【正文】 同時(shí)，也感謝各位任課老師和其他同學(xué)，正是你們無私受教和熱心幫助，才使我知識(shí)得到補(bǔ)充并且順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，更重要的是對(duì)我以后的生活和工作有很大的推動(dòng)。謝 辭本論文經(jīng)過預(yù)期時(shí)間安排完成，在整個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)間中學(xué)會(huì)了很多知識(shí)，對(duì)大學(xué)生活畫了一個(gè)圓滿的句號(hào)。需要不斷關(guān)注相關(guān)的電力電子、變頻器、PLC等領(lǐng)域的新技術(shù)、新發(fā)展，選擇更先進(jìn)的、使用方便、工作可靠，并且性價(jià)比更高的元器件。在今后的研究中可以加入先進(jìn)的控制算法，比如模糊控制，在軟件中為提升機(jī)的啟動(dòng)和停止設(shè)置特定的運(yùn)行曲線，使設(shè)計(jì)更完善。實(shí)際運(yùn)行表明，采用該控制系統(tǒng)，使礦井提升機(jī)工作安全可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果好。2． 本文礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用變頻器和可編程控制器相結(jié)合的方法，采用了PLC后，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比高，且控制程序可根據(jù)需要進(jìn)行修改，變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)。采用PLC來控制提升機(jī)的整個(gè)工作過程，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟、停、制動(dòng)閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換等。變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)控制中顯示出其控制性能優(yōu)良、操作簡便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是礦用提升機(jī)傳動(dòng)的發(fā)展方向。根據(jù)要求，此系統(tǒng)能達(dá)到現(xiàn)場的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過操作臺(tái)或人機(jī)界面來設(shè)置提升機(jī)的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且各環(huán)節(jié)故障信息可以在操作臺(tái)或人機(jī)界面上反映出來，以用來提示用戶。本次設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目的。通過本次設(shè)計(jì)提高了自身的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手的能力，而且原來所學(xué)的知識(shí)有了系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化。 在程序編譯成功后，用“文件”菜單中的“下載”命令或單擊工具條目中的下載按鈕將程序塊下載到PLC主機(jī)中。它功能強(qiáng)大，為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境[[] Yanxiang WU, Zhanfei Tian. Study and Simulation on Variable Frequency SpeedRegulating System of Mine Hoist Based on PLC Fuzzy Control [D]. Shanghai: College of Engineering, Shanghai Ocean University 附錄 梯形圖]。: 開始程序初始化自檢正常初始化位置檢測完成啟動(dòng)進(jìn)入初始化封鎖輸出聲光報(bào)警故障處理上升下降速度控制程序超速松繩過載過卷停止安全回路動(dòng)作結(jié)束安全回路動(dòng)作安全回路動(dòng)作安全回路動(dòng)作 工作流程圖 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序調(diào)試STEP7Micro/WIN32編程軟件提供了系列工具，可使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)試并監(jiān)視用戶的執(zhí)行程序。 對(duì)于輕故障，如果當(dāng)前提升機(jī)處于停車狀態(tài)，則不允許開車，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；如果當(dāng)前提升機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，則允許提升機(jī)繼續(xù)完成本次提升機(jī)循環(huán)后，再發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而且在停車后故障未被排除前禁止開車。 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的故障處理子程序功能故障處理程序綜合來自控制系統(tǒng)外圍的故障信息和內(nèi)部系統(tǒng)監(jiān)視程序檢測到故障信息，控制系統(tǒng)程序依據(jù)故障的不同類型以及提升機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，做出相應(yīng)處理。 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的中斷子程序功能當(dāng)PLC接收來自傳感器、接近開關(guān)或變頻器等故障外部控制信號(hào)時(shí)，PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序處，完成超速保護(hù)、過卷、過載、松繩等保護(hù)及提升機(jī)位置、速度監(jiān)控、變頻器故障監(jiān)控等。判斷提升機(jī)運(yùn)行是否正常，不正常則安全回路動(dòng)作，正常則繼續(xù)運(yùn)行。在程序啟動(dòng)后先進(jìn)行程序初始化，判斷提升機(jī)的工作環(huán)境是否正常，不正常則封鎖輸出，聲光報(bào)警，排除故障，正常則可以啟動(dòng)。4． 合理布線：設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線； 其他設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)避免和變頻器的輸入、輸出線平行。 3． 采用電抗器：串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。