【正文】 故障時能自動將主電動機斷開并同時進(jìn)行安全制動從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù)。深度指示器的作用是顯示提升容器的運行位置，容器接近井口卸載位置和井底停車場時，發(fā)出減速和制動信號。潤滑系統(tǒng)必須與自動保護(hù)系統(tǒng)和電動機聯(lián)鎖，即潤滑系統(tǒng)失靈時，主電動機斷電，確保機器的正常工作。減速器的作用是減速和傳遞動力，聯(lián)軸器是用來聯(lián)接提升機的旋轉(zhuǎn)部分，并傳遞動力。 提升機制動器的功能就是剎住提升機卷筒，使提升機停止運行。 ②制動系統(tǒng) 液壓制動系統(tǒng)裝置包括制動器和液壓傳動裝置，是提升機不可缺少的重要組成部分之一，也是最后一道安全保障裝置。礦井提升機是一個完整的機械 電氣系統(tǒng)，其主要由以下幾部分組成。 由于井筒條件（豎井或斜井）及選用的提升容器和 提升機類型的不同，可組 成各有特點的礦井提升系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生松繩現(xiàn)象時，經(jīng)過短暫調(diào)節(jié)后，若沒有消除松繩現(xiàn)象，安全回路斷開，進(jìn)行安全制動。發(fā)生這種現(xiàn)象時，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，實現(xiàn)安全制動。礦井提升機機械閘裝有閘瓦磨損開關(guān)，當(dāng)閘瓦磨損到一定程度或彈簧疲勞到一定程度時，安全回路斷開，進(jìn)行安全制動。 只有安全回路始終保持接通狀態(tài)，礦井提升機才能正常工作。硬安全回路通 過硬件回路實現(xiàn)，無論 PLC 單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開。在正常情況下，由 PLC 的模擬量數(shù)出來確定給制動裝置給定；在應(yīng)急狀態(tài)下，或者 PLC 出現(xiàn)故障時還可以直接將給定量送入制動裝置，完成制動。 制動手柄采用手柄輸出 010V 信號進(jìn)行制動控制，在輸出模擬量的同時，在手柄相應(yīng)的操縱角度上加上光電開關(guān)觸點，可以輸出緊閘和松閘的開關(guān)信號到 PLC 上控制施閘。觸發(fā)一個繼電器，繼電器輸入信號給第一速段控制口激活第一速段，只需在變頻器上設(shè)置相應(yīng)的速度即可，同時可設(shè)置后一個開關(guān)的 觸發(fā)角度如 o20 。 10V 迸行無級變頻調(diào)速，在輸出模擬量的同時，在手柄相應(yīng)的操縱角度上加上光電開關(guān)觸點，可以輸入開關(guān)信號到變頻器上的速段控制接入口，達(dá)到控制限制。 ②手柄控制 在操作臺上安裝有手柄（主令手柄、制動手柄），類似于舊型設(shè)備的洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 操作手柄，操作方便簡單，使司機不需長時間培訓(xùn)及適應(yīng)便可熟練操作。動力柜主要是給油泵、風(fēng)機和操作臺供電，同時具有斷相、缺相、過流保護(hù)和電機 過熱保護(hù)。 PLC 外圍電氣控制 ①電源回路 電源部分采用雙回路供電模式，電源柜主要是給變頻柜和動力柜供電，同時用來進(jìn)行過流保護(hù)和電壓、電流測量。 ③高速運算 基本指令： s? /指令；應(yīng)用指令： 至幾百 s? /指令 ④突出 的寄存器容量 FX2N 系列包括 8K 步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個寄存器盒可擴充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 ②靈活的配置 除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個基本 FX2N 單元中的每一個單元可擴充到 256 個 I/O 口。 FX2N 系列 PLC 是 FX 家族中比較先進(jìn)的類型。為防止順控程序被寫入或盜用，可以對程序存儲器設(shè)定 3 級保護(hù)。通過設(shè)定參數(shù)可以確保編程存儲器內(nèi)元件的注釋區(qū)域。 FX2N 內(nèi)含計時功能，可以進(jìn)行時間控制。 另外，若采用可選的存儲卡盒，最大可擴展到 16K 步?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端子臺。 FX2N 系列 PLC 經(jīng)濟、小巧，從功能上完全滿足本系統(tǒng)的使用要求，其內(nèi)置高速計數(shù)器，可滿足系統(tǒng) 軸編碼器采樣的高速計數(shù)要求，而不需增加額外成本。 通過系統(tǒng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇三菱 FX2N80MR 型 PLC。 PLC 的選型 在礦井提升機電控系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)本身的特點，決定了系統(tǒng)對精度要求并不是特別高，對于響應(yīng)時間的要求也并不高，達(dá)到毫秒級就可以。 PLC 所提供的軟元件的觸點可以無限次使用，方便地實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。一臺小型的 PLC，只相當(dāng)于幾個繼電器的體積，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，還能夠大量洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試的時間和工作量。 (4) 控制系統(tǒng)易于實現(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，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、內(nèi)部電路設(shè)計、系統(tǒng)程序執(zhí)行等方面都給予了充分的考慮。用程序來實現(xiàn)邏輯順序和時序，最大限度地取代傳統(tǒng)繼電 接觸器系統(tǒng)中的硬件線路，大量減少機械觸點和連 線的數(shù)量。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第 2 章 礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC 的設(shè)計 PLC 簡介 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。