【正文】 阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統，設備陳舊、技術落后。我國在 20 世紀 90年代也引進了交流變頻調速 提升機控制系統。 而在電力拖動方面，近幾年國外出現了不少新拖動方式，交一交變頻供電方式就是最有前途的一種。為確保人員和設備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法。甚至與上位機聯網，合并于礦井監(jiān)測系統中。c、各傳感器 (如位置開關、停車開關 )信號的監(jiān)視。 3)提升過程監(jiān)視 提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環(huán)節(jié)。采用微機控制，可通過采集各種傳感信號，如轉角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進行處理，計算出容器準確的 位置而施以控制和保護。比較國內外礦用提升機系統，具體 來說國外礦井提升機在電控方面的應用特點有以下幾個方面 ??2 : l)提升工藝過程微機控制 提升工藝過程大都采用微機控制，由于微機功能強，使用靈活，運算速度快，監(jiān)視顯示易于實現，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現的。節(jié)約電能。調速平穩(wěn)、調速范圍廣、調速精度高 。無齒輪傳動部分 (不需要減速器 )、總效率高、電能消耗少 。這種控制系統的優(yōu)點是 :體積小、重量輕、占地面積小 。直流電動機傳動有兩種電控系統，一種為直流 發(fā)電機 — 直流電動機機組，另一種為晶閘管— 直流電動機系統。盡管轉子串電阻調速方法很不經濟，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調速方法比較簡單易行，起動轉矩較大在拖動起重機等中、小容量的繞線式異步電動機中仍然應用廣泛 ??2 。這幾種提升機通常在電動機轉子回路中串接附加電阻進行起動和調速。 (a)操作臺及輥筒 (b)轉子串電阻 圖 l1山底礦礦井提升機舊設備 Old shaft hoist equipment of Shandi mine 結合 山底煤礦的 實際 情況，并廣泛調查國內外提升機的發(fā)展狀況確定課題，對 礦井 提升機遼寧工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 3 電控設備進行技術改造。主井提升高度為237 米，提升機為 JK一 ，最大提升速度為 米 /秒，采用交流電動機拖動，電動機為 250 千瓦， 380 伏， 521 安培， 744 轉 /分，采用電動一發(fā)電機組供電。 下面 以 山底煤礦作為例子進行分析 ??1 ： 山底煤礦位于山西省榆次境內，有十分豐富的煤炭資源，品位高，儲量大，是中型礦山，具備日產煤炭 300 噸。對提升機來說，運行的安全、可靠性是至關重要的，提升機運行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產能力，影響整個礦山的經濟效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安全。在煤炭生產中提升機擔負著提升煤炭、研石、下放材料、升降人員和設備的任務，是聯系井上與井下的唯一途徑，素有礦井“咽喉”之稱。 基于 PLC技術的礦井提升機電控系統 的設計 2 1 概述 本章重點 通過對國內外礦井提升機的研究狀況的 闡述 ， 對礦井提升機的基本機構及特征進行分析，從而確定本文的研究內容及研究意義。變頻調速系統是提升機電控系統的發(fā)展方向。這種電控系統啟動和調速換擋過程中電流沖擊大；屬于有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；節(jié)能效果差等。因此，研制并制造即安全可靠又節(jié)省能源的提升機是煤礦安全生產的一項重要課題。提升機的電力傳動特性復雜，電動機頻繁正反向，經常處于過負荷運轉和電動、制動不斷地轉換的狀態(tài)中。遼寧工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 1 0 引言 礦井提升機是機、電、液一體化的大型機械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產運輸的主要工具。在煤炭生產中提升機擔負著提升煤炭、研石、下放材料、升降人員和設備的任務，是聯系井上與井下的唯一途徑，素有礦井“咽喉”之稱。對提升機來說，運行的安全、可靠性是至關重要的，提升機運行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產能力，影響整個礦山的經濟效益，而且還涉及到井下工作人員的生命安 全。 目前，我國絕大部分礦井提升機（超過 80%）采用傳統的交流電控系統。