【正文】 它與PLC通過(guò)模擬量輸入接口相連，提升機(jī)S形速度給定曲線由PLC通過(guò)軟件編程產(chǎn)生通過(guò)變頻器模擬量輸入器對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。為變頻調(diào)速控制的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備了理論的基礎(chǔ)。第5章 全文總結(jié)本文所作的主要研究工作是針對(duì)當(dāng)前大多數(shù)中、小型礦井礦山提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速當(dāng)中存在的提升機(jī)調(diào)速性能差、故障率高、能耗大等問(wèn)題展開的。礦井提升負(fù)載屬于典型恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，所以對(duì)電控系統(tǒng)的要求更高。對(duì)于重故障，PLC系統(tǒng)根據(jù)故障的分類使快速開關(guān)跳閘或高壓開關(guān)跳閘。（II）故障處理子程序功能故障處理程序綜合來(lái)自控制系統(tǒng)外圍的故障信息和內(nèi)部系統(tǒng)監(jiān)視程序檢測(cè)到的故障信息，控制系統(tǒng)程序依據(jù)故障的不同類型以及提升機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，做出相應(yīng)處理。主程序流程圖如圖4—6所示，其中包括兩個(gè)主要的功能模塊：中斷子程序功能模塊和故障處理子程序功能模塊。綜合以上步驟就可以完成S形給定速度曲線的實(shí)現(xiàn)。操作工人發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。（3）第三階段t′～t3′：重車快到井口時(shí)減速階段，重車減速到低速，進(jìn)入爬行階段。（2）第二階段t3～t′：勻速運(yùn)行階段。在減速停車段，由于無(wú)勻加速段，故v5 = v4/2=1m/s,由式v5 = sinωt10解得到t10=, t20= ,求解得到：shi=2m。在實(shí)際應(yīng)用中，只要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整最大加速度、加加速度及它們之間的比值，就能快速、方便地得到一條優(yōu)良的S形速度給定曲線。由前述可知加速段和減速段具有對(duì)稱性，這可以簡(jiǎn)化程序。（5）hi為二次減速停車段，其曲線形狀除了無(wú)勻加速度段外完全同第（3）段，只是此時(shí)減速起始速度v一般較小，所以最大加速度a1和最大加加速度ρ1的值和它們之間比值應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整以滿足實(shí)際情況?，F(xiàn)在分段來(lái)研究圖5—3中不同曲線段的數(shù)學(xué)模型。所以，要實(shí)現(xiàn)按理想S形速度曲線運(yùn)行，只需速度給定曲線是理想S形速度曲線即可。它包括啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減制動(dòng)段5個(gè)階段，構(gòu)成了礦井提升機(jī)一次完整的運(yùn)行周期[11]。PLC系統(tǒng)控制軟件由主程序和中斷子程序構(gòu)成，并集成了PLC故障處理功能，能夠有效的避免許多干擾因素的影響，確保提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)的有效運(yùn)行。PLC控制安全保護(hù)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成。變頻調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)精度高。礦井提升機(jī)是在繁重而復(fù)雜的條件下工作的設(shè)備，是礦井的咽喉。在外界干擾磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)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。信號(hào)線與動(dòng)力線盡可能垂直，不得不平行時(shí)盡可能保持較大的間距；穿45管敷設(shè)時(shí)使兩者分開在不同的管內(nèi)；用匯線槽敷設(shè)時(shí)不同種類的信號(hào)線，信號(hào)線與動(dòng)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(hào)。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4—7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。如果不加入輸出濾波器，三電平變頻器輸出時(shí)，電機(jī)電流總諧波失真可以達(dá)到17%左右，會(huì)引起電機(jī)諧波發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，輸出電壓跳變臺(tái)階為一半直流母線電壓，電壓跳變率較大，會(huì)影響電機(jī)絕緣。變頻器二次側(cè)安裝的負(fù)載電抗器，又稱輸出電抗器。變頻器的安裝應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離對(duì)噪聲敏感的裝置。所以必須加裝除濕裝置，防止變頻器和PLC停止工作時(shí)結(jié)露。為了防止變頻器對(duì)PLC的干擾，PLC的安裝應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器。它具有斷相保護(hù)，清晰度補(bǔ)償，脫扣指示功能，并能自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位。本系統(tǒng)采用熱繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。若用自動(dòng)空氣開關(guān)保護(hù)，應(yīng)選用帶長(zhǎng)延時(shí)脫扣器的自動(dòng)空氣開關(guān)。因此，用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流(即指主觸頭的額定電流)~。要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)矢量控制變頻調(diào)速還需要對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，各參數(shù)設(shè)置參見附錄。通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，供操作員參考。通過(guò)PLC高速脈沖輸入端輸入的脈沖，由高速計(jì)數(shù)器FUN(98)指令累計(jì)并存于CNT47中(這時(shí)CNT47為其專用)，該指令可將當(dāng)前計(jì)數(shù)值與設(shè)定在數(shù)據(jù)寄存器的DM32DM63中的上下限值進(jìn)行比較，然后，依照比較結(jié)果在FUN(98)指令指定的通道產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。為了在位置檢測(cè)中取得很大的控制精度，應(yīng)在允許范圍內(nèi)選取盡可能多的脈沖數(shù)，即選擇每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)多的旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器與可編程控制器的高速計(jì)數(shù)單元相連，連接電路如圖3—7所示。(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(shí)，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(hào)，允許司機(jī)高速開車。此時(shí)，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時(shí)聲光報(bào)警，顯示屏上顯示故障信息。