【正文】 36 圖 礦井提升機(jī)系統(tǒng)保護(hù)信號分類 軟件 設(shè)計 由于工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成：參數(shù)。 ③緊急停車，即立即進(jìn)行電氣 和機(jī)械制動，停車后閉鎖。 ②事故停車，即完成本次提升后閉鎖。 其故障處理方式有三種 : ①故障信號預(yù)報。如圖 所示，另一方面，操作保護(hù)系統(tǒng)將與故障保護(hù)相關(guān)的信號進(jìn)行邏輯運算和判斷，最后處理為立即施閘、提升終了施閘、電氣制動和報警，同時將這些參數(shù)和信號送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警和施閘方式。正常運行時， FWS 打在正常位置，調(diào)繩連鎖不起作用。此回路在調(diào)繩過程中起安全保護(hù)作用。 ⑨調(diào)繩聯(lián)鎖保護(hù) 提升機(jī)調(diào)繩時，需將調(diào)繩開關(guān)置調(diào)繩位，保證提升機(jī)在全抱閘狀態(tài)下進(jìn)行離合器的打開和合上。 ⑧ KB0 KB012 為軟 AC 中繼。 ⑦松繩保護(hù) 提升機(jī)在運行過程中如發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故，特別是斜井提升機(jī)常因提升機(jī)加 (減 )速度與自然加 (減 )速度不吻合時產(chǎn)生松繩。 KA47 為后備保護(hù)動作中繼，當(dāng)后備保護(hù)動作后，該觸頭斷開?？刂葡到y(tǒng)對制動油壓進(jìn)行兩路保護(hù)，繼電器 KA29 的一路 KA29 KA292 送入 PLC 主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路 KA293 通過安全回路進(jìn)行硬保護(hù)，從而保證了更高的安全性。 ⑤制動油超壓保護(hù) 當(dāng)液壓站制動油壓超壓時，會使機(jī)械閘制動力不足，嚴(yán)重時不能制動。圖中的 FW3 為過卷復(fù)位開關(guān)的觸點，它的作用有兩個 :一個是用以短路動作過卷中繼回路，使AC 回路暫時 接通，解除安全制動 。其中 KAO KAO7 用來外接深度指示器上的行程開關(guān)， KA13， KA14 用來外接裝于井架或井筒中的防爆磁開關(guān)。過卷故障解除后，司機(jī)應(yīng)將過卷復(fù)位開關(guān)重新復(fù)位后再開車。過卷以后，如需繼續(xù)開車，司機(jī)必須根據(jù)過卷的方向，扭動過 卷復(fù)位開關(guān)，安全回路才能重新接通。 ④過卷保護(hù) 過卷是指提升容器在停車位置沒有停止運行，超過了停車位置的現(xiàn)象。 FWS 為調(diào)閘皮轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)閘開關(guān)磨損或彈簧疲勞使 AC 掉電時，需要進(jìn)行調(diào)閘操作。 KA23 為閘開關(guān)中繼，當(dāng)閘瓦磨損到一定程度或彈簧疲勞到一定程度時，觸頭 KA233 斷開，斷開安全回路，進(jìn)行安全制動。 ②主電源斷電保護(hù) 當(dāng)主電源斷路器斷開，會使繼電器 KA27 動作，中繼 KA27 的兩路 KA27KA272 送入 PLC 主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路常開觸點 KA273 通過安全回路進(jìn)行硬保護(hù)，一旦主失電回路斷開安全回路，實施安全制動。主令零位中繼和制動緊閘中繼在提升機(jī)正常啟動后均處于斷開位置，但因接接觸器 ACI 的輔助觸頭自鎖，所以安全回 路仍然通電。 如圖 所示，安全回路包含多種保護(hù)觸點，安全回路的保護(hù)由以下幾個部分組成 : 圖 安全回路原理圖 ①主令、控制手柄零位聯(lián)鎖 包括主令零位中繼常開觸點 KA013 和制動緊閘中繼常開觸點 KA043 當(dāng)主 34 令手柄處于零位時，零位繼電器 KA01 閉合 。如圖 所示，本系統(tǒng)安全回路采用兩個接觸器并聯(lián)使用，以提高系統(tǒng)的安全性能，在安全回路中串有很多保護(hù)觸頭，當(dāng)提升機(jī)發(fā)生故障時，故障對應(yīng)的保護(hù)觸頭動作， ACI 和 ACZ 斷電，系統(tǒng)會立即解除運行控制指令，封鎖變頻器、制動油泵，斷開安全閥和 KT 線圈，進(jìn)行緊急安全制動。 安全回路 安全回路用于防止和避免提升機(jī)發(fā)生意外故障。共幾路就設(shè)計幾路輸出的隔離板。 33 經(jīng)雙路光電隔離輸出兩路。圖 (a)中的旋轉(zhuǎn)編碼器為NPN型，圖 (b)中的旋轉(zhuǎn)編碼器為 PNP型，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的不同類型在接入高速技術(shù)模塊 FXZN 一 1HC時，需要注意接線方式。 (3)編碼器輸入及隔離電路共四個編碼器，分別安裝于電機(jī)軸、深指器軸、天輪，主要用于采集速度、深度的電平信號 :電機(jī)軸頭安裝旋轉(zhuǎn)編碼器一個360P/r；輥筒主軸安裝旋轉(zhuǎn)編碼器一個 5000P/r 或 3000P/r；天輪處安裝旋轉(zhuǎn)編碼器兩個 1000P/r；深指器絲桿上安裝兩套霍爾傳感器 上述電平信號輸送到操作臺需要通過信號分配器分配，分別 進(jìn)入兩套 PLC模塊和控制回路中。 32 圖 液壓站及潤滑站 A液壓站部分 (如圖 (a)所示 )所需傳感器 壓力傳感器兩個、溫度傳感器一個、電接點壓力表一塊、電接點溫度表一塊，為防止壓力油過熱或者上凍在液壓站安裝電加熱器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )、風(fēng)冷卻器一個 (在操作臺上加裝手動啟停按鈕 )。在事故狀態(tài)下，可以使制動 器的油壓迅速降到預(yù)選設(shè)定的某一值 P。 (2)傳感器的安裝 傳感器的設(shè)置主要是針對液壓站和潤滑站兩部分。