為克服傳統交流繞線轉子異步電動機串電阻調速系統的缺點，采用 PLC 與變頻器相結合的控制方案對傳統電控系統進行改造，變頻調速是通過改變定子供電頻率，成功實現了提升電動機大范圍的無極平滑調速，在運行過程中能隨時根據電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運 行狀態(tài)，能夠滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果；采用 PLC 對提升系統進行保護和監(jiān)控，使系統更加安全可靠。 總體設計基于 PLC 控制的大功率礦井提升機變頻調速控制系統 ， 由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統組成 。 課題來源 礦井提升機是機、電、液一體化的大型機械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金 屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產運輸的主要工具。提升機的電力傳動特性復雜，電動機頻繁正反向，經常處于過負荷運轉和電動、制動不斷地轉換的狀態(tài)中。因此，研制并制造即安全可靠又節(jié)省能源的提升機是煤礦安全生產的一項重要課題 ??1 。為了使礦山持續(xù)穩(wěn)產和延長服務年限，需要對提升機等設備進行改造，以達到安全高效的目的。 如圖11 所示為山底礦礦井提升機原設備實物拍攝。 國內外提升機 研究狀況 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、 K/J 系列。串電阻調速是一種恒轉矩調速方法轉子功率的損耗隨著串入的電阻的增大而增大。 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。我國自己生產的晶閘管 — 直流電動機控制系統應用于 20世紀 90 年代?；A省、安裝方便、建筑費用低 。單機容量大，適用范圍廣 。易于控制，能實現自動化，安全可靠 。 礦井提升機對安全性、可靠性和調速性能的特殊要求，使得提升機電控系統的技術 水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術水平。 2)提升行程控制 提升機的控制從本質上說是一個位置控制，要保證提升容器在預定地點準確停車，要求準確度高，目前可達到士 2cm。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。提升過程采用微機主要完成如下參數的監(jiān)視 :a、提升過程中各工況參數 (如速度、電流 )監(jiān)視 :b、各主要設備運行狀態(tài)監(jiān)視 。使各種故障在出現之前就基于 PLC技術的礦井提升機電控系統 的設計 4 得以處理，防止事故的發(fā)生，并對各被監(jiān)視參數進行存儲、保留或打印輸出。 4)安全回路 安全回路是指提升機在出現機械、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)。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。 20 世紀 80 年代西歐一些工業(yè)先進國家將交流變頻調速技術應用于提升機，有代表性的是西門子公司和 ABB 公司。變頻調速方式類似于它勵直流電動機取得很寬的調速范圍、很好的調速平滑性和有足夠硬度的機械特性，在提升機應用中顯示了其獨特的優(yōu)勢。而且這種控制方式存在著很多的問題 ??3 : l)轉子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。 3)繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高 。 5)電動機依靠轉子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。 上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。在提升機控制系統中應用計算機控制技術和變頻調速技術， 對原有提升機控制系統進行升級換代。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調試方便、維護小， PLC 技術己經廣泛應用于各種提升機控制，配合一些提升機專用電子模塊組成的升機控制設備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。主控計算機應用軟件能完成提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運 動方式的控制要求。 研究意義 在調研中發(fā)現，目前 遼寧 省各大煤礦的礦井提升機系統的調速方案大多采用繼電器、接觸器控制的轉子串電阻調速。因此有必要對其調速方案進行改造。電力拖動系統中，選用先進的變頻傳動裝置，優(yōu)化了調速系統的性能，這一控制方法目前仍為現代交流調速的重要研究方向之一。 