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，按下工頻按鈕，使KM2斷開，KM3閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換(1)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(shí)進(jìn)行自由切換。此時(shí)變頻器REV與CM端相連，電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物。當(dāng)需要開機(jī)運(yùn)行時(shí)，按下起動(dòng)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(dòng)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(dòng)后，可以將變頻器與動(dòng)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(dòng)力電源脫開。PLC根據(jù)運(yùn)行方式對(duì)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。預(yù)置直流制動(dòng)時(shí)間tDB的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對(duì)克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些。B、直流制動(dòng)強(qiáng)度即預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓UDB或直流電流IDB的大小，它決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度，如圖3—5所示。（二） 直流制動(dòng)功能預(yù)置A、直流制動(dòng)的起始頻率fDB，通常直流制動(dòng)都是和再生制動(dòng)配合使用的。具體操作是，將電機(jī)與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)通入直流電流，定子磁場(chǎng)是靜止的。（II）功率管Vb的選用Vb的常用器件是GTR或IGBT。制動(dòng)單元BV如圖3—4，制動(dòng)單元BV的功能是，當(dāng)直流回路的電壓Ud超過(guò)規(guī)定的限值勤時(shí)，接通耗能電路，使直流回路通過(guò)RB釋放能量。其選擇方法如下：（1）RB的阻值一般情況下，RB的大小以使制動(dòng)電流不超過(guò)變頻器額定電流的一半為宜，即 （2）RB的功率PB由于RB的工況屬于短時(shí)工作，幫其標(biāo)稱功率可以比長(zhǎng)期通電時(shí)消耗的功率小很多：式中，ab為選用系數(shù)，取值范圍約為ab=～,取決于電動(dòng)機(jī)的容量和工況。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來(lái)看，拖動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時(shí)減少的動(dòng)能，由電動(dòng)機(jī)“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。從電動(dòng)機(jī)的角度來(lái)看，處于再生制動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)：電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。另外繼電器線圈和電笛線圈的兩端，也需要并聯(lián)阻容吸收電路，以保護(hù)變頻器內(nèi)部報(bào)警繼電器觸點(diǎn)。1 聲光報(bào)警回路(1)、變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)“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(shí)，發(fā)出報(bào)警；同是報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。其對(duì)負(fù)載的變化和瞬時(shí)掉電，能做出迅速響應(yīng)；開環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（%～%），開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時(shí)間小于5 ms，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%，并具有有效的磁通制動(dòng)來(lái)提供最大可能的制動(dòng)力矩。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表3—1所示：2變頻器的容量選擇在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者是變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率大于當(dāng)前該電動(dòng)機(jī)的功率。同時(shí)具有短路、接地和過(guò)載保護(hù)功能。與變頻調(diào)速良好的起、制動(dòng)功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時(shí)間或斷續(xù)周期運(yùn)行、頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的場(chǎng)合，既能保證電動(dòng)機(jī)在高頻時(shí)的過(guò)載能力，又能在低頻時(shí)保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：德國(guó)的西門子(Siemens)公司生產(chǎn)的模塊式PLC S7300和變頻器各一臺(tái)。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器，PLC通過(guò)該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的行走距離。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理：如圖3—1，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，AC380V三相動(dòng)力電源由隔爆接線腔R,S,T 3個(gè)接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，大功率變頻（SB61G110KW）可以將工頻三相交流電經(jīng)過(guò)交—直變換之后經(jīng)過(guò)逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U,V,W來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行。變頻調(diào)速器：是動(dòng)力裝置的能量供給單元，通過(guò)它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮到串電阻調(diào)速系統(tǒng)控制器件多、電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，所以將可編程控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)。本章結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況，分析提升機(jī)工作過(guò)程及工作特點(diǎn)；并給出提升機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖，使提升機(jī)的工作原理更加清晰。矢量控制又分為無(wú)速度傳感器的矢量控制和有速度傳感器的矢量控制。由異步電動(dòng)機(jī)兩相繞組模型可得出矢量變換控制的思路是：把異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組等效為在空間上互相垂直的兩個(gè)靜止的α、β繞組，三相繞組的電流和兩相α、β繞組電流有固有的變換關(guān)系。該模型有兩個(gè)垂直的繞組：M繞組和T繞組，且以角速度ω1在空間上旋轉(zhuǎn)。