【正文】 主程序完成系統(tǒng)初始化、自檢、故障診斷、調(diào)速系統(tǒng)控制等工作。顯然，隨著提升物料的重量不同，要求電動機的拖動力矩不同，且在一個提升循環(huán)中，在不同階段電動機的拖動力矩的極性也在變化，礦井提升機要求電力拖動系統(tǒng)能滿足四象限運行的條件。 （ II）提升機給定力 根據(jù)動力學(xué)方程式： 式中： Te— 電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩； T1— 單軸傳動系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩； J— 單軸傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；ω — 單軸傳動系統(tǒng)的角速度； GD2— 飛輪慣量（飛輪轉(zhuǎn)矩）； 圖 4— 5 提升系統(tǒng)給定力圖 圖 4— 5中 (a),(b),(c)為提升機的給定力圖。此外，為了改善調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性，在 PLC 中用軟件實現(xiàn)了對調(diào)速系統(tǒng)的微分前饋控制。在軟件編程中，對勻加速段、勻減速段采用查表法，其它各段速度勻按距離給出，計算公式如前。 （ 5）第五階段～：到達停車位置時，變頻器立即停車，重車減速到零，制動系統(tǒng)閘制動。如減速時間設(shè)置較短時，變頻器制動單元和制動電阻起作用，不致因減速過快跳閘。一般，這段過程最長。上升時 ,電動機保持電動狀態(tài) ,重車提升機以額定運行速度穩(wěn)定運行。重車從井底開始上行，重車起動后，開始持續(xù)加速達到變頻器 的設(shè)定頻率 f2，在此期間提升機的速度逐漸加快。由此得到實際 S 形速度給定曲線（見圖 4— 4），其可以通過 PLC 編程控制實現(xiàn) ,圖中加速和減速段的時間均在變頻器上設(shè)置。 在 defg 減速段內(nèi)ω =1， t2=, t2=, t3=, v3=, Sdg =。另外，在程序?qū)崿F(xiàn)上，盡管其數(shù)學(xué)模型相對復(fù)雜，浮點計平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 算量大，但隨著 CPU 性能的突飛猛進， PLC 編程越來越容易，且不會大幅增加其 CPU循環(huán) 周期。 礦井提升機速度給定曲線的優(yōu)劣對其性能的好壞有著重要影響，應(yīng)用上述理想 S 形速度給定曲線可極大地改善礦井提升機運行特性，延長其使用壽命。然后按照上述 S 形速度曲線公式確定每段所需運行時間及各拐點時間，求出各拐點速度，再按插值法求出速度曲線并存入 CPU 的 RAM 中。具體做法是根據(jù)不同的運行距離自動將距離分成三段，即加速段、勻速段和減速段。 理想速度曲線的實現(xiàn) 提升機每次運行的距離不盡相同，這就要求系統(tǒng)能夠根據(jù)不同距離通過計算求取不同的速度曲線。 （ 3） defg 為箕斗從額定速度 v1減速到爬行速度 v4以 d點為起始 0點，包括 de段 （ 0 t≤ t1′）、 ef（ t1′ t≤ t2′）段和 fg（ t2′ t≤ t3′）段，其計算方法同第一段，理想 S 形速度曲線數(shù)學(xué)模型為： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 上述各式有關(guān)常數(shù)與確定的額定運行速度 v爬行速度 v最大加速度 a1和最大加加速度ρ 1之間關(guān)系為： （ 4） gh為提升機以額定速度 v4作勻速爬行段。（ 1） oabc 為提升機箕斗的啟動加速階段（ 30 t≤ t），它包括 oa、 ab、bc 三小段曲線形成一理想 S形啟動加速曲線段。 提升機理想 S 形速度曲線數(shù)學(xué)模型 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 根據(jù)前述分析可知，將圖 4— 1（ d）所示運行曲線應(yīng)用于礦井提升機非對稱 5階段速度圖，就可 得到所需的非對稱 5 階段理想 S形速度曲線（見圖 4— 3） 圖 4— 3 非對稱 5 階段理想 S 形速度曲線 圖中 v、 a、ρ分別為速度、加速度和加加速度； a1 是最大正向加速度值，ρ 1 是最大正向加加速度值。在現(xiàn)代礦井提升機的控制系統(tǒng)中， S 形速度的給定方式一般有兩種。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 圖 4— 1 礦井提升機箕斗 5 類運行曲線 （ 2）礦井提升機速度給定方式 礦井提升機的實際速度運行曲線是由其控制部分的給定速度曲線決定。 礦井提升機在啟動加速階段不外乎有 5 類主要運行速度曲線：加速度 時間曲線和 加加速度時間曲線兩組曲線（見圖 4— 1）。運行非對稱 5階段速度是礦井提升機應(yīng)用最為廣泛和典型的運行方式。 圖 3— 5 直流制動功能預(yù)置 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 第 5 章 提升機 調(diào) 速控制系 統(tǒng)軟 件 實現(xiàn) 礦井提升機中 S 型速度曲線建模及實現(xiàn) 速度曲線的選擇及給定方法 （ 1）速度曲線選擇 傳統(tǒng)上，礦井提升機箕斗的運行速度曲線，根據(jù)加減速特性的不同，可分為 3階段速度圖、5 階段速度圖和 6階段速度圖。預(yù)置直流制動時間的主要依據(jù)是負載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，應(yīng)適當(dāng)長一些。一般情況下，直流電壓以不超過 50 V 為宜。 B、直流制動強度即預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓或直流 電流的大小，它決定了直流制動的強度，如圖 3— 5 所示。轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的頻率即為直流制動的起始頻率，如圖所示。 直流制動功能預(yù)置 A、直流制動的起始頻率，通常直流制動都是和再生制動配合使用的。因為轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩比較強烈，從而可縮短停機時間。具體操作是，將電機與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)通入直流電流，定子磁場是靜止的。 