【正文】 圖 PLC 外部接線 圖 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)編碼器主要是 用來(lái)測(cè)量 電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)備，它與電機(jī)同軸相連，與電機(jī)保持相同的速度。 新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 表 41 PLC I/O 輸入點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表 編號(hào) 輸入端子 點(diǎn)數(shù) 輸入外設(shè) 1 1 旋轉(zhuǎn)編碼器 2 1 起動(dòng) 3 1 停止 4 1 變頻 5 1 工頻 6 1 復(fù)位 7 1 上升 8 1 下降 9 1 過(guò)卷 10 1 松繩 11 1 過(guò)載 12 1 正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng) 13 1 反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng) 表 42 PLC I/O 輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表 編號(hào) 輸出端子 點(diǎn)數(shù) 輸出外設(shè) 1 1 變頻器通電 2 1 工頻繼電器 3 1 變頻繼電器 4 1 點(diǎn)動(dòng)繼電器 5 1 正轉(zhuǎn)繼電器 6 1 反轉(zhuǎn)繼電 器 7 1 速度繼電器 8 1 加速時(shí)間繼電器 9 1 減速時(shí)間繼電器 10 1 報(bào)警繼電器 11 1 復(fù)位繼電器 12 1 安全回路繼電器 PLC 的選型 根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果最終選擇西門子 2021?S 系列 PLC ,它可以提供 4 個(gè)不同基本型號(hào)的 5 種 CPU 可供選擇 [1]，完全符合本設(shè)計(jì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的調(diào)速要求，本設(shè)計(jì)對(duì)電氣控制系統(tǒng)中的調(diào)速方法進(jìn)行了改進(jìn)，選用 2021?S 系列的 226CPU 可4 礦井提升機(jī) PLC 控制系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) 29 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 OI/ 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 [6]。在滿足要求的前提下， PLC 選型主要從經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性及網(wǎng)絡(luò)通訊性能等方面綜合考慮， 本設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)輸入量共需 13 個(gè)輸入點(diǎn)，輸出點(diǎn)共需要 12 個(gè)點(diǎn)。 PLC 的 I/O 點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 在設(shè)計(jì)時(shí)候需要統(tǒng)計(jì) OI/ 的總量，包括開(kāi)關(guān)量和模擬量，以確定選用 PLC 的模塊數(shù)量以及型號(hào)。 PLC 主要有中央處理器（ CPU ）、寄存器（ RAM 、 EPROM ）、 OI/口、電源、擴(kuò)展接口和編程器接口等幾部分組成， PLC 組成方框圖 如圖 所示。為防止變頻器干擾，最后采取了一系列防干擾措施。主要措施有：合理布線、削弱干擾源、對(duì)線路進(jìn)行屏蔽、隔離干擾信號(hào)和準(zhǔn)確接地。 干擾信號(hào)的傳播方式主要有：電路傳導(dǎo)方式、感應(yīng)耦合方式和空中輻射方式。 代入數(shù)據(jù)： kWRUP BDBBB 60060012 ?????? ? （ ） 根據(jù)計(jì)算結(jié)果結(jié)合設(shè)備實(shí)際情況最終選擇靈歐 RXQ 型線繞電阻器，其參數(shù)為： ??? 4,150 RkWP ，額定功率下阻值變化 %3?? ，環(huán)境溫度 CC ???? 31555 。若制動(dòng)時(shí)間超過(guò) s100 ，取1?Ba ；若制動(dòng)時(shí)間在 s100~10 之間時(shí)， Ba 可按比例選取 7~1 的值。 新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 B? 可按下面的規(guī)律取值。 BR — 制動(dòng)電 阻的阻值（Ω） 。 代入數(shù)據(jù)得： ????? BR （ ） (3) 功率計(jì)算 制動(dòng)電阻的功率可以按下式計(jì)算： BDBBB RUP 2?? 式中： BP — 制動(dòng)電阻的功率（ W） 。 （ 2） 阻值計(jì)算 精確計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值要涉及很多參數(shù)，且計(jì)算復(fù)雜，一般情況下可以按下式錯(cuò)略估算： MNDBMNDBB IUIUR ~2? 式中： BR — 制動(dòng)電阻的阻值（Ω）； DBU — 直流回路允許的上限電壓值（ V） ,我國(guó)規(guī)定 VUDB 600? 。 