【正文】 令， 以實現(xiàn)對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。 變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。各部分功能如下：動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物、料的運輸任務(wù)。 防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置、減速功能保護裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨立的雙線型式。 滿倉保護裝置 ：箕斗提升的井口煤倉倉滿時能自動報警和自動斷電。 松繩保護裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護裝置并接入安全回路和報警回路，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 在鋼絲繩松弛時能自動斷電并報警。 深度指示器失效保護裝置：當(dāng)指示器失效時，能自動停電并能使保險閘發(fā)生作用。 限速裝置：提升 速度超過 3m/s 的提升絞車必須裝設(shè)限速裝置，以保證提升容器（或平衡錘）到達終端位置時的速度不超過 2m/s。 防止過速裝置：當(dāng)提升速度超過最大速度 15%時，必須能自動停電，并能使保險閘發(fā)生作用。的傾斜井巷，提升裝置的保險閘發(fā)生作用時，減速度必須符合：下放重載時，不得小于 。在調(diào)整雙卷筒提升絞車卷筒旋轉(zhuǎn)的相對位置時（此時游動卷筒與主軸脫離連接），制動裝置在各滾筒閘輪上所發(fā)生的力矩，不得小于該滾筒所懸重量（鋼絲繩重量與提升容量重量之和）形成的旋轉(zhuǎn)力矩的 倍。保險閘施閘時，杠桿和閘瓦不得發(fā)生顯著的彈性擺動。 保險閘或保險閘第一級由保護回路斷電時起至閘瓦接觸到閘輪上的空動時間：壓縮空氣驅(qū)平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 動閘瓦式制動閘不得超過 ，儲能液壓驅(qū)動閘瓦式制動閘不得超過 ，盤式制動閘不得超過 。 （二） 《煤礦安全規(guī)程》第 429 條規(guī)定：保險閘必須采用配重式或彈簧式的制動裝置，除可由司機操縱外，還必須能自動抱閘，并同時自動切斷提升裝置電源。 提升絞車除設(shè)有機械制動閘外，還應(yīng)設(shè)有電氣制動裝置。雙滾筒提升絞車的 2 套閘瓦的傳動裝置必須分開。 制動裝置的有關(guān)規(guī)定 （一） 《煤礦安全規(guī)程》第 428 條規(guī)定：提升絞車必須裝設(shè)深度指示器、開始減速時能自動示警與不離開座位即能操縱的常用閘和保險閘，保險閘必須能自動發(fā)生制動作用。制動器按其結(jié)構(gòu)可分為塊閘 (角移式和平移式 )和盤問；傳動裝置按傳動能源可分為液壓、氣動及彈簧等。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 第 3章 礦 井提升機的制 動 裝置及安全裝置 礦井提升機的制動裝置 制動裝置的組成及種類 提升機制動系統(tǒng)是提升機重要 組成部分，它直接關(guān)系到提升機設(shè)備得安全運行，它由制動器（閘）和傳動裝置組成。 升機 機房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，造價高，并不宜用于地震區(qū)（圖 3）。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。目前使用較多的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。 20 世紀 50 年代末，英國人布雷爾（ Blair）設(shè)計了一臺直徑 (又稱布雷爾式提升機 )，提升高度 1580～ 2349m，一次提升量 10～ 20t。早期采用變直徑提升機（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。等直徑卷筒 的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價格低，得到普遍應(yīng)用。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上 ,分別從卷筒上、下方引出 ,卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。中國制造的卷筒直徑為 2～ 5m。 （一）纏繞式提升機： 纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 和制動器等（圖 2）。后者的優(yōu)點是：可采用較細的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機（機房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式 礦井提升機（機房直接設(shè)在地面上）兩種。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。 第 2章 礦 井提升機的 組 成及分 類 礦井提升機的組成及分類 礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。 為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計上應(yīng)采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。 4．保護及抗干擾措施 傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差，其安全保護、閉鎖及監(jiān)測系統(tǒng)不完善，均為單線系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數(shù)共用一套線路，互相影響。在實際中經(jīng)常采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速因其為有級調(diào)速，調(diào)速平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 不連續(xù)，且對電網(wǎng)沖擊大。 3．提升機速度給定方式分析 由于礦山生產(chǎn)過程中，提升機所承受的載荷不同、提升的方式及提升行程不同，提升機的牽引力也就不同，應(yīng)對其進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，提升速度也應(yīng)能及時進行控 制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將在較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生極大的累計誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)的巨大波動，造成過載或松繩等，甚至導(dǎo)致礦車脫軌或過卷等重大事故，而造成巨大的損失。對于復(fù)雜的礦山提升機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)采用 PLC 控制，在本文中設(shè)計出程序控制功能流程圖，并給出其它基本控制功能的梯形圖及控制程序編程語言。并采取一些提高系統(tǒng)安全運行和抗干擾能力的措施。給出提升系統(tǒng)的整體控制方案；確定基于 PLC 控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成。