【正文】 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 29 圖 PLC的 I/O接線圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟 件設(shè)計 30 4 礦井 提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序設(shè)計 提升 機 速度的給定方式有兩種：一種是給定速度為時間的函數(shù) )(tfv? ；另一種是給定速度為行程的函數(shù) )(sfv? 。發(fā)生這種現(xiàn)象時，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，實現(xiàn)安全制動。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 28 圖 安全回路 只有安全回路始終保持接通狀態(tài)，礦井提升機才能正常工作。 ③ 安全回路 安全回路用于防止和避免提升機發(fā)生意外故障。既可激活第二速段，電機既可運行在第二速段。 主令手柄采用手柄輸出 177。并且將操作臺中的主電源上電開關(guān)串入變頻柜送電斷路器的失壓脫扣線圈中，用來實現(xiàn)緊急停車。 ⑤ 豐富的元件資源 3072 點輔助繼電器 、 256 點計時器、 235點計數(shù)器和 8000點數(shù)據(jù)寄存器 。 FX2N系列具有如下優(yōu)點： ① 最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為提升機的自動化控制提供最大的靈活性和控制能力。為防止順控程序被寫入或盜用，可以對程序存儲器設(shè)定 3 級保護。 FX2N 內(nèi)含計時功能，可以進行時間控制。基本單元采用易于維修的裝卸端 子 臺。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 25 PLC 的選型 通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇三菱 FX2N80MR 型 PLC。 8 過卷復(fù)位開關(guān) （上 /無 /下） 3 用來復(fù)位過卷故障，同時鎖定提升機只允許反向開車 9 維修開關(guān) 2 用作檢修開車或應(yīng)急故障下開車 10 手動開車 1 完全由司機手動啟停和進行速度控制 11 半 自動開車 1 手動選擇方向．而后由系統(tǒng)自動按照設(shè)計的曲線圖完成提升 12 故障復(fù)位 1 用做提升機故障排除后，軟件故障復(fù)位 13 深度清零 1 用做在井上 卸車位置，深度校正 14 閘控 1 引自變頻器上的閘控信號 15 主電源失壓 1 引自電源柜中的變頻主接觸器常開點 16 變頻器故障 1 引自變頻器上的故障輸出 17 離合器離開開關(guān) 1 引自輥筒調(diào)繩離合器 18 松繩開關(guān) 1 引 自機械松繩開關(guān) 19 上、 下減速點開關(guān) 2 20 井筒上 、下 過卷 開關(guān) 2 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 24 21 上 、下 限位開關(guān) 2 22 上 、下 校正開關(guān) 2 26 閘 瓦磨損 1 閘瓦磨損和彈簧疲勞開關(guān)串聯(lián)引入 旋轉(zhuǎn)編碼器信號 27 軸編碼器 1 安裝在電機主軸上 模擬量輸入信號 28 制動手柄 1 010V 29 主令手柄 1 ? 10V 據(jù)表 統(tǒng)計，輸入信號有 31 個 開關(guān)輸入量， 1 個旋轉(zhuǎn)編碼器信號， 2 個模擬量信號。 圖 變頻器參數(shù)設(shè)定界面 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 PLC 的選型 I/O 點統(tǒng)計 在設(shè)計時需統(tǒng)計 I/O 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。 交流制動： 本提升機專用變頻器，交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時，檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號，讓提升機由高速平滑地降到低速，待 PLC檢測到機械制動起作用的信號后， PLC 發(fā)出信號讓控制器去掉交河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 流制動信號，使提升機靠機械抱閘裝置起作用。 