【正文】 程序進行故障處理時，分為以下幾種情況：立即 安全制動故障、完成本次提井的故障、工作制動失效時的故障處理。 錯向保護功能，程序判斷提升信號方向與開車方向不一致時，不允許開車。這類故障發(fā)生在運行中，則允許本次提升完成，但不允許下次開車。 溜車保護功能，當提升機無運行指令而有運行速度時，系統(tǒng)自動斷開安全回路，實現(xiàn)安全制動。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 變頻故障保護，程序不斷監(jiān)測變 頻器運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)變頻故障時，自動斷電并實現(xiàn)安全制動。 自動減速功能，當提升容器到達減速位置時，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速。 等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護。此外，主令零位、工作閘零位與安全回路閉鎖。 3) 程序軟安全回路功能設(shè)置 在 PLC 軟安全回路中具有如下保護接點 :過卷保護、主電源失壓、制動油過壓、 后備保護、變頻故障、操作臺急停信號、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號、深指失效、松閘保護、錯向保護、編碼器失效、PLC 故障、溜車故障。利用高速計數(shù)模塊對編碼器信號計數(shù)，其中一路編碼器信號用于行程速度保護，一路用于顯示與監(jiān)測。在正常情況下可采用半自動或手動運行；檢修運行時系統(tǒng)自動給定一個檢修速度 ()低速運行 :當故障時，在系統(tǒng)保護停機后，故障被確認但不能立即排除，此時可采用應(yīng)急運行方式，應(yīng)急運行速度不超過 。主要輸出驅(qū)動控制功能為 :a 電機變頻調(diào)速控制； b 制動泵液壓泵的控制；c 液壓站電磁閥的控制； d 調(diào)繩調(diào)閘操作； e 安全保護、安全制動。 主程序和部分子程序分別介紹如下 : 1）控制程序 提升信號、工作手柄以及所選擇的工作方式，驅(qū)動變頻器實現(xiàn)提升下放操作，完成對絞車的啟動、加速、等速、減速、停止等運行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率控制。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 主程序操作系統(tǒng)子 程 序 調(diào) 用子 程 序 調(diào) 用子 程 序 調(diào) 用（ 循 環(huán) 執(zhí) 行 ） 圖 31 PLC軟件結(jié)構(gòu)圖 (2) 設(shè)計思路軟件部分說明 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。 PLC 軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計是根據(jù)提升機工藝和控制要求，將控制任務(wù)和 過程分解為許多子過程和子任務(wù)，再對各個子過程和子任務(wù)進行模塊設(shè)計、功能說明，形成一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)。 PLC 軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，程序編制采用梯形圖。 程序設(shè)計 (1) 軟件結(jié)構(gòu) 由于系統(tǒng)控制核心主要由 PCL 和上位機組成，因此，軟件包括 PLC控制軟件和上位機組態(tài)軟件。其中一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升機的主軸上，另一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動機軸上，天輪軸上的安裝旋轉(zhuǎn)編 碼器作為行程檢測后備器件。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實現(xiàn) S 形速度給定曲線。 為了提高提升機運行速度控制的精度，在速度給定電路中增加了加速變化率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度，而且還要限制加速度的變化率。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 第 3章 礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 提升機 PLC 控制要求 1) 提升機速度 (PLC)控制方式 提 升速度的給定方式有兩種 :一種是給定速度為時間的函數(shù)， v=f(t)。 (2) 應(yīng)用參數(shù)設(shè)置步驟 簡單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常用于已準確了解裝置的應(yīng)用條件且無需測試以及需要相關(guān)擴展參數(shù)進行補充的情況 : (3) 用的參數(shù)設(shè)置 專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置經(jīng)常用于實現(xiàn)不能確定了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)調(diào)整必須在本機上完成的情況。參數(shù)表指明一個參數(shù)作列入的菜單，通過配置給每個菜單的菜單號，使其賦值生效。為此，變頻器調(diào)洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 速時應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。與此同時，斷電器 KA1 得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1 停為止，報警才能解除 。為了保護報警輸出的觸點，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即 RC震蕩電路）。 變頻調(diào)速主控電路如圖 22 所示。 變頻器主電路設(shè)計及參數(shù)設(shè)定 變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源， 在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，本系統(tǒng)中通過 PLC 輸出電壓信號 (0～ 12 V)來控制變頻器的頻率。 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流制動信號，使提升機靠機械抱閘裝置起作用。 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。 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。 JDBP37 系列高壓提升機變頻器主要特點： ①高壓主回路與控制器之間為多路光纖連接，安全可靠； ②全中文 WINDOWS 操作界面，彩色液晶觸摸屏，安裝、設(shè)定、調(diào)試簡便，功率電路模塊化設(shè)計，維護簡單； ③高 高電壓源型變頻器，直接 6KV/10KV 輸入，直接 6KV/10KV 輸出，不 需要輸出變壓器； ④可滿足電動機的四象限工作要求； ⑤輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補償 /諧波抑制裝置； ⑥輸出階梯 SPWM 波形，無須輸出濾波裝置，對電纜、電機絕緣無損害，諧波少，減少軸承、減速器等的機械振動； ⑦內(nèi)置 PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要； ⑧自帶冷卻風機，完善的變頻器參數(shù)設(shè)定功能，優(yōu)異的性能 /價格比。 