根據(jù)公式代入數(shù)據(jù)得： AII RNRN 4 2 23 6 ??? 即 （ ） 3 礦井提升機(jī)變頻器系統(tǒng)硬件選型 設(shè)計(jì) 25 根據(jù)電機(jī)實(shí)際負(fù)載與工藝流程的要求，也可上下波動(dòng) 5%，本系統(tǒng) 選用850900 DUTABB ? 熱過(guò)載繼電器，額定工作電流 A450 ,工作環(huán)境 CC ???? 55~25 ,電壓調(diào)整范圍 A850~610 。 熱繼電器選型設(shè)計(jì) 熱繼電器在電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行時(shí)起保護(hù)作用 [3]。輸出側(cè)交流接觸器額主觸點(diǎn)額定電流 KNI 可根據(jù)下式選擇： MNKN II ? （ ） 式中： MNI — 電機(jī)的額定電流（ A ）。 （ 2）輸出側(cè)交流接觸器 當(dāng)變頻器用于工頻 — 變頻切換時(shí)，變頻器輸出端需接輸出側(cè)交流接觸器。 交流接觸器的選型設(shè)計(jì) （ 1） 輸入側(cè)交流接觸器 輸入側(cè)交流接觸器安裝在變頻器的輸入端，它既可以遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嗳餍陆こ虒W(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 電源，在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)還可以及時(shí)切斷輸入電源。 （ 2） 在工頻和 變頻切換電路中， QNI 可以根據(jù)下式選擇： MNQN II ? （ ） 式中： MNI — 電機(jī)的額定電流（ A ）。斷路器的額定電流QNI 選擇分下面兩種情況。 代入數(shù)據(jù)： 3672??UNI 即 AIUN 734? 根據(jù)熔斷器選型手冊(cè)最終選用龍熔系列 4117NH 熔斷器，其參數(shù)如下：額定電流為 : AA 7 3 42 2 0 0~9 0 0 ?，應(yīng)用類別 : aRgR/ ,分段能力： KA100 . 斷路器的選型設(shè)計(jì) 斷路器又稱自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，斷路器的功能主要有：接通和切斷變頻器電源，對(duì)變頻器進(jìn)行多電流、欠電流保護(hù)。熔斷器的額定電流 UNI 可以根據(jù)下式選擇： MNUN II )~(? （ ） 式中： UNI — 熔斷器的額定電流（ A ） 。 變頻器外圍設(shè)備的選型設(shè)計(jì) 變頻器主回路的外圍設(shè)備有熔斷器、斷路器、交流接觸器（主觸點(diǎn)）、制動(dòng)電阻和熱繼電器（發(fā)熱元件）。本設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)采用 ADPLC /? （開(kāi)關(guān)量連接 /模擬量連接 ） 模塊配合變頻器進(jìn)行，通過(guò) PLC 輸出電壓信號(hào)（ V10~0 ）來(lái)控制變頻器的頻率 ( 50~0 )。 圖 變頻器外部接線圖 變頻器 基本 參數(shù)設(shè)置 新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 提升機(jī)的速度要求確定變頻器的參數(shù)設(shè)置如 下。 DBt 由參數(shù) P 1101 設(shè)置， 如圖 所示。 （ 3） 直流制動(dòng)時(shí)間 DBt ( P 1101) 直流制動(dòng)時(shí)間是指直流制動(dòng)時(shí)施加直流電壓的時(shí)間，用 DBt 表示。DBU 用與電源電壓的百分比表示，一般在 %30 以內(nèi)， DBU 越高，制動(dòng)強(qiáng)度 越大，制動(dòng)時(shí)間越短。 DBf 由參數(shù) P 1010 設(shè)置如圖 所示。 （ 1） 直流制動(dòng)的 動(dòng)作 頻率 DBf （ P 1010） 在使用直流制動(dòng)時(shí)，一般先降低輸出頻率，依靠再生制動(dòng)方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，當(dāng)輸出頻率下降到某一頻率時(shí)，變頻器馬上輸出直流制動(dòng)電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，這個(gè)切換直流制動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)的頻率稱為直流制動(dòng)動(dòng)作頻率，用 DBf 表示。 此外，直流磁場(chǎng)本身具有吸住轉(zhuǎn)子的作用，可以有效地消除轉(zhuǎn)子的蠕動(dòng)。 直流制動(dòng)單元 普通的負(fù)載一般采用再生制動(dòng)，對(duì)于提升機(jī)這樣大慣性的負(fù)載，僅用再生制動(dòng)往往無(wú)法使電動(dòng)機(jī)停止，還需要進(jìn)行直流制動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路用于接收“取樣與比較電路”給出的指令 信號(hào)，驅(qū)動(dòng) BV 導(dǎo)通或截止。 再生 制動(dòng)單元 電路如圖 所示。這種自動(dòng)方式稱為再生制動(dòng)。 所以 ，變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)設(shè)置 再生 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)。 （ 2） 聲光報(bào)警電路由報(bào)警輸出的動(dòng)合（常開(kāi)）觸點(diǎn)“ COMNO? ”控制，當(dāng)變頻器跳閘時(shí)，觸點(diǎn)“ COMNO? ”閉合，將報(bào)警指示燈 HL 和電笛 HA 接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。 （ 5） 完整的故障監(jiān)測(cè)電路、精確的故障定位和報(bào)警保護(hù)； 變頻器聲光報(bào) 警回路設(shè)計(jì) （ 1） 變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)“ COMNC? ”串聯(lián)在 1KM 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；同時(shí)報(bào)警輸出的常閉觸3 礦井提升機(jī)變頻器系統(tǒng)硬件選型 設(shè)計(jì) 19 點(diǎn)動(dòng)作，使 1KM 線圈失電，將變頻器與電源斷開(kāi)，進(jìn)行安全保護(hù)。 將所選電機(jī)參數(shù)代入得： （ 1） ???CNP AkVPCN ?? 5521 代入初選變頻器參數(shù) AkVAMV ??? 5 5 2 即 AkVAkV ??? 5 5 2 18 1 0 0 （ ） （ 2） AICN ?? AICN 404? 代入初選變頻器參數(shù) AA 404704 ? （ ） （ 3） AkVP CN ?????? ? 3103 6 76 0 0 07 3 AkVPCN ?? 4195 代入初選變頻器參數(shù) AkVAkV ??? 4 1 9 58 1 0 0 （ ） （ 4） ??CNI AICN 440? （ ） 代入初選變頻器參數(shù) AA 440704 ? 通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì) 的電機(jī)功率， 及電流驗(yàn)算均合格 綜合 其它 各種因素，本設(shè)計(jì)最終選用西門子 150GL 變頻器。對(duì)于頻繁加減速的電機(jī)，按照 S 型曲線特性運(yùn)行，那么根據(jù)加速、恒速、減速、停車等各種運(yùn)行狀態(tài)下的電流值，可按下式確定變頻器額定值： 新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 054321 5544332211 Kttttt tItItItItIICN ???? ????? （ ） 式中： CNI — 變頻器額定 輸出 電流 （ A） 。 CNI — 變頻器的額定電流（ A ）。 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的變頻器容量計(jì)算 由于變頻器供給電動(dòng)機(jī)的是脈動(dòng)電流， 其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)的電流要大，在選用變頻器時(shí)，容量應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。變頻器的過(guò)載容量為s60/%125 或 s60/%150 ，若超出該數(shù)值，必須選用更大容量的變頻器。其參數(shù)如下：電源電壓 ~ , 輸出功率 ,額定電流 A704 。 分析提升機(jī)的負(fù)載屬于重力，其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。若是調(diào)速范圍不大，可以選用 fV/ 控制方式。 （ 2） 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩大小只取決于負(fù)載的輕重，而與負(fù)載轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)的負(fù)載。 圖 變頻器組成方框圖 變頻器的選型設(shè)計(jì) 在選用變頻器時(shí)，一般根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)及負(fù)荷大小來(lái)確定變頻器的容量和控制方式 [4]。變頻器由交流器、平滑電路、逆變器、控制器四大部分組成 [3]。 2cuP — 轉(zhuǎn)子銅損。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 : 00nnns ?? （ ） 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 ： )1(60)1( 10 spfsnn ???? （ ） 由上式可知，異步電機(jī)調(diào)速方法有如下幾種 : （ 1） 變同步轉(zhuǎn)速 0n ：變極 p 、變頻 1f ； 新疆工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 （ 2） 變轉(zhuǎn)差率 s ：定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串級(jí)調(diào)速。 異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱的三相繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，在電動(dòng)機(jī)氣隙內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速 : pfn 1600 ? （ ） 式中 : f — 定子繞組電源頻率 。 （ 4） 節(jié)能效果顯著。 （ 2） 調(diào)速精度高。變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào) 速，調(diào)速范