10℃）以下 分辨 率 模擬設(shè)定：最高頻率設(shè)定值的二千分之一 效 率 96%， 額定輸出時 功率因數(shù) 控 制 轉(zhuǎn)矩提 升 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào)整到最佳值 加、減速時 間 8— 999S，對加速、減速時間可以根據(jù)負(fù)載情況單獨設(shè)定 自整定 采用最優(yōu)化的電壓閉環(huán)控制，系統(tǒng)的響應(yīng)的速度快，精度高，穩(wěn)定性好， PID參數(shù)免調(diào)試 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 控 制 高壓隔 離 電磁耦合，多通道光纖傳輸 控制電源輸 入 220V AC 制動方 式 回饋制動，交流制動 運 轉(zhuǎn) 運轉(zhuǎn)操 作 遠(yuǎn)距離外控操作 頻率設(shè) 定 模擬信號（ DC0— 5V或 DC4— 20mA）設(shè)定 運轉(zhuǎn)狀態(tài)輸 出 繼電器狀態(tài)輸出，變頻器 到達某些特征值時給出指示 顯示 LCD顯 示 輸入 /出電壓、輸入 /出電流、設(shè)定值、各單元故障狀態(tài)等 保護功 能 電機過電流、單元過電流、過壓、欠壓、過熱、失速、外部報警 環(huán) 境 使用場 所 室內(nèi)，海拔 1000米以下，沒有腐蝕或?qū)щ娦詺怏w、灰塵、直射陽光 環(huán)境溫度 /濕 度 10— 40℃ /20— 90%RH 不結(jié)露 振 動 （ ） 貯 存溫度 20— 65℃（適用運輸?shù)榷虝r間的保存） 冷卻方 式 強迫風(fēng)冷 外科防護等級 IP21 外型尺寸 (mm) 5000 2320 1200（ W*H*D） 重量 (Kg) 約 5000 回饋制動 ： 回饋制動采用的是有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送到電網(wǎng)，從而實現(xiàn)制動。 ⑨ 具備 RS485 通訊接口，標(biāo)準(zhǔn) Modbus/Profibus 等通信規(guī)約，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視 ， 可接受和輸出 0～ 5V/4～ 20mA 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號； ⑩ 完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障定位和報警保護 。 JDBP37T變頻器外觀圖如圖。若用在電機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，則可能會造成不必要的放容損失。 變頻器的選型 礦井 提升機構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)矩一般來說可為額定力矩值的 。10239。2239。39。4 ??????? 電機容量校核 ① 等效時間計算 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 18 sttttttT d)(211)(21243210???????????????? ?? ② 等效力 dF SNtFFtFFFFtFFtFFdtFT??????????????2114239。2 ?????? ? 減速階段采用了機械制動，電動機已經(jīng)斷電，故不計入。39。 39。00 1 .1 5 6 0 0 0 0 5 7 .1 7 7 2 5 6 1 0 .4 8 1 3 1 5 0 0mF KQ p H a N? ? ? ? ? ? ? ? ?? 2)初加速終了 39。 3)初加速度 2 2 200 1 . 5 0 . 4 8 /2 2 2 . 3 5xva m sh? ? ?? 取箕斗脫離卸載曲軌時的速度 0 /v m s? ，卸載曲軌長度 ? 。 2)減速度 3a 的確定 為了控制方便和節(jié)能，首先考慮自由滑行方式減速。 mDHHHH tgrxj ?????????? 預(yù)選提升電機 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 ① 確定電機額定轉(zhuǎn)數(shù) m i n/ rDivn tme ?? ???? ? 考慮到箕斗容積選用較大，故預(yù)定同步轉(zhuǎn)數(shù) min/500rnt ? 。設(shè)備的體積小、重量輕、占地面積小、安裝維修方便，操作簡單，維護工作量小，工作效率高，節(jié)電效果明顯，噪音小。 系統(tǒng)預(yù)計達到 可 較高的 安全 可靠性，控制柜之間、控制柜與操作臺之間、提升機電控和信 號 及提升調(diào)度之間的信號連接采用快速電纜插頭及總線通信方式，簡化了設(shè)備之間的連接，提高了信號傳輸?shù)目煽啃浴? 礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 ⑤ 工作方式轉(zhuǎn)換容易。 ③ 有較好 的起動性能。 提 升降物料時，加速度a 2/ sm? 。這意味著電動機不僅要工作在電動狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動狀態(tài)。 圖 、力圖 提升機的負(fù)載靜力 LF ，決定于提升機輥筒承受的靜張力差，在雙箕斗的平衡提升系統(tǒng)中，力 LF 也就是提升物體的凈載重。 圖 立井雙箕斗提升機系統(tǒng)圖 總體設(shè)計 提升機控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求，即滿足各種可能出現(xiàn)的運行速度圖和力圖。深度指示器的作用是顯示提升容器的運行位置，容器接近井口卸載位置和井底停車場時，發(fā)出減速 和制動 信號。減速器的作用 是減速和傳遞動力，聯(lián)軸器是用來聯(lián)接提升機的旋轉(zhuǎn)部分，并傳遞動力。 ② 制動系統(tǒng) 液壓制動系統(tǒng)裝置包括制動器和液壓傳動裝置，是提升機不可缺少的重要組成部分 之一，也是最后一道安全保障裝置。 由于井筒條件（豎井或斜井）及選用的提升容器和提升機類型的不同，可組成各有 特點的礦井提升系統(tǒng)。