【正文】 顯然，隨著提升物料的重量不同，要求電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)力矩不同，且在一個(gè)提升循環(huán)中，在不同階段電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)力矩的極性也在變化，礦井提升。 （ II）提升機(jī)給定力 根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式： 式中： Te— 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩； T1— 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； J— 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω — 單軸傳動(dòng)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(jī)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(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的微分前饋控制。在軟件編程中，對(duì)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(jì)算公式如前。 （ 5）第五階段～：到達(dá)停車(chē)位置 時(shí)，變頻器立即停車(chē)，重車(chē)減速到零，制動(dòng)系統(tǒng)閘制動(dòng)。如減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)快跳閘。一般，這段過(guò)程最長(zhǎng)。上升時(shí) ,電動(dòng)機(jī)保持電動(dòng)狀態(tài) ,重車(chē)提升機(jī)以額定運(yùn)行速度穩(wěn)定運(yùn)行。重車(chē)從井底開(kāi)始上行，重車(chē)起動(dòng)后，開(kāi)始持續(xù)加速達(dá)到變頻器的設(shè)定頻率 f2，在此期間提升機(jī)的速度逐漸加快。由此得到實(shí)際 S 形速度給定曲線（見(jiàn)圖 4— 4），其可以通過(guò) PLC 編程控制實(shí)現(xiàn) ,圖中加速和減速段的時(shí)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(duì)復(fù)雜，浮點(diǎn)計(jì)平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 算量大，但隨著 CPU性能的突飛猛進(jìn)， PLC編程越來(lái)越容易，且不會(huì)大幅增加其 CPU循環(huán)周期。 礦井提升機(jī)速度給定曲線的優(yōu)劣對(duì)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(jī)運(yùn)行特性，延長(zhǎng)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(yùn)行時(shí)間及各拐點(diǎn)時(shí)間，求出各拐點(diǎn)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(yùn)行距離自動(dòng)將距離分成三段，即加速段、勻速段和減速段。 提升機(jī)每次運(yùn)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(guò)計(jì)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(diǎn)為起始 0點(diǎn)，包括 de段 （ 0 t≤ t1′）、 ef（ t1′ t≤ t2′）段和 fg（ t2′ t≤ t3′）段，其計(jì)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(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 上述各式有關(guān)常數(shù)與確定的額定運(yùn)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(jī)以額定速度 v4作勻速爬行段。（ 1） oabc 為提升機(jī)箕斗的啟動(dòng)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(dòng)加速曲線段。 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(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 根據(jù)前述分析可知，將圖 4— 1（ d）所示運(yùn)行曲線應(yīng)用于礦井提升機(jī)非對(duì)稱(chēng) 5階段速度圖，就可得到所需的非對(duì)稱(chēng) 5階段理想 S形速度曲線（見(jiàn)圖 4— 3） 圖 4— 3 非對(duì)稱(chēng) 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(jī)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(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 圖 4— 1 礦井提升機(jī)箕斗 5 類(lèi)運(yùn)行曲線 （ 2）礦井提升機(jī)速度給定方式 礦井提升機(jī)的實(shí)際速度運(yùn)行曲線是由其控制部分的給定速度曲線決定。 礦井提升機(jī)在啟動(dòng)加速階段不外乎有 5類(lèi)主要運(yùn)行速度曲線：加速度 時(shí)間曲線和加加速度時(shí)間曲線兩組曲線（見(jiàn)圖 4— 1）。運(yùn)行非對(duì)稱(chēng) 5階段速度是礦井提升機(jī)應(yīng)用最為廣泛和典型的運(yùn)行方式。 圖 3— 5 直流制動(dòng)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(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 第 5章 提升機(jī) 調(diào) 速控制系 統(tǒng)軟 件 實(shí)現(xiàn) 礦井提升機(jī)中 S 型速度曲線建模及實(shí)現(xiàn) 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(jī)箕斗的運(yùn)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(dòng)時(shí)間的主要依據(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，應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些。一般情況下，直流電壓以不超過(guò) 50 V為宜。 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或直流電流的大小，它決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度，如圖 3— 5所示。轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為直流制動(dòng)的起始頻率，如圖所示。 直流制動(dòng)功能預(yù)置 A、直流制動(dòng)的起始頻率，通常直流制動(dòng)都是和再生制動(dòng)配合使用的。