【正文】 感謝我的同學(xué)對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)，他們勤奮好學(xué)、樂(lè)于助人的精神，使我難以忘懷。感謝論文主審和答辯委員會(huì)的全體成員，他們辛勤的工作和誠(chéng)懇的建議使得本文更加完善。感謝華飛電子股份有限公司綜合研究室的諸位同事，夏宏強(qiáng)、鄧?guó)P永等對(duì)我的幫助和啟發(fā)。感謝焦作華飛電子電器股份有限公司的總經(jīng)理呂書洲老師，他為提供了我在該公司實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，使我能夠在進(jìn)行理論研究的同時(shí)結(jié)合實(shí)際，從而使畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究成果具有了實(shí)用價(jià)值。他嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)術(shù)作風(fēng)和孜孜不倦的求學(xué)精神激勵(lì)并培養(yǎng)了我實(shí)事求是、認(rèn)真踏實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，并使我懂得了作為電氣研發(fā)工作者應(yīng)具備的品德和修養(yǎng)。在本文即將完成之際，謹(jǐn)向所有給予我關(guān)心、支持與幫助的老師和同學(xué)們致以深深的謝意?！暗V井提升”對(duì)我來(lái)說(shuō)是個(gè)陌生的概念，也從未接觸過(guò)三菱FX2N系列PLC。由于作者接觸提升電控系統(tǒng)的時(shí)間較短，以及能力上的不足以致設(shè)計(jì)中仍存在許多不足之處，我將會(huì)在日后的學(xué)習(xí)和工作中不斷完善自我，完善設(shè)計(jì)，為我們國(guó)家的礦山事業(yè)做出貢獻(xiàn)。這些提升機(jī)大多數(shù)是繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)，自動(dòng)化程度低、控制性能差、耗電量大、效率低，尤其是安全保護(hù)設(shè)施薄弱，過(guò)卷等安全事故時(shí)有發(fā)生，設(shè)備更新?lián)Q代勢(shì)在必行。在合康億盛HIVERTYVF型變頻器上設(shè)置了正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停車、自動(dòng)減速、和多檔速度，通過(guò)主控臺(tái)PLC的控制完成提升機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程，此外，運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊向變頻器提供模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)速。自動(dòng)控制系統(tǒng)提供自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種工作方式以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行邏輯控制；安全制動(dòng)系統(tǒng)針對(duì)正、反向過(guò)卷、行程失效、超速、制動(dòng)油過(guò)壓等故障設(shè)計(jì)了多級(jí)安全保證措施，包括安全回路、一級(jí)制動(dòng)、二級(jí)制動(dòng)、故障指示燈提示等，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。結(jié) 論礦山行業(yè)是我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè)，目前相當(dāng)多的高壓礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)仍然采用發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、接觸器繼電器邏輯控制、由行程開(kāi)關(guān)指示箕斗(罐籠)位置等落后技術(shù)的控制系統(tǒng)。提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，除開(kāi)、停機(jī)外，可以不需要人工干預(yù)。　　變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式：①自動(dòng)運(yùn)行方式 利用機(jī)內(nèi) PLC 強(qiáng)大的控制能力，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，變頻器就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，極大地提高了提升機(jī)的運(yùn)行效率。⑷ 其他特性① 高可靠性，高效率，額定工況下，系統(tǒng)總效率高達(dá)96%以上，其中變頻部分效率大于98% ；② 功率單元模塊化結(jié)構(gòu)，可以互換，維護(hù)簡(jiǎn)單；③ 功率單元光纖通訊控制，完全電氣隔離；④ 隔離RS485接口，采用MODBUS、PROVIBUS通訊規(guī)約；⑤ 具有本地、遠(yuǎn)程、上位三種控制方式；⑥ 全面的故障監(jiān)測(cè)電路、及時(shí)的故障報(bào)警保護(hù)和準(zhǔn)確的故障記錄保存。