分別在如下位置安裝 : 在左右爬行入口處各安一個，作 為上下井口開關(guān) 在左 右減速開始點位置各安一個，作 為上下減速點開關(guān) 在左右減速點開關(guān)前 5米 各安一個，作 為上下深度校正開關(guān)。 圖 井架及井筒行程開關(guān)的設(shè)置 在左右裝卸位置安一個，作 為上下終端開關(guān) 在左右裝卸位置往上 安一個，作 為上下過卷開關(guān) 在左右過卷往上 安一個，作 為上下極限過卷開關(guān)。 圖 深指器和輥筒 31 3)室外井架上安裝兩上終端開關(guān)，兩個過卷開關(guān)，兩個極限過卷開關(guān)。其中上過卷開關(guān)，減速點開關(guān)，上下井口開關(guān)分別接常 閉 觸 點引入操作臺中。其中 :開關(guān)電源分別給 DC24V回路、液壓站電磁閥和現(xiàn)場儀表供電。操作臺采用 UPS電源供電。 圖 主電路回路圖 動力柜主要是給油泵、風(fēng)機(jī)和操作臺供電，同時具有斷相、缺相、過流保護(hù)和電機(jī)過熱保護(hù)。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?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測提升機(jī)運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。 操作臺：操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。 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)由動力裝置、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖 ： 動力裝置：包括主電機(jī)、電源模塊、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務(wù)。由保護(hù) P L C根據(jù)系統(tǒng)的安全要求，構(gòu)成軟件安全回路。 28 第五 章：系統(tǒng)設(shè)計 提升機(jī)電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 獨特的地理環(huán)境和構(gòu)造給礦井主電路設(shè)計和維護(hù)帶來諸多不便，本設(shè)計中我們用 P L C實現(xiàn)各種故障保護(hù)和對繼電器 I/O口觸點的控制，大大節(jié)約了人力物力財力，使維護(hù)變得安全可靠。國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無法實現(xiàn)閉環(huán)自 動 控制。 在交流異步電動機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻的性能最好，調(diào)速范圍廣，可進(jìn)行無級調(diào)速，運行效果好，采用變頻器，對籠型異步電動機(jī)進(jìn)行控制，由于使用方便，可靠性高，并且經(jīng)濟(jì)效益明顯，所以逐步得到推廣。矢量控制技術(shù)的實用化，使異步電動機(jī)變頻后的機(jī)械特性達(dá)到了可以和直流電動機(jī)變壓后的機(jī)械特性相媲美的程度。時至 90年代末又出現(xiàn)了一種新型半導(dǎo)體開關(guān)器件 — 集成門極換流晶閘管 IGCT( integrated gate mutated thyristor) ，該器件是 GT 27 O和 IGBT相互取長補(bǔ)短的結(jié)果，非常適合于中壓 (1 KV 10 KV)開關(guān)電路，現(xiàn)在己有系列產(chǎn)品。 在 8 0年代初只有大功率晶體管 ( GTR)能夠滿足上述基本要求條件，后來隨著工作頻率比 G T R提高了一個數(shù)量級的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的出現(xiàn)，使變頻調(diào)速技術(shù)又邁向了一步。允許長時間頻繁地接通和關(guān)斷 。其三，向大容量、高起動轉(zhuǎn)矩及具有環(huán)境保護(hù)功能的變頻器方向發(fā)展。 通用變頻器的發(fā)展情況可以從幾個方面來說明 : 1 .通用變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 通用變頻器不僅在工業(yè)各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品正向三個方面發(fā)展變化 :其一，向無需調(diào)整便能得到最佳運行的多功能與高性能型變頻器方向發(fā)展 。 變頻調(diào)速技術(shù)的 發(fā)展現(xiàn)狀 從 80年代初通用變頻器問世以來，經(jīng)過近 20年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次 :第一代是 80年代初模擬式通用變頻器，第二代是 80年代中期數(shù)字式通用變頻器 。中小功率變頻器通常采用電容濾波即電壓型變頻器。一般的交 直 交變壓變頻裝置雖然沒有濾波電容，但供電電 源的低阻抗使它具有電壓源的性質(zhì)，也屬于電壓源型變頻器。 電流源型變頻器一個突出的優(yōu)點是當(dāng)電動機(jī)處于再生狀態(tài)時，反饋到直流側(cè)的再生電能可以方便的回懊到交流電網(wǎng)，不需要主回路中附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的可逆變流器改變其 輸出電壓極性即可，這種電流型變頻器有制動發(fā)電能力，又能設(shè)置電流環(huán)提高承載能力，適合需要快速減速和調(diào)速范圍寬的場合，適配大功率電機(jī)，國內(nèi)單機(jī)容量可達(dá) 12022KW，國外達(dá)數(shù)萬 K W級。有的交 交變頻裝置用電 抗器將輸出電流強(qiáng)制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質(zhì)，它也是電流源型變頻器。 