b）集電極最大電流按正常電壓下流經(jīng)的電流的兩倍來選擇 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 三、直流制動單元 能耗制動和直流制動配合使用能達到理想的制動效果。 （ II）功率管 的選用的常用器件是 GTR 或 IGBT。 圖 3— 4能耗制動和制動單元電路 b）電壓取樣與比較電路由于 的驅(qū)動電路是低壓電路，故只能按比例取出的一部分作為采樣電壓，和基準(zhǔn)電壓進行比較，得到控制導(dǎo)通或截止的指令信號。 制動單元 BV 如圖 3— 4，制動單元 BV 的功能是，當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值勤時，接通耗能電路，使直流回路通過釋放能量。當(dāng)電動機的再生制動狀態(tài)屬于正常工作狀態(tài)時，應(yīng)取 =。其選擇方法如下： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 （ 1）的阻值一般情況下，的大小以使制動電流不超過變頻器額定電流的一半為宜，即 （ 2）的功率由于的工況屬于短時工作，幫其標(biāo)稱功率可以比長期通電時消耗的功率小很多： 式中，為選用系數(shù)，取值范圍約為 =～ ,取決于電動機的容量和工況。用于消耗電動機再生電能的電路，就是能耗制動電路。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，拖動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時減少的動能，由電動機“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。從電動機的角度來看，處于再生制動狀態(tài)。電動機處于發(fā)電機狀態(tài)。這時： 電動機的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。為此，變頻器調(diào)速時應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。 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，以保護變頻器內(nèi)部報警繼電器觸點。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 (2)、聲光報警電路由報警輸出的動合（常開）觸點“ 30B30A”控制，當(dāng)變頻器跳閘時，觸點“ 30B30A”閉合 ，將報警指示燈 HL和電笛 HA接通，進行聲光報警。 1 聲光報警回路 (1)、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，發(fā)出報警；同是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。 根據(jù)變頻器所需容量，查變頻器型號規(guī)格：選擇森蘭 SB61G110KW 通用型變頻器。其對負載的變化和瞬時掉電，能做出迅速響應(yīng)；開環(huán)控制精度可以達到閉環(huán)矢量控制的精度（誤差 %～ %），開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時間小于 5 ms，起動轉(zhuǎn)矩可達 200%，并具有有效的磁通 制動來提供最大可能的制動力矩。 考慮到礦用電機性能上的差異及機械負載的波動，變頻器容量取電動機容量的 倍，本系統(tǒng)中所需電動機的軸上功率為 75KW，按 倍容量就選擇 105KW 以上變頻器。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 3— 1所示： 2 變頻器的容量選擇 在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機的額定電流，或者 是變頻器所適配的電動機功率大于當(dāng)前該電動機的功率。因此．在選擇電動機的保護元件時可以用 1kw2A 來估算電動機的額定電流值，從而達到快速選擇保護元件的目的。同時具有短路、接地和過載保護功能。與標(biāo)準(zhǔn)的電壓 — 頻率控制裝置相比較，在速度參數(shù)和負載轉(zhuǎn)矩都改變的情況下， VVCPLus 的動態(tài)和 穩(wěn)定性較優(yōu)越，可實現(xiàn)一個全數(shù)字化的保護，即使在最惡劣的操作條件下，也可確保可靠運行。與變頻調(diào)速良好的起、制動功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時間或斷續(xù)周期運行、頻繁啟動和制動的場合，既能保證電動機在高頻時的過載能力，又能在低頻時保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。 為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過載能力等方面滿足系統(tǒng)的要求，選用冶金起重專用變頻電動機。此時的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。 根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由 PLC 輸出的模平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電機速度控制。 提升機電控系統(tǒng)變頻器選擇 本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：德國的西門子 (Siemens)公司生產(chǎn)的模塊式 PLC S7300 和變頻器各一臺?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與 PLC 的通信，將電動機的所有運行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進行時時監(jiān)控。 旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器， PLC 通過該信號可以累計計算提升機的行走距離。這樣，就起到了調(diào)速的作用。 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三相動力電源由隔爆接線腔 R,S,T 3個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)過交 —直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進行逆變， 使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ）