【正文】 2005年03期，6162[9] 劉瑞國，孫玉霞，劉芒果．礦井提升機(jī)TKDA斜井電控系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造．煤礦機(jī)械，2004，(12)[10] 盧燕,顧善發(fā),盧光華． 礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)．黃金。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，當(dāng)我遇到不會(huì)的問題時(shí)，同學(xué)們總是不厭其煩的幫助我。正是由于他們的幫助，使我在做論文的過程中，獲益匪淺，更深入的了解了我們專業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的作用，為了我以后更深入的學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)。在今后的研究中可以加入先進(jìn)的控制算法比如模糊控制，在軟件中為提升機(jī)的啟動(dòng)和停止設(shè)置特定的運(yùn)行曲線，使其運(yùn)行更穩(wěn)定，并解決顫繩的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)控制中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是礦用提升機(jī)傳動(dòng)的發(fā)展方向。 結(jié)　論本文主要為礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)一套PLC控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，設(shè)備包括系統(tǒng)操作臺、變頻柜、電源柜、動(dòng)力柜及PLC實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。因此對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下 ，都必須分開電纜進(jìn)行傳輸。(3) 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用所有機(jī)柜、操作臺等均需保護(hù)接地，臺柜內(nèi)需有獨(dú)立的PLC直流地、機(jī)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。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)按下停止按鈕時(shí)，所有繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做準(zhǔn)備。其動(dòng)作過程如：當(dāng)要下放礦車或送工人到井下時(shí)，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。起動(dòng)，停車(1)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。主令操作控制，對系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運(yùn)行，運(yùn)行方式可分為啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。潤滑油過壓/欠壓、潤滑油超溫、閘瓦磨損、制動(dòng)油超溫保護(hù)功能。深指失效保護(hù)，程序通過讀取深度指示器上編碼器的數(shù)值，與其它編碼器的數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)判斷深指失效時(shí)，自動(dòng)斷電并實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。4）保護(hù)設(shè)置子程序?qū)Ω鞣N保護(hù)點(diǎn)(減速點(diǎn)開關(guān)、過卷開關(guān)、終點(diǎn)開關(guān)、解除二級制動(dòng)中繼接點(diǎn)等)除在外部設(shè)置硬接點(diǎn)外，在程序中也設(shè)置軟開關(guān)進(jìn)行雙重保護(hù)，在程序中設(shè)置的保護(hù)如下:過卷保護(hù)，過卷保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果發(fā)生不一致時(shí)，程序會(huì)發(fā)出故障安全制動(dòng)指令。程序置有半自動(dòng)運(yùn)行(主井提升可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行)、手動(dòng)運(yùn)行、檢修運(yùn)行、應(yīng)急運(yùn)行等四種運(yùn)行方式。主程序和部分子程序分別介紹如下:1）控制程序控制子程序流程圖如圖52所示。上位機(jī)軟件主要對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和記憶。井筒開關(guān)用來校正行程顯示和控制信號，使行程控制和顯示誤差縮小到允許范圍。為了提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠，采用行程給定和時(shí)間給定串級連接。5) 維護(hù)包括監(jiān)控和程序/參數(shù)上載和下載，通過調(diào)制解調(diào)器通訊即可實(shí)現(xiàn)。使用軟件可以為Fx/AQnA/Q系列PLC生成程序。表43 輸入點(diǎn)地址編碼名 稱地址編碼名 稱地址編碼制動(dòng)泵故障反饋X0調(diào)繩閥鎖開關(guān)X10潤滑泵運(yùn)行反饋X1硬解除二級制動(dòng)中繼X11潤滑泵故障反饋X2備用1X12后備保護(hù)開關(guān)X3備用2X13提示信號X4備用3X14安全繼電器反饋X5備用4X15調(diào)繩離合器1X6閘控開關(guān)X16調(diào)繩離合器2X7FX2NB1控制系統(tǒng)的輸出信號及地址編號如表44所示。在設(shè)計(jì)時(shí)需統(tǒng)計(jì)I/O的總量，包括開關(guān)量和模擬量，以確定選用PCL的模塊數(shù)量以及型號。可增加一個(gè)通道,如: 連接一臺人機(jī)界面顯示單元DU，另外一個(gè)連接編程器或連二臺DU?；締卧?(16～128點(diǎn)) 有繼電器或晶體管輸出,最多可擴(kuò)展到256點(diǎn)。F系列程控器的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。可按要求配置。采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合。根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個(gè)I/O點(diǎn)到幾百個(gè)I/O點(diǎn)的控制系統(tǒng)。PLC所采用的CPU一般是具有較強(qiáng)位處理功能的位處理機(jī)，為了增強(qiáng)其復(fù)雜控制功能和聯(lián)網(wǎng)通信等管理功能，可以采用雙CPU的運(yùn)行方式，使其功能得到極大的加強(qiáng)。具有其他工業(yè)設(shè)備難以具備的特點(diǎn)：PLC具有以下特點(diǎn):(1) 可靠性高。在參數(shù)設(shè)置中用到的是專家應(yīng)用、專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置主要分為以下幾個(gè)步驟:功率部分的定義(P060=8)、電子板的定義(P060=4)、系統(tǒng)定義(P060=5)、功能調(diào)整。有關(guān)功能的參數(shù)系統(tǒng)存儲在裝置中的參數(shù)組的結(jié)構(gòu)菜單中，因而，一個(gè)菜單代表裝置全部參數(shù)中的一套參數(shù)，一個(gè)參數(shù)有可能列入幾個(gè)菜單。同時(shí)（常開）觸點(diǎn)30B30C閉合，將報(bào)警指示燈HL和電笛HA接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。