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈，從而可縮短停機(jī)時(shí)間。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。 b）集電極最大電流按正常電壓下流經(jīng)的電流的兩倍來(lái)選擇 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 三、直流制動(dòng)單元 能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)配合使用能達(dá)到理想的制動(dòng)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(dòng)和制動(dòng)單元電路 b）電壓取樣與比較電路由于 的驅(qū)動(dòng)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(jìn)行比較，得到控制導(dǎo)通或截止的指令信號(hào)。 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)釋放能量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)狀態(tài)屬于正常工作狀態(tài)時(shí)，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(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) （ 1）的阻值一般情況下，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）的功率由于的工況屬于短時(shí)工作，幫其標(biāo)稱(chēng)功率可以比長(zhǎng)期通電時(shí)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(dòng)機(jī)的容量和工況。用于消耗電動(dòng)機(jī)再生電能的電路，就是能耗制動(dòng)電路。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。過(guò)高的直流電壓將使各部分器件受到損害。從電動(dòng)機(jī)的角度來(lái)看，處于再生制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)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。為此，變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)設(shè)置能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)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(hù)變頻器內(nèi)部報(bào)警繼電器觸點(diǎn)。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 17 頁(yè) (2)、聲光報(bào)警電路由報(bào)警輸出的動(dòng)合（常開(kāi)）觸點(diǎn)“ 30B30A”控制，當(dāng)變頻器跳閘時(shí)，觸點(diǎn)“ 30B30A”閉合，將報(bào)警指示燈 HL和電笛 HA 接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。 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(kāi)，進(jìn)行安全保護(hù)。 根據(jù)變頻器所需容量，查變頻器型號(hào)規(guī)格：選擇森蘭 SB61G110KW通用型變頻器。其對(duì)負(fù)載的變化和瞬時(shí)掉電，能做出迅速響應(yīng)；開(kāi)環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（誤差 %～ %），開(kāi)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。 考慮到礦用電機(jī)性能上的差異及機(jī)械負(fù)載的波動(dòng)，變頻器容量取電動(dòng)機(jī)容量的 ，本系統(tǒng)中所需電動(dòng)機(jī)的軸上功率為 75KW，按 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(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。因此．在選擇電動(dòng)機(jī)的保護(hù)元件時(shí)可以用 1kw2A 來(lái)估算電動(dòng)機(jī)的額定電流值，從而達(dá)到快速選擇保護(hù)元件的目的。同時(shí)具有短路、接地和過(guò)載保護(hù)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(fù)載轉(zhuǎn)矩都改變的情況下， VVCPLus 的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性較優(yōu)越，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)全數(shù)字化的保護(hù)，即使在最?lèi)毫拥牟?作條件下，也可確?？煽窟\(yùn)行。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。 為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動(dòng)力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過(guò)載能力等方面滿足系統(tǒng)的要求，選用冶金起重專(zhuān)用變頻電動(dòng)機(jī)。此時(shí)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(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 13 頁(yè) 擬量，即電壓或電流信號(hào)來(lái)控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速 度控制。 提升機(jī)電控系統(tǒng)變頻器選擇 本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：德國(guó)的西門(mén)子 (Siemens)公司生產(chǎn)的模塊式 PLC S7300 和變頻器各一臺(tái)。 控制監(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)與 PLC 的通信，將電動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來(lái)，并對(duì)礦車(chē)的位置及速度進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控。 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。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(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)定頻率的交流平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 12 頁(yè) 電，經(jīng)變頻后輸出 U,V,W 來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命