在提升過程中，控制提升機運行的主洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 速度給定 S 形速度曲線由 PLC 編程產(chǎn)生，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕， PLC 控制將 380V 動力電源接入變頻器。安全電路斷開后，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)行緊急制動。硬安全回路通過硬件回路實現(xiàn)，無論 PLC 單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬安全回路馬上斷開 。 （ 5）控制監(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)。 （ 4）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。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號到 PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時候才可以松閘，這樣會避免豎井提升機啟動時發(fā)生溜車現(xiàn)象。 （ 2）變頻調(diào)速系統(tǒng) 調(diào)速系統(tǒng)采用德國制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采用矢量控制技術(shù)適合提升機工作環(huán)境，只需在控制單元給出對變頻器的控制命令 (正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等 )即可使提升機按照設(shè)定的速度曲線運行，滿足提 升階段穩(wěn)定洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 運行的要求。程序編制滿足提升機自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式，并可方便的轉(zhuǎn)換 。 系統(tǒng)框圖如圖 12 所示 控 制 監(jiān) 視 系統(tǒng)P L C 主 令 控 制 變 頻 器液壓站旋轉(zhuǎn)編碼器M交 流 提 升 電 動 機3 8 0 V 潤滑站操 作 臺保護(hù)和連接 圖 12 提升機控制系統(tǒng)框圖 各部分功能如下 （ 1）主控系統(tǒng) 系統(tǒng)的主控系統(tǒng)使用 PLC 集成高速計數(shù)輸入口以及特殊高速計數(shù)模塊相結(jié)合，對分別安裝于電機軸、輥筒主軸、天輪的四個編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行采 集，同時監(jiān)視速度、深度以及判斷松繩； A/D 模塊采集現(xiàn)場液壓站及潤滑站的油壓、油溫等信號 。 目前交流調(diào)速最有前途的是變頻調(diào)速技術(shù)，在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制 都能滿足提升機恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征，所以在提升機調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)展方向。此外在調(diào)速性能方面，交流拖動系統(tǒng)一般不如直流拖動系統(tǒng)優(yōu)越，但選用了動力制動、低頻制動、可調(diào)機械閘、負(fù)荷測量、計算裝載等輔助裝置后，交流拖動系統(tǒng)亦可獲得滿意的調(diào)速性能。 傳統(tǒng)的串電阻交流拖動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，占地面積小，維護(hù)方便，運行可靠價格低廉，設(shè)備供貨 容易，安裝調(diào)試周期短等優(yōu)點 .主要缺點是啟動階段電能損耗較大，當(dāng)用于要求頻繁啟動或不同運行速度的多水平提升機時就更為不經(jīng)濟。由于高次諧波的影響，使電網(wǎng)電壓的波動加大并導(dǎo)致畸變，即所謂引起“電力公害” :同時低速時功率因數(shù)也較低。但由于這種降級使用，也給生產(chǎn)維護(hù)上增加了困難。而 VM 系統(tǒng)由于具有以上一些突出的特點，因此，目前在大型提升機方面，世界各國大多采用直流拖動方案，尤以 VM 系統(tǒng)為主。調(diào)速范圍大，由于剩磁洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 影響， GM 系統(tǒng)在調(diào)速時轉(zhuǎn)速受到限制，而 VM 系統(tǒng)調(diào)速時速度從零到最大速度都 能控制，運行可靠?？焖夙憫?yīng)性好， GM 系統(tǒng)為秒級， VM 為毫秒級，因而動態(tài)品質(zhì)快速性能較好 。 GM 系統(tǒng)的特點是過載能力強，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運行可靠， 維護(hù)工作量大但是技術(shù)要求不高，對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害的影響，即不會引起電力公害等。我國目前正在服務(wù)的礦井 提升機的電控系統(tǒng)中，屬于交流拖動的有轉(zhuǎn)子電路串電阻的調(diào)速系統(tǒng) :屬于直流拖動的有直流發(fā)電機與直流電動機組成的GM 調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流裝置供電的 VM 調(diào)速系統(tǒng)。同時可以利用 PLC 的高速計數(shù)功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、故障檢測及診斷功能、信號顯示功能等來增加一些新的控制功能，安全性將大大提高，運行將更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確，完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求，而且投資相對較少，性價比較高，具有很強的實用價值。 