異步電動機(jī)用變頻器傳動的方塊圖，如圖 ，變頻器由變流器、平滑電路、逆變器、控制器四大部分組成，變流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，平滑電路將此直流電平滑后，由逆變器將它變換為頻率可調(diào)的交流電，向電動機(jī)提供電壓、電流和頻率。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(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識、參數(shù)補(bǔ)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(biāo)變換，實現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，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，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制。與 U/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(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)。這種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場所。 圖 異步電動機(jī)變頻調(diào)速時的控制特性 變頻調(diào)速控制方式分類 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 U/F控制 U/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 U/F為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。必然會使主磁通隨著 f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。當(dāng)頻率較低時， U1和 E1都變小， 定子漏阻抗壓降 (主要是定子電阻壓降 )不能再忽略 ,這種情況下，可以適當(dāng)?shù)奶岣叨ㄗ与妷阂? 補(bǔ)償定子電阻壓降的影響 ,使氣隙磁通基本保持不變， 。當(dāng) El和 f1值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如果忽略不計，則可以近似的保持定子相電壓 U1和頻率 f1的比值為常數(shù) 24 即可。 這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。 由上式可見 ,Φ m的值是由 E1 和 f1共同決定的，對 E1和 f1進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?,就可以使氣隙磁通Φ m保持額定值不變。 1N — 定子相繞組有效匝數(shù) 。由電機(jī)理論知道，三相異步電動機(jī)定子每相電動勢的有效值為 : m111 ?? NfE 式中 1E — 定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動勢的均方根值 (V) 。磁通太強(qiáng)，則由于過勵 磁狀態(tài)，使勵磁電流過大，這就限制了定子電流的負(fù)載分量，為使電動機(jī)不過熱，負(fù)載能力要下降。對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時，希望電動機(jī)的主磁通保持不變。 但是變極 對 數(shù)和變轉(zhuǎn)差率在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍較小，而變頻調(diào)速具有高效率、高范圍和高精度的調(diào)速性能，是比較合理的調(diào)速方法。 而異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 : )1(60)1( 11 sn fsnn p ???? 式中 : s 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率 11nnns ?? 改變異步電動機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)速運行。 1f — 定子頻率 (Hz)。 由式可知，變頻調(diào)速與變極調(diào)速為轉(zhuǎn)差功率不變型不論其轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率消耗基本不變，因此調(diào)速效率為最高。 由電機(jī)學(xué)可知，轉(zhuǎn)差功率 : 2Cuems PsPP ?? 式中 emP — 電磁功率 。 P— 電機(jī)磁極對數(shù)。 交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是 轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。 變頻調(diào)速基本原理 異步電機(jī)的 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。 (5)節(jié)電效果顯著?？墒固嵘龣C(jī)的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間降至最少， 具有良好的動態(tài)品質(zhì)。電動機(jī)在自然特性上運轉(zhuǎn)時的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小。通過控制器的控制，變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級調(diào)速，使電動機(jī)起動電流小、動