。 2. MM440 變頻調(diào)速的原理 異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速： pf160n0? (2－ 1) 式中 f1定子繞組電源頻率； P電機磁極對數(shù)。 圖 23 交 直 交變頻器結(jié)構(gòu)圖 異步電機的 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。對于變頻器的應(yīng)用，必須首先熟練對變頻器的面板操作 ，以及根據(jù)實際應(yīng)用，對變頻器的各種功能參數(shù)進行設(shè)置 MM420 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 3． 通用變頻器的控制技術(shù)性能達到了直流電機調(diào)速水平。一臺小型的 PLC 只相當(dāng)于幾個繼電器的體積 ,控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 PLC 的功能擴展也極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活 ,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應(yīng)的修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。同時設(shè)計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。 (2)可靠性高，抗干擾能力強 繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。當(dāng) PLC 處于停止 (STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。為了使 PLC 的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后 PLC 要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。S7200 系列 PLC 體積小，價格低廉，軟硬件功能強大，系統(tǒng)配置方便，它一推向市場就在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊結(jié)構(gòu)，維護更換方便，并可顯示故障類型。 9 第二章 主要元部件的選擇 （ PLC）的選擇 PLC 技術(shù)是工業(yè)自動化的重要手段，它可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、算數(shù)運算、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處分支、中斷、自診斷能力。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來測試電機的轉(zhuǎn)速。提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控制的重要環(huán)節(jié)?；?PLC 的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖如圖 15 所示。從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進行 了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性 , 使速度變化更加平滑和實現(xiàn)精確調(diào)速。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線 (即硬件 )，而只需通 過編程器改變程序存儲器中某些語句的內(nèi)容。 圖 1－ 4 為可編程控制器（ PLC）控制系統(tǒng)。 在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控 制都能滿足提升機恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā) 6 展方向。 這些不足主要是因為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開 關(guān) 、 操 作 手 柄繼 電 器 控 制 線 路有 繼 電 器 和 連 接 線 路 組 成輸 出 設(shè) 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過 程 圖 13 繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)框圖 而這種控制方式還存在著很多的問題： （ 1）使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件使系統(tǒng)體積 大、運行噪聲大。 此方案調(diào)速平滑，實施時采用閉環(huán)系統(tǒng)，機械特性較硬，調(diào)速范圍較寬。 PLC 變頻調(diào)速是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速方法，從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。 交流拖動系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。重車上行時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動時還要克服一定的靜摩擦力矩，電機處于電動工作狀態(tài)，且工作于第一象限，在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。 對于我國的礦井提升機實現(xiàn)精度行程控制和制動控制系統(tǒng)安全可靠是一個急待解決的問題。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率 s 的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟性變差。計算機和 PLC 的應(yīng)用，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。 1981 年第一臺用同步機懸臂傳動的提升機在德國 Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH 和西門子合作制造的機電一體的提升機 (習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺機械和電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。 國外礦井提升機的現(xiàn)狀 礦井提升機作為礦井運輸系統(tǒng)的主要運行形勢之一，最早起源于英國、美國、德國等一些采煤技術(shù)發(fā)達的國家，五十年代已經(jīng)大規(guī)模服務(wù)于煤炭行業(yè)。通過對已改造的提升機設(shè)備進行調(diào)研以及相關(guān)文獻的閱讀可以看出 PLC 控制的變頻調(diào)速提升機有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。 變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負(fù)載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個 調(diào) 速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。 多年來，礦井提升機及其拖運、安全保護系統(tǒng)等設(shè)備的技術(shù)水平和安全水平一直是困擾煤炭安全生產(chǎn)和效益提 高的重要因素。傳統(tǒng)的礦井提升機控制系統(tǒng)主要采用繼電器－接觸器進行控制，這種系統(tǒng)存在著很多的缺點。適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。改用 PLC 控制，與傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器電控系統(tǒng)相比，調(diào)速時的能耗大大降低，運行效率也有很大的提高，而且減少了維修的成本。 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文） （ 說 明 書 ） 題 目： 基于 PLC 礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 姓 名： XXX 編 號 ：