⑵ 完美的輸出性能單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波輸出，6kV系列每相6個(gè)單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波，與其他形式的高壓大容量變頻器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 無(wú)需輸出濾波裝置；② 可以驅(qū)動(dòng)普通高壓異步電動(dòng)機(jī)，而不會(huì)增加電機(jī)溫升，降低電機(jī)容量；③ 電機(jī)電纜無(wú)任何長(zhǎng)度限制；④ 保護(hù)電機(jī)絕緣不受dv/dt應(yīng)力的損害；⑤ 不會(huì)因?yàn)橹C波力矩而降低設(shè)備使用壽命。變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE Std 5191992和GB/T1454993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對(duì)諧波含量的最嚴(yán)格要求，無(wú)需安裝輸入濾波器并保護(hù)周邊設(shè)備免受諧波干擾。可應(yīng)用于需要四象限運(yùn)行、帶能量反饋、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、低速運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大等場(chǎng)合。⑽ 打停點(diǎn)控制：在運(yùn)行中接收到停車信號(hào)時(shí)，內(nèi)部程序會(huì)自動(dòng)減速停車，但無(wú)論什么情況下司機(jī)聽(tīng)到停點(diǎn)時(shí)應(yīng)立即將主令拉到零位，慢慢將工作閘收回即可。② 手動(dòng)方式：常規(guī)開(kāi)車由司機(jī)控制主令和工作閘，信號(hào)工發(fā)出正確開(kāi)車信號(hào)后，司機(jī)應(yīng)按照打點(diǎn)的方向，2點(diǎn)上提、主令向后拉，3點(diǎn)下放、主令向向前推，4點(diǎn)慢上、5點(diǎn)慢下，同時(shí)將工作閘推到全松閘位置，提升機(jī)會(huì)按照推主令的方向運(yùn)行，運(yùn)行到位后自動(dòng)停車。⑻ 功能選擇開(kāi)關(guān)：自動(dòng)、常規(guī)、手動(dòng)：① 自動(dòng)方式：將各轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)置在正常狀態(tài)，將制動(dòng)泵和潤(rùn)滑泵開(kāi)啟，安全閥開(kāi)關(guān)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，把工作閘推到全松閘位置，將主令控制器向前推到底或向后拉到底，自動(dòng)化開(kāi)車條件具備，當(dāng)信號(hào)工發(fā)出正確開(kāi)車信號(hào)后，提升機(jī)會(huì)自動(dòng)加速進(jìn)入全速運(yùn)行狀態(tài)。一般司機(jī)應(yīng)觀察顯示屏預(yù)備態(tài)下方的信號(hào)指示燈，如換正向燈亮，信號(hào)正向燈也亮，就不用切除自動(dòng)換向開(kāi)關(guān)；如換正向燈亮，信號(hào)反向燈亮，需要開(kāi)反車時(shí)，就要切除自動(dòng)換向開(kāi)關(guān)；如換反向燈亮，信號(hào)反向燈也亮，不用切除自動(dòng)換向開(kāi)關(guān)；如換反向燈亮，信號(hào)正向燈亮，需要正向開(kāi)車時(shí)，要切除自動(dòng)換向開(kāi)關(guān)；如換反向燈和換正向燈都不亮，發(fā)了開(kāi)車信號(hào)也要切除自動(dòng)換向開(kāi)關(guān)。注：扳上此開(kāi)關(guān)后，反轉(zhuǎn)保護(hù)不起作用。⑸ 解除語(yǔ)言報(bào)警開(kāi)關(guān)：如提升機(jī)發(fā)生故障，有相應(yīng)的語(yǔ)言報(bào)警，將此開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度可解除相應(yīng)的語(yǔ)言報(bào)警內(nèi)容，當(dāng)故障解除后恢復(fù)即可。⑶ 潤(rùn)滑泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：用于開(kāi)啟潤(rùn)滑泵順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度開(kāi)1號(hào)泵，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度開(kāi)2號(hào)泵。② 如反向過(guò)卷將此開(kāi)關(guān)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度安全條件具備，提升機(jī)只能正向開(kāi)車，不能反向開(kāi)車。⑵ 過(guò)卷切換轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：如提升容器提至過(guò)卷位置，過(guò)卷開(kāi)關(guān)動(dòng)作，安全回路掉電，轉(zhuǎn)換此開(kāi)關(guān)，方可短接過(guò)卷點(diǎn)，使安全繼電器得電，使提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。⑴ 安全繼電器工作按鈕：在安全條件具備的情況下，按下此按鈕，安全繼電器方可工作。1一定將液壓站上調(diào)繩管路的兩個(gè)閥門關(guān)上。1開(kāi)啟制動(dòng)泵，推上工作閘，離合器開(kāi)始往里進(jìn)，當(dāng)離合器進(jìn)到位后調(diào)繩結(jié)束。