選擇變頻器時(shí)應(yīng)以負(fù)載特性為基本依據(jù)，分析提升機(jī)的負(fù)載屬于重力，其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會(huì)造成不必要的容量損失?！Ｈ粢噪妱?dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)，而可靠性并沒有因此而得到提高。隨著電動(dòng)機(jī)極數(shù)的增多，電動(dòng)機(jī)額定電流增大。選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流量是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻器裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。6SE70裝置本身提供了多種可靠有效的故障保護(hù)措施。對于不同時(shí)制動(dòng)的逆變器可以在直流母線上交換能量，當(dāng)制動(dòng)功率大時(shí)從回饋單元向電網(wǎng)回饋能量；還可以將多臺變頻器的直流母線直接連接，形成公共直流母線，再接入制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻，當(dāng)制動(dòng)功率大時(shí)由制動(dòng)電阻消耗能量。本系統(tǒng)選用西門子6SE70變頻器，西門子變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。對于升降類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如提升機(jī)、電梯等，這類負(fù)載的特點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)沖擊電流大，在其下降過程中需要一定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)會(huì)有能量回饋，因此要求變頻器有一定余量。這就要求通用變頻器有足夠的低頻轉(zhuǎn)矩提升能力和短時(shí)過流能力。由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制，對轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性。（3）矢量控制矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上，通過一系列的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解耦的控制方法，可以將作為控制對象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機(jī)的控制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)性和過渡特性來看，變頻調(diào)速的控制方式分為以下幾種:（1）V/F控制V/F控制是交流電機(jī)最簡單的一種控制方法，通過控制過程中始終保持V/F 為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。變頻調(diào)速比轉(zhuǎn)子回路串接電阻的調(diào)速方法節(jié)約電能20%～40%。(3) 動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。提升機(jī)使用變頻調(diào)速控制具有下列優(yōu)點(diǎn):(1) 調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。從而使傳動(dòng)系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性。減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動(dòng)方式，將系統(tǒng)的動(dòng)能反饋給電網(wǎng)，與動(dòng)力制動(dòng)減速相比，不僅調(diào)速性能好、減速與爬行自然過渡，而且節(jié)能效果顯著。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：第一個(gè)階段為電壓/頻率(U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時(shí)定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時(shí)需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以便用戶選擇。第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容易，調(diào)速精度高等特點(diǎn)長期占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過流能力不強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)差，難以實(shí)現(xiàn)高速度化等原因，一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大?？刂葡到y(tǒng)工作原理：當(dāng)司機(jī)聽到開車信號時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，PLC控制將380V動(dòng)力電源接入變頻器。硬安全回路通過硬件回路實(shí)現(xiàn)，無論P(yáng)LC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。 （4）操作臺操作臺設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定。 （2）變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用德國制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采用矢量控制技術(shù)適合提升機(jī)工作環(huán)境，只需在控制單元給出對變頻器的控制命令(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等)即可使提升機(jī)按照設(shè)定的速度曲線運(yùn)行，滿足提升階段穩(wěn)定運(yùn)行的要求。使用PLC集成高速計(jì)數(shù)輸入口以及特殊高速計(jì)數(shù)模塊相結(jié)合，對分別安裝于電機(jī)軸、輥筒主軸、天輪的四個(gè)編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)監(jiān)視速度、深度以及判斷松繩；A/D模塊采集現(xiàn)場液壓站及潤滑站的油壓、油溫等信號。 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤滑站、操作臺、安全保護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖23所示。此外在調(diào)速性能方面，交流拖動(dòng)系統(tǒng)一般不如直流拖動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)越，但選用了動(dòng)力制動(dòng)、低頻制動(dòng)、可調(diào)機(jī)械閘、負(fù)荷測量、計(jì)算裝載等輔助裝置后，交流拖動(dòng)系統(tǒng)亦可獲得滿意的調(diào)速性能。由于高次諧波的影響，使電網(wǎng)電壓的波動(dòng)加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害”:同時(shí)低速時(shí)功率因數(shù)也較低。而VM系統(tǒng)由于具有以上一些突出的特點(diǎn)，因此，目前在大型提升機(jī)方面，世界各國大多采用直流拖動(dòng)方案，尤以VM系統(tǒng)為主?？焖夙憫?yīng)性好，GM系統(tǒng)為秒級，VM為毫秒級，因而動(dòng)態(tài)品質(zhì)快速性能較好。