輸出線用鋼管屏蔽，外部信號(hào)控制變頻器的信號(hào)線盡可能短，且信號(hào)線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，不放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也屏蔽。在本設(shè)計(jì)中采用的抗干擾措施有：1． 干擾的隔離：在電源和放大器電路之間電源線上采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。其中，硬件抗干擾是應(yīng)用措施系統(tǒng)最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的藕合通道、降低系統(tǒng)干擾信號(hào)的敏感性。根據(jù)電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備三要素:電磁干擾源、電磁干擾途徑、對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)。感應(yīng)的方式又有兩種： a、電磁感應(yīng)方式，這是電流干擾信號(hào)的主要方式； b、靜電感應(yīng)方式，這是電壓干擾信號(hào)的主要方式。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號(hào)的主要傳播方式。 1． 電路耦合方式 即通過電源網(wǎng)絡(luò)傳播。最后變頻器對(duì)相鄰的其它線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出干擾電壓或電流。其次對(duì)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得電機(jī)鐵耗和銅耗增加。 干擾信號(hào)的傳播方式變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，由于功率較大，對(duì)系統(tǒng)其它設(shè)備干擾性較強(qiáng)，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導(dǎo)（即電路耦合）、電磁輻射、感應(yīng)耦合。 2) 輸出電壓與電流的波形絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用SPWM調(diào)制方式，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形式形波；由于電動(dòng)機(jī)定子繞組的電感性質(zhì)，定子的電流十分接近于正弦波。它具有很強(qiáng)的高次諧波成分。顯然只有電源的線電壓UL大于電容器兩端的直流電壓UD時(shí)，整流橋中才有充電電流。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對(duì)變頻器本身和其它設(shè)備的干擾信號(hào)。 變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當(dāng)工作于開關(guān)模式且作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。 2． 其次是變頻器自身對(duì)外部的干擾。 2) 電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾 電力部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。 1) 晶閘管換流設(shè)備對(duì)變頻器的干擾 當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有容量較大的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴(yán)重失真。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負(fù)載及照明設(shè)備等。 變頻器的抗干擾及其防止 1． 來自外部電網(wǎng)的干擾。6． 保證PLC柜良好的通風(fēng)環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場，要充分考慮周圍環(huán)境的影響，盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開。5． 同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。電源柜、動(dòng)力柜、交頻柜進(jìn)線方式均為：下進(jìn)下出。2． 信號(hào)回路匯線接，輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起，信號(hào)電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。1． 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜，所有屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，這樣可擴(kuò)大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。3． 來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾 。2． 來自系統(tǒng)外引線的干擾 。空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線 電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。此時(shí)，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時(shí)聲光報(bào)警，顯示屏上顯示故障信息。4． 過載保護(hù)：熱繼電器常閉觸點(diǎn)串接于安全控制回路，當(dāng)電機(jī)負(fù)載過重，電機(jī)堵轉(zhuǎn)等故障而使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開，使安全回路動(dòng)作，保護(hù)提升機(jī)不受損壞。從而達(dá)到互鎖作用。變頻器和PLC相互配合，tttt5時(shí)間段由變頻器輸出，t2時(shí)間段由工頻直接輸出，： 轉(zhuǎn)矩輸出： 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的PLC外部接線圖 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)各部分的PLC控制1． 提升機(jī)系統(tǒng)的起動(dòng)和停車 當(dāng)需要開機(jī)運(yùn)行時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，其輸出繼電器KM1吸合，置于電源與變頻器之間的常開觸點(diǎn)閉合，將三相動(dòng)力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)加速停車，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械抱閘制動(dòng)后，可以將變頻器與動(dòng)力電源脫開，按下停止按鈕，使繼電器KM1失電，其常開觸點(diǎn)斷開，變頻器便與動(dòng)力電源脫開。 