JDBP37 系列高壓提 升機變頻調(diào)速系統(tǒng)采用新型 IGBT 功率器件，全數(shù)字化微機控制。 根據(jù)以上各種因素，本設(shè)計選用山東新風光 JDBP37T 系列高壓提升機專用變頻器。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。等額變頻器僅能提供小于 150%的超載力矩值，為此可通過提高交頻器容量或同時提高變頻器和電機容量來獲得200%的力矩值。 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 倍。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。但是其控制器的設(shè)計在某種程度上依賴于電機的參數(shù)，為了減少控制上對電機參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。 （ 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，通過一系列的坐標變換，實現(xiàn)電機定子電流轉(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)電機當作直流電機來進行控制，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制 .洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 與 V/F 控制相比，調(diào)速精度要求較高，且系統(tǒng)容易穩(wěn)定，即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，將電動機的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。 在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機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。異步電動機的實際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而 且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。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。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。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。 ④ 直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)方式 1985 年，德國魯爾大學的 DePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。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。 ② 電壓空間矢量 (SVPWM)控制方式 它是以三相波形 整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制的。但是，洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 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。 變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 21 所示 圖 21 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 變頻器 主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部 分， 變頻器主要由整流器、平波電路、逆變器、控制電路四大部分組成，整流器將工頻電源變?yōu)橹绷麟?，平波電?吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動 ，逆變器將直流電變換為工作所需的交流電， 控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的 “ 運算電路 ”， 主電路的 “ 電壓、電流檢測電路 ” ，電動機的 “ 速度檢測電路 ” ，將運算電路的控制信號進行放大的 “ 驅(qū)動電路 ” ，以及逆變器和電動機的 “ 保護電路 ” 組成。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 變頻調(diào)速系統(tǒng) 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 。0239。10239。39。2239。39。39。4239。4 ??????? 電機容量校核 ① 等效時間計算 sttttttT d)(211)(21243210???????????????? ?? ② 等效力 dF SNtFFtFFFFtFFtFFdtFT??????????????2114239。4 ?????????? 7)爬行終了 NpHKQF 4 1 3 0 04 8 0 0 0 39。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。1 0 1 0( ) 1 3 1 2 0 0 7 2 5 6 1 ( 0 .8 0 .4 8 ) 1 5 4 4 0 0mF F a a N? ? ? ? ? ? ? ?? 4)主加速終了 NpHFF 1 5 0 2 0 5 4 4 0239。 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 K Q p H a N? ? ? ? ? ? ? ? ?? 2)初加速終了 39。 10)等速行程 2 1 3 4 4 8 4 2 .3 5 3 7 3 8 .2 8 3 4 0 3 .3 7xh H h h h h m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11)等速時間 22 4 0 3 .3 7 5 1 .4 57 .8 4mhtsv? ? ? 箕斗卸載休止時間由表中查得 6t 箕斗的 8s?? 。 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 ? 。 按自由滑行方式確定 23 1 . 1 5 6 0 0 0 0 5 7 . 1 7 4 8 4 0 . 5 7 /72561mK Q p Ha m s? ? ? ?? ? ?? 自由滑行方式 3a 偏低，故應(yīng)該考慮機械制動方式。 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。 根據(jù)以上計算，選擇 YR80012/1430 繞線型異步電動機，其主要技術(shù)規(guī) 格 如 下 ： 額 定 功 率 800eP kW? ， 額 定 電 壓 6NU kW? ， 額 定 轉(zhuǎn) 數(shù)492 / minenr? ，電動 機效率 ? ? ，過 載能力 ?? ，飛 輪慣量2214660GD N m??。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 mDHHHH tgrxj ?????????? 預(yù)選提升電機 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 ? 。 tnAQ sS ??? 考慮為以后礦井生產(chǎn)能力的加大留有余地，選擇名義裝載重量為 kN60的箕斗，其主要技術(shù)規(guī)格如下： 自重 NQz 50000? ；全高 mmHr 9450? ；有效容積 mV? ；容器間中心距 mmS 1870? ；實際載重量 kNQ ???? 。礦井提升機自動保護系統(tǒng)的作用是：在司機不參與的情況下，發(fā)生