為了更直觀的顯示提升機的工作狀態(tài)及故障來源，增加了提升機監(jiān)視控制系統(tǒng)，通過顯示器對整個提升系統(tǒng)進行監(jiān)控。設(shè)計中充分考慮到保護系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，采用控制功能強大的 PLC 來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型交流接觸器，簡化了控制線路，并應(yīng)用各種現(xiàn)場抗干擾措施，包括采用電抗器、空氣開關(guān)、及 RC 防浪涌震蕩電路等?？刂撇呗匝芯烤褪且ㄟ^電液控實時地、準確地使提升機按給定的速度圖運行，使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機運行的要求。本文介紹變頻器在提升機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生。對于現(xiàn)采用 TKD 電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機改造中 應(yīng)用。提升機頻繁的啟動和制動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴重的能耗，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。對于中、小型提升機，則多采用交流繞線式電動機轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速的交流電氣 傳動系統(tǒng)，即 TKD 電控系統(tǒng)。 目前，我國地下礦山礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升機，主要采用晶閘管變流器 — 直流電動機傳動控制系統(tǒng)和同步電動機矢量控制交一交變頻傳動控制系統(tǒng)。隨著礦井提升系統(tǒng)自動化，改善提統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對電氣傳動方式提出了更高的要求。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 所以提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的一個重大課題。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護未能達到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。提升機的安全、可靠、有效高速運行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟效益。變頻調(diào)速方式類似于它勵直流電動機取得很寬的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機械特性，在提升機應(yīng)用中顯 示了其獨特的優(yōu)勢。 20 世紀 80 年代西歐一些工業(yè)先進國家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機，有代表性的是西門子公司和 ABB 公司。安全回路極為重要，它是保護的最 后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺 PC 微機構(gòu)成安全回路，使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，無論是提升機還是安全回路本身出項故障時都能準確地實施安全制動。 4)安全回路 安全回路是指提升機在出現(xiàn)機械、電氣故障時控制提升機進入安全保護狀態(tài)的極為重要的環(huán)節(jié)。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數(shù)進行存儲、保留或打印輸出。提升過程采用微機主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視 :a、提升過程中各工況參數(shù) (如速度、電流 )監(jiān)視 :b、各主要設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視 。一般過程控制用微機作監(jiān)視，行程控制也采用單獨下位機完成。 2)提升行程控制 提升機的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點準確停車，要求準確度高，目前可達到 ? 2cm。 礦井提升機對安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術(shù)水平。易于控制，能實現(xiàn)自動化，安全可靠 。單機容量大，適用范圍廣 ?；A(chǔ)省、安裝方便、建筑費用低 。我國自己生產(chǎn)的晶閘管 — 直流電動機控制系統(tǒng)應(yīng)用于 20 世紀 90 年代。 20 世紀 80 年代，我國從瑞典、西德等國引進 20 多套晶閘管 — 直流電動機控制系統(tǒng)。串電阻調(diào)速是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法轉(zhuǎn)子功率的損耗隨著串入的電阻的增大而增大。 目前我國提升機 90%以上均采用交流繞線式異步電動機的拖動方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機的有 TKD 系列，多繩磨擦式提升機的有 JKM、幻 J 系列。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機較多，其他平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 礦 (如金屬礦、非金屬礦 )則較少。按提升類分 :單繩纏繞式和多繩摩擦式等。按井筒的提升道角度分 :豎井和斜井 。國產(chǎn)提升機安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位 —上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機控制技術(shù)而言，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。 就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進發(fā)展的時候，我國提升機電控系統(tǒng)很長時間都處于落后的狀況。計算機和 PLC 的應(yīng)用，使提升機自動化水平、安全、可靠性都達到了一個新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。早在上世紀七十年代，國外就將可編程控制器 (PLC)應(yīng)用于提升機控制。 1981 年第一臺用同步機懸臂傳動的提升機在德國 Monopol 礦問世， 1988 年由 MAVGHH和西門子合作制造的機電一體的提升機 (習(xí)慣稱為 內(nèi)裝電機式 )在德國 Romberg 礦誕生了，這是世界上第一臺機械和電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。起初的提升機是電動機通過減速器傳動卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動機和直流電動機懸臂安裝直接傳動的提升機。 工業(yè)的迅速發(fā)展，對 提升機 的設(shè)計提出了更高的要求，更需要我們提高自己的專業(yè)知識及技能水平 。 答 辯 委 員會