1將調(diào)繩開(kāi)關(guān)向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)45度、安全閥開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到中間位置、G1閥順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。讓信號(hào)工發(fā)信號(hào)開(kāi)車。將安全繼電器工作按紐按一下，使安全繼電器指示燈亮、然后將安全閥開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度、G2閥復(fù)位。隨便打個(gè)開(kāi)車點(diǎn)，停點(diǎn)閘打不開(kāi)。將解除語(yǔ)言開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。把左邊的閘盤閥門關(guān)住，并將液壓站上調(diào)繩管路的兩個(gè)閥門打開(kāi)。⑷ 安全回路掉電后，恢復(fù)開(kāi)車：如果安全回路掉電，查清原因后，按下切除程序保護(hù)按紐，將解除語(yǔ)言報(bào)警開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，安全條件具備指示燈亮了以后，按下安全繼電器工作按紐，使安全繼電器指示燈亮，方可進(jìn)入開(kāi)車狀態(tài)。當(dāng)提升機(jī)全速運(yùn)行到減速點(diǎn)后，會(huì)自動(dòng)減速運(yùn)行，運(yùn)行到停車位置后（到位指示燈亮），自動(dòng)停車，司機(jī)將主令和工作閘拉回到零位即可。當(dāng)提升機(jī)全速運(yùn)行到減速點(diǎn)后，會(huì)自動(dòng)減速運(yùn)行，運(yùn)行到停車位置后（到位指示燈亮），自動(dòng)停車，司機(jī)將主令和工作閘拉回到零位即可。 主程序流程圖圖52 主控程序流程圖 I/O分配表53 主控機(jī)I/O分配輸入點(diǎn)名稱輸入點(diǎn)名稱輸出點(diǎn)名稱輸出點(diǎn)名稱X0行程A相X20切除程序保護(hù)Y0YX1Y20電機(jī)正轉(zhuǎn)X1行程B相X21正過(guò)卷Y1YX2Y21電機(jī)反轉(zhuǎn)X2行程測(cè)量X22反過(guò)卷Y2YX4Y22—X3主令A(yù)相X23正過(guò)卷復(fù)位Y3YX8Y23—X4主令B相X24反過(guò)卷復(fù)位Y4變頻運(yùn)行燈Y24變頻急停X5上提到位X25GG4Y5變頻故障燈Y25可調(diào)閘控制端X6下放到位X26G3Y6故障指示燈Y26KT1X7深指脈沖X27制動(dòng)泵2開(kāi)Y7信號(hào)燈Y27KT2X10主令零位X30制動(dòng)泵1開(kāi)Y10—Y30KM1X11工作閘零位X31手動(dòng)開(kāi)車Y11減速鈴Y31KM2X12切除自動(dòng)換向X32自動(dòng)開(kāi)車Y12—Y32G3X13閘瓦磨損X33解除語(yǔ)言報(bào)警Y13安全條件Y33G4X14松繩X34選水平Y(jié)14運(yùn)行燈Y34G5X15打點(diǎn)信號(hào)X35安全繼電器Y15停車燈Y35G6X16緊急停車X36變頻運(yùn)行Y16信號(hào)燈Y36ACX17安全回路啟動(dòng)X37變頻故障Y17信號(hào)鈴Y37—6系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用⑴ 開(kāi)車前準(zhǔn)備工作：將各轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)置為正常狀態(tài)，主令控制器、工作閘手柄在零位，安全條件具備指示燈亮；按一下制動(dòng)泵啟動(dòng)按紐，安全繼電器指示燈亮，制動(dòng)泵開(kāi)指示燈亮；將安全閥開(kāi)關(guān)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度GG4同時(shí)得電；再將潤(rùn)滑泵扭子開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，開(kāi)啟潤(rùn)滑泵，潤(rùn)滑泵開(kāi)指示燈亮。運(yùn)用PID指令完成速度閉環(huán)控制。當(dāng)?shù)谝唤M語(yǔ)言報(bào)警起動(dòng)時(shí)，根據(jù)PLC的Y0、YYY3的輸出構(gòu)成8421編碼，控制語(yǔ)言板產(chǎn)生9段報(bào)警聲音；當(dāng)?shù)诙M語(yǔ)言報(bào)警起動(dòng)時(shí)，根據(jù)PLC輸出的8421編碼，輸出另外的9段報(bào)警聲音，如表45所示。特殊模塊和外部模擬量、數(shù)字量連接時(shí)要用屏蔽雙絞線，本系統(tǒng)應(yīng)用煤礦提升，外部環(huán)境條件差，可能產(chǎn)生電磁干擾，故在油壓變送器與AD模塊相連時(shí)，在輸入端加平滑電容。FX2N4AD具有4通道電壓輸入（10~+10V直流）或電流輸入（4~20mA或20~+20mA直流），本系統(tǒng)將潤(rùn)滑油壓力變送器、制動(dòng)油壓力變送器和電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳送給主控機(jī)，用于參數(shù)顯示、故障報(bào)警等，使用到模塊中的CHCHCH3通道，其中，潤(rùn)滑油壓力變送器和制動(dòng)油壓力變送器輸出10~+10V電壓信號(hào)，電機(jī)電流檢測(cè)模塊輸出20~+20mA電流信號(hào)。圖4424 6kV變頻器系列的電壓疊加示意圖 其他設(shè)備⑴ 特殊模塊本系統(tǒng)中應(yīng)用的特殊模塊有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FX2N4AD和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊FX2N4DA。⑷ 電源疊加圖單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波輸出，三相輸出Y接，中性點(diǎn)懸浮，得到可變頻三相高壓電源，6kV系列每相6個(gè)單元，10kV系列每相9個(gè)單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電功率大小與相位差成正比。其結(jié)構(gòu)圖如下：圖4423 功率單元功率單元利用IGBT進(jìn)行同步整流，同步整流控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)單元電網(wǎng)輸入電壓，利用鎖相控制技術(shù)得到電網(wǎng)輸入電壓相位，控制整流逆變開(kāi)關(guān)管所構(gòu)成的相位與電網(wǎng)電壓的相位差，便可控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向。 變頻器輸出是580VAC功率單元六個(gè)串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生3450V相電壓，線電壓6000V，輸出Y接，中性點(diǎn)懸浮，得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的可變頻三相高壓電源。輸入側(cè)隔離變壓器二次線圈經(jīng)過(guò)移相，為功率單元提供電源，對(duì)6KV而言相當(dāng)于36脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個(gè)功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波（尤其是低次諧波）的產(chǎn)生。圖4422 功率單元主隔離變壓器原邊為Y型接法，直接與高壓相接。圖4421 控制原理⑵ 主電路HIVERTYVF系列高壓變頻器采用交直交直接高壓（高高）方式，主電路開(kāi)關(guān)元件為IGBT。實(shí)際運(yùn)用中給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值通過(guò)PID調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流It 。維持勵(lì)磁電流不變，控制轉(zhuǎn)矩電流也就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。1 控制原理HIVERTYVF采用轉(zhuǎn)子帶速度反饋的矢量控制技術(shù)。⑷ 緊急停車變頻器接收到系統(tǒng)給出的減速信號(hào)后，啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的減速程序，按照設(shè)定要求將提升機(jī)的運(yùn)行速度逐漸降低。⑵ 多速段變頻器內(nèi)部預(yù)置了三個(gè)速度段，分別對(duì)應(yīng)于變頻器運(yùn)行頻率當(dāng)重車在井筒中間停車時(shí)，變頻器由高速至停機(jī)后，隨之施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械制動(dòng)起作用后，方去掉直流制動(dòng)，使重車靠機(jī)械抱閘的作用停止。制動(dòng)油泵開(kāi)啟后，若不小心松開(kāi)制動(dòng)閘觸動(dòng)“松閘”行程開(kāi)關(guān)，變頻器接收到“松閘”信號(hào)，同時(shí)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保重車不下滑。在給出“松閘”信號(hào)后，變頻器開(kāi)始運(yùn)行。 變頻設(shè)備本系統(tǒng)采用的合康億盛HIVERTYVF型高壓變頻柜，接口電路實(shí)現(xiàn)了變頻器與控制系統(tǒng)的連接，包括正、反轉(zhuǎn)控制、多段速、停車和速度調(diào)節(jié)即本次提升機(jī)運(yùn)行到結(jié)束點(diǎn)亮故障指示燈，下次排除故障、按下故障消除按鈕后再開(kāi)車。采取二級(jí)制動(dòng)的情況有：制動(dòng)油故障、閘磨損等。采取二級(jí)制動(dòng)。即立即制動(dòng)，并對(duì)電機(jī)抱閘，使箕斗（罐籠）快速停止。要全抱閘的情況有：潤(rùn)滑油泵故障、主回路過(guò)壓、變頻柜故障等。即安全回路動(dòng)作，并切斷電路，這是針對(duì)最嚴(yán)重的故障采取的措施。⑶設(shè)備、儀器儀表檢測(cè)與提升機(jī)運(yùn)行相關(guān)的設(shè)備、儀器儀表很多，主控系統(tǒng)不斷檢測(cè)它們的工作狀況，一旦發(fā)生故障，根據(jù)故障嚴(yán)重程度分別采取相應(yīng)措施。錯(cuò)向操作，當(dāng)開(kāi)車方向與打點(diǎn)信號(hào)方向不同時(shí)，屬錯(cuò)向操作。正、反向過(guò)卷，提升容器運(yùn)行超過(guò)上、反向過(guò)卷，應(yīng)采取一級(jí)制動(dòng)。為確保人員或物料的安全，采取二級(jí)制動(dòng)。本系統(tǒng)采將兩套高速軸編碼器安裝在提升機(jī)的高速軸上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的行程、速度和保護(hù)給定，將數(shù)字信號(hào)傳送到主控PLC和變頻柜控制器上，用來(lái)測(cè)量提升機(jī)的行程和速度，具有很高的測(cè)量精度；同時(shí)兩個(gè)軸編碼器互相獨(dú)立，相互監(jiān)視，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，立即安