我國目前正在服務(wù)的礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中，屬于交流拖動(dòng)的有轉(zhuǎn)子電路串電阻的調(diào)速系統(tǒng):屬于直流拖動(dòng)的有直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)組成的GM調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流裝置供電的VM調(diào)速系統(tǒng)。對于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的PLC即可滿足要求，把原來由各種電器通過連線而實(shí)現(xiàn)的邏輯控制改由PLC通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，則控制線路將大大簡化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干擾能力將大大增強(qiáng)，工作可靠性將大大提高，工藝改變時(shí)只需要改變控制程序即可。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。是可編程序邏輯控制器，簡稱PLC，PLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化。(3) 采用磁放大器做調(diào)節(jié)控制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難保證。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個(gè)控制任務(wù)，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件(繼電器、接觸器、電子元件等)用導(dǎo)線連接起來加以實(shí)現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。要能夠方便的進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。(4) 特性曲線要硬。(2) 具有良好的調(diào)速性能。這意味著電動(dòng)機(jī)不僅要工作在電動(dòng)狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動(dòng)狀態(tài)。 圖a 圖b圖c圖d 圖21 提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)給定速度圖、力圖提升機(jī)的負(fù)載靜力FL決定于提升機(jī)滾筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物體的凈載重。Ti傳動(dòng)系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩。適用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠是本文提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處理。 采用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、性能現(xiàn)代化、體積小型化的原則，研制生產(chǎn)適合礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇。主控計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、低速爬行等各種運(yùn)動(dòng)方式的控制要求。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代。(5) 電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。而且這種控制方式存在著很多的問題:(1) 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。 可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對我國占大部分的交流提升機(jī)繼電接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。另外，還正在引進(jìn)計(jì)算機(jī)控制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng)。c 北京整流器廠主要生產(chǎn)配套電控，已從瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引進(jìn)了晶閘管電控整機(jī)系統(tǒng)及元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達(dá)7000kW。極少數(shù)提升機(jī)采用串級調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。當(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員有更高的技術(shù)水平和計(jì)算機(jī)知識。5) 制動(dòng)系統(tǒng)的控制與監(jiān)視制動(dòng)(可調(diào)閘)控制系統(tǒng)除要可靠地完成工作制動(dòng)和安全制動(dòng)外，還要完成對液壓站的控制以及各環(huán)節(jié)參數(shù)(如油壓、閘瓦磨損等)的監(jiān)視，其技術(shù)要求與安全回路相似。c 立即進(jìn)行電氣制動(dòng)，如停車終點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)本次提升應(yīng)盡快停下來。其目的在于使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。3) 提升過程監(jiān)視由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)安全可靠性，所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。采用微機(jī)控制，可通過采集各種傳感信號，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒位置、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理，計(jì)算出罐籠準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。如AEG公司采用CP80微機(jī)、ABB公司采用MASTER200和SIEMENS公司采用S5150等微機(jī)實(shí)現(xiàn)的變頻控制，都獲得了相當(dāng)成功。(3)微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用從70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中。因此，多數(shù)專家認(rèn)為，變頻同步機(jī)拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機(jī)拖動(dòng)的必然發(fā)展方向。d 動(dòng)態(tài)品質(zhì)好(和直流系統(tǒng)相同)，系統(tǒng)可在四象限平滑過渡和無級調(diào)速。SIEMAG公司投運(yùn)的2x46O0kW等變頻調(diào)速同步機(jī)拖動(dòng)的提升機(jī)，經(jīng)過多年的運(yùn)行，均獲得成功。自80年代初以來，交流變頻供電的同步機(jī)拖動(dòng)異軍突起，在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動(dòng)方式。(2) 交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)SC