PLC還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。主令操作控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)與操作臺(tái)之間的指令傳遞，向提升機(jī)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運(yùn)行，運(yùn)行方式可分為啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的PLC的I/O端口S7200系列PLC可提供4個(gè)不同基本型號(hào)的8種CPU,根據(jù)本課題提升機(jī)電控系統(tǒng)原理的調(diào)速控制要求，對(duì)電氣控制系統(tǒng)中的調(diào)速方法進(jìn)行了改進(jìn)，開關(guān)輸入量共需16個(gè)輸入點(diǎn)，輸出點(diǎn)共需9個(gè)，本設(shè)計(jì)選用S7200系列的CPU226可編程控制器，該可編程控制器共有24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，它有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)大的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力。PLC所提供的軟元件的觸點(diǎn)可以無限次使用，方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。一臺(tái)小型的PLC，只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積，控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。6． 體積小，能耗低。PLC有完善的故障診斷功能，可以根據(jù)裝置上的發(fā)光二極管和軟件提供的故障信息，方便地查明故障源。它不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制要求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的時(shí)間和工作量。4． 控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短。3． 編程簡單，使用方便。2． 靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有良好的柔性。在抗干擾性能方面，PLC在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)部電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)程序執(zhí)行等方面都給予了充分的考慮。用程序來實(shí)現(xiàn)邏輯順序和時(shí)序，最大限度地取代傳統(tǒng)繼電接觸器系統(tǒng)中的硬件線路，大量減少機(jī)械觸點(diǎn)和連線的數(shù)量。通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇西門子S7200系列PLC。： PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 PLC的選型 在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，決定了系統(tǒng)對(duì)精度要求并不是特別高，對(duì)于響應(yīng)時(shí)間的要求也并不高，達(dá)到毫秒級(jí)就可以。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。對(duì)于礦井提升機(jī)，其對(duì)速度控制要求不是很高，考慮到經(jīng)濟(jì)因素選用控制方式?？刂品绞剑核俣瓤刂凭鹊?，速度控制范圍較小，價(jià)格低，適用于一般的調(diào)速場合。這種方法稱為帶PG的閉環(huán)控制。 編碼器反饋回路光電編碼器又稱光電碼盤，簡稱PG。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)長一些。一般情況下，直流電壓以不超過50 為宜。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所以產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈，從而可以縮短停機(jī)時(shí)間。參數(shù)選擇方法如下：1) 擊穿電壓在電源電壓為380V 時(shí)，選用 即可；2) 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，按下式確定： （）2． 直流制動(dòng)單元將電機(jī)與變頻器切斷后向繞組內(nèi)通入直流電流，定子磁場是靜止的。功率管用于接通與關(guān)斷能耗電路，是制動(dòng)單元的主體。選擇方法如下：1) 的阻值一般情況下， 的大小以使制動(dòng)電流不超過變頻器額定電流的一般為宜，按下式確定： （） 從而 （）2) 的功率由于的工況屬于短時(shí)工作，幫其標(biāo)稱功率可以比長期通電消耗的功率小很多。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)的角度來看，處于再生制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(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[[] 譚波，李燕林，譚冠政．變頻調(diào)速在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用[J]．，5758]。 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)[[] J CRen,CMLiao. Astudyon the speed control performance of a servopneumatic motor and the application to pneumatic tools[M]. he International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2004,(8)p572576]。 聲光報(bào)警電路由報(bào)警輸出的動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)“RL1AB”控制，當(dāng)變頻跳閘時(shí)，觸點(diǎn)“RL1AB”閉合，報(bào)警指示燈HL和電笛HA接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。其設(shè)置參數(shù)如下表所示： 2段固定頻率控制參數(shù)設(shè)置固定頻率6端口5端口參數(shù)號(hào)頻率/Hz轉(zhuǎn)速/（r/