對于一般提升機電控系統(tǒng)來說，采用一套中小容量的 PLC 即可滿足要求，其價格也不高 .如果采用 PLC 技術(shù)對 TKDA 電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，把原來由各種電器通過連線而實現(xiàn)的邏輯控制改由 PLC 通過軟件編程實現(xiàn)，則控制線路將大大簡化，設(shè)備體積、設(shè)備維修量將大大減小，抗干 擾能力將大大增強，工作可靠性將大大提高，工藝改變時只需要改變控制程序即可。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線 (即硬件 )，而只需通過編程器 改變程序存儲器中某些語句的內(nèi)容。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的。PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。是可編程序邏輯控制器，簡稱 PLC，PLC 技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段，由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC 通過軟件編程實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化 。 這些不足主要是因為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。 (3) 采用磁放大器做調(diào)節(jié)控制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 保證。 幾十年來 ，這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺 陷，突出表現(xiàn)在 : (1) 使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運行噪聲大，功耗高，接線復(fù)雜，故障率高，工作穩(wěn)定性和可靠性差，控制速度慢，控制精度差，功能改變難度大，使用壽命短。在繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一個控制任務(wù)，支配控制系統(tǒng)工作的“程序”是由各分立元件 (繼電器、接觸器、電子元件等 )用導(dǎo)線連接起來加以實現(xiàn)的，這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運行 .盡量節(jié)約能源和降低運轉(zhuǎn)費用。要能夠方便的進(jìn)行自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。迅速安全制動停車，即所謂要具備挖土機機械特性 )。 (4) 特性曲線要硬。提升機不同于其他機械，穩(wěn)定運行的要求。 (2) 具有良好的調(diào)速性能。 綜合以上提升機的運行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點，提升機工藝對提升機電控系統(tǒng)的要求如下 : (1) 加 (減 )速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。這意味著電動機不僅要工作在電動狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動狀態(tài)。因此在電動機不帶電時，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài) (便于罐籠的裝卸載 )，對滾筒必須施加機械閘。 提升機的負(fù)載靜力 FL 決定于提升機滾筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物體的凈載重。㎡ )， g 為重力加速度， Td傳動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩 ,e加速度。Ti傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩 。所以需要先來分析提升機電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。 安全、可靠、經(jīng)濟、高效的礦井提升機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計是本設(shè)計的追求目標(biāo)。甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了很多；調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置頻率，能根據(jù)負(fù)荷情況連續(xù)平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，無機械沖擊現(xiàn)象；實現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使停車運行更加平穩(wěn)；啟動及加速過程沖擊電流小，可以實現(xiàn)提礦井升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑地升至最高速。在提升機控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代。 ⑥提升容器通過給定的減速點時，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。 ④系統(tǒng)的安全性、可靠性不 高，容易發(fā)生事故。 ②電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機械沖擊。 目前國內(nèi)提升機的調(diào)速控制系統(tǒng)絕大多數(shù)還是在電機轉(zhuǎn)子回路串入電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 礦井提升機， PLC，變頻調(diào)速 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） II The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC Contr