智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、最優(yōu)控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。但是目前直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在理論上尚不成熟、不夠完善，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的固有缺陷，一直阻礙著DTC系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control，簡(jiǎn)稱DTC)變頻技術(shù)。一般的模糊算法包括以下五個(gè)步驟：A、定義模糊子集，建立模糊控制規(guī)則；B、由基本論域轉(zhuǎn)化為模糊集合論域；C、模糊關(guān)系矩陣運(yùn)算；D、模糊推理合成，求出控制輸出模糊子集；E、進(jìn)行逆模糊運(yùn)算、模糊判決，得到精確控制量；二、提升機(jī)模糊控制系統(tǒng)原理圖在對(duì)提升機(jī)的轉(zhuǎn)速控制中，采用二維的輸入變量即使用誤差和誤差的變化率。為了解決減速段的負(fù)力要求，通常采用動(dòng)力制動(dòng)方案，即將定子側(cè)的高壓電源切除，施加直流電壓，或在定子繞組上施加低頻電源，讓電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。所以在選用調(diào)速控制系統(tǒng)時(shí)要按負(fù)載的特性要求，并結(jié)合礦井的生產(chǎn)規(guī)模，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為準(zhǔn)。但交流電機(jī)不存在電刷損壞的問(wèn)題，因此也得到廣泛應(yīng)用，但交流調(diào)速性能離直流電機(jī)優(yōu)越的調(diào)速性能還有差距。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級(jí)調(diào)速可分為電機(jī)串級(jí)調(diào)速、機(jī)械串級(jí)調(diào)速及晶閘管串級(jí)調(diào)速形式。串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。a、定子調(diào)壓調(diào)速方法當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。在生產(chǎn)機(jī)械上廣泛使用的調(diào)速方法中，不改變同步轉(zhuǎn)速的有：繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等。直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)此系統(tǒng)中，電源是靜止裝置，能過(guò)改變晶體管VT的導(dǎo)通及關(guān)斷及通斷比（即脈沖寬度調(diào)制，PWM）來(lái)改變輸出電壓的極性和大小。這種直流調(diào)速系統(tǒng)稱“晶閘管—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)”簡(jiǎn)稱“VM系統(tǒng)”（V—晶閘管整流裝置）。原動(dòng)機(jī)一般采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或交流同步電動(dòng)機(jī)，使直流電源以電機(jī)機(jī)組的形式構(gòu)成。其各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面分別敘述。(2) 礦井提升的工作特點(diǎn):箕斗在一定的距離（井深）內(nèi)，以較高的速度往復(fù)運(yùn)行，完成上升與下降的任務(wù)。在井口有一絞車提升機(jī)，由電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在卷筒上纏繞數(shù)周后掛上一列煤車車廂（單提升，多數(shù)煤礦都采用單提升），在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將裝滿煤的列車從斜井拖上來(lái)；卸載完成后，再將空車在電機(jī)的拖動(dòng)下沿斜井放下去。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過(guò)程中交流接觸器動(dòng)作頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，交流接觸器主觸頭易氧化，引發(fā)設(shè)備故障。本章詳細(xì)介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用情況，闡述了本課題研究的目的意義。4．保護(hù)及抗干擾措施傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差，其安全保護(hù)、閉鎖及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不完善，均為單線系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數(shù)共用一套線路，互相影響。3．提升機(jī)速度給定方式分析由于礦山生產(chǎn)過(guò)程中，提升機(jī)所承受的載荷不同、提升的方式及提升行程不同，提升機(jī)的牽引力也就不同，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，提升速度也應(yīng)能及時(shí)進(jìn)行控制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將在較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生極大的累計(jì)誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)的巨大波動(dòng)，造成過(guò)載或松繩等，甚至導(dǎo)致礦車脫軌或過(guò)卷等重大事故，而造成巨大的損失。并采取一些提高系統(tǒng)安全運(yùn)行和抗干擾能力的措施。為了更直觀的顯示提升機(jī)的工作狀態(tài)及故障來(lái)源，增加了提升機(jī)監(jiān)視控制系統(tǒng)，通過(guò)顯示器對(duì)整個(gè)提升系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控?？刂撇呗匝芯烤褪且ㄟ^(guò)電液控實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地使提升機(jī)按給定的速度圖運(yùn)行，使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機(jī)運(yùn)行的要求。變頻器調(diào)速控制電路簡(jiǎn)單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生。提升機(jī)頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)工作過(guò)程會(huì)使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。目前，我國(guó)地下礦山礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有：對(duì)于大型礦井提升機(jī)，主要采用晶閘管變流器—直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)矢量控制交一交變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)。所以提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會(huì)各屆人士共同關(guān)注的一個(gè)重大課題。提升機(jī)的安全、可靠、有效高速運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。（5）全數(shù)字化系統(tǒng)調(diào)速控制德國(guó)AEG公司的Logidyn D(32位機(jī))、西門子公司的Siemadyn D(16位機(jī))以及ABB公司的DCR(16位機(jī))系統(tǒng)都己應(yīng)用于提升機(jī)上。甚