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為 1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng) 的功率密度大。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。但是，這種控制 方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 變頻 器 變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器 。 在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中， 變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能、 平穩(wěn) 的 起制動 性能、比較高的工作效率 /功率因數(shù)、明顯的節(jié)能效果和廣泛的適用范圍 被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 異步電動機轉(zhuǎn)差率 00n nns ?? 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 基于 PLC 的礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng) 6 則異步電動機轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 10 spfsnn ???? 由上式可知，異步電動機調(diào)速方法有如下幾種 ①變同步轉(zhuǎn)速 0n ： 變極 p 、變頻 1f 。另外還有運用熱電偶直接輸入的 A/D轉(zhuǎn)換器等，此時就連放大器、冷端補償也不需要。 1） 對于開關(guān)量，輸入可以是無源出點開關(guān)量或集電極開路晶體管輸出；輸出有繼電器、晶閘管、晶體管等各種不同的 形式，可直接接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。 具有一定電工知識的人員都可以在短時間內(nèi)學(xué)會，使用起來得心應(yīng)手。在硬件和軟件方面還采用了屏蔽、濾波、光電隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等措施 。 PLC 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)， PLC 及有關(guān)外部設(shè)備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計 ， 并通過數(shù)字式或輸入輸出控制各類型的機械或生產(chǎn)過程。 安全、可靠、經(jīng)濟、高效 的礦井 提升機調(diào)速 控制 系統(tǒng)設(shè)計 是本設(shè)計 的追求目標(biāo)。在提升機控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機控制系統(tǒng)進行 升級換代。 ④ 系統(tǒng)的 安 全性、可靠性不高 ，容易發(fā)生 事故。 設(shè)計意義 目前國內(nèi)提升機的調(diào)速控制 系統(tǒng)絕大多數(shù)還是在 電機 轉(zhuǎn)子回路串 入電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機 電控系統(tǒng)還是在 轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng) 。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將 PLC應(yīng)用于 礦井 提升機 的 控制。不論采取哪種方 案，調(diào)速方法一般以調(diào)壓為主，調(diào)磁為輔。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 2 其中 交流繞線型異步電動機拖動 方式 是 礦井提升機電力拖動發(fā)展的第一階段，大體在 20世紀(jì) 50年代至 60年代初，采用的是“異步電機 +轉(zhuǎn)子串電阻加速 +高壓接觸器換向 +動力制動 （ 或低頻拖動減速 ） +繼電器控制”方式。 PLC具有可 靠性高、抗干擾力能強、實現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護等獨特優(yōu)點；變頻器 調(diào)速具有優(yōu)異的調(diào)速性能、 平穩(wěn) 的 起制動 性能、比較高的工作效率 /功率因數(shù)、明顯的節(jié)能效果； 從而使得 礦井 提升機 調(diào)速 控制系統(tǒng)的安全性 、可靠性 得到了很大的提高。 近年來，我國有關(guān)部門 礦井在提升機安全方面做了大量工作，使礦井提升機的安全可靠性 有了長足進步，并將“可靠性系統(tǒng)工程”的理念引入了礦井提升機領(lǐng)域。 礦井 提升 機 的電力傳動特性復(fù)雜， 拖動電動機頻繁正反轉(zhuǎn) ，經(jīng)常處于過負(fù)荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。 論文根據(jù)礦用提升機的運行特性要求，對變頻器和 PLC 進行選型，并對系統(tǒng)的軟、硬件 進行設(shè)計，其中包括檢測模塊、控制模塊、保