基于 PLC技術的礦井提升機電控系統 的設計 6 2 PLC 在提升機變頻控制系統中的應用 PLC 概述及其系統組成 可編程 控制 器 (ProgrammableController) 縮寫 為 PC，為了 于個 人計 算機的PC(Personal Computer)相區(qū)別，有時在 PC中人為地增加了 L(Logical)而寫成 PLC。初期可編程控 制器只是用于邏輯控制的場合，用于代替繼電器控制盤，但是現在可編程控制器已經進入包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領域。 可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算 數操作等面向用戶的指令，并通過數字式或輸入輸出控制各類型的機械或生產過程。如圖 21所示為可編程控制器的基本機構。隨著器件水平的提高，可編程控制器的可靠性還在繼續(xù)提 高。在可編程控制器使用中發(fā)生的故障，大部分是由可編程控制器外部的開關、傳感器、執(zhí)行器引起的，而不是可編程控制器本身發(fā)生的故障。這種圖形編程方式易懂易編。 4)與其他裝置配置聯接方便 可編程控制器的接口原則是使外部接線、電平轉換盡量少。輸出有繼電器、晶閘管、晶體管等各種不同的形式，可直接接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。另外還有運用熱電偶直接輸入的 A/D 轉換器等，此時就連放大器、冷端補償也不需要。 對于數據通訊，只需同軸電纜和普通 RS232 或 RS422 接口即可，不必由用戶來考慮波特率及通訊規(guī)程等 具體問題。存儲器插槽可以插入多達數兆字節(jié)的 Flash EPROM 微存儲卡（簡稱 MMC），用于掉電后程序和數據的保存。因此 RAM 又叫讀 /寫存儲器。 ② 只讀存儲器（ ROM） ROM 的內容只能讀出，不能寫入。 ③ 快閃存儲器和 EEPROM 快閃存儲器（ Flash EPROM）的簡稱為 FEPROM，電可擦除可編程的只讀存儲器的簡稱為EEPROM 或 E2PROM,他們是非易失性的。接到 PLC 輸入接口的輸入器件是各種開關、按鈕、傳感器等，其輸出器件往往是電磁閥，接觸器，繼電器等。 各種 PLC 的輸入電路大都基本相同，通常有三種類型。這些外部輸入器件是通過 PLC 輸入端子與 PLC 相連的， PLC輸入電路有光電耦合隔離，并沒有 RC 濾波器，用以消除觸點的抖動和外部噪聲干擾。輸入指示燈亮，光電耦合器被激勵，三極管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，這是一個數據輸入的過程。其中繼電器輸出最常用。很顯然繼電器輸出是利用了繼電器的接點和線圈將 PLC 內部電路與外部負載電路進行隔離。 而且，AC 電源、 DC 輸入型的內裝 DC24V 電源可作為傳感器的輔助電源。標準型內裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲器。 S7內含計時功能，可以進行時間控制。通過設定參數可以確保編程存儲器內元件的注釋區(qū)域。具有豐富的輸入輸出擴展設備 :繼電器輸出、三段雙向可控硅開關元件輸出、晶體管輸出 。 由于 S7 系列具有如下優(yōu)點 :最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為提升機的自動化控制提供最大的靈活性和控制能力?？刂泣c數從 16至 256 點 (主單元 :16/32/48/65/80/128)。 S7 系列 PLC 內設實時時鐘，使用標準型號實時時鐘可滿足對時間靈敏的應用要求 。使用 DIN 導軌或便利的安轉孔直接安裝表盤，易于安裝 。 Per 或 FX/PCS 一 win 軟件能快速、容易的開發(fā)程序 。為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能，以滿足不同的需求 — 模擬 I/O，高數計數器等。例如輸入繼電器是由輸入電路和映象輸入接點的存儲器組成，定時器 T、計數器 C、位存遼寧工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 11 儲器 M等都是由存儲器組成。 4)定時器（ T0T999） 其相當于一個時間繼電器。 5)計數器（ C0C999） 用來累計其計數脈沖上升沿的次數，有加計數器、減計數器和加減計數器。 7)常數 8)數據塊寄存器 DB 和 DR 寄存器分別用來保存打開的共享數據塊和背景數據塊的編號。 OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊，相當于擁護程序中的主程序，它可以調用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。復位保存的硬件中斷等。此后將進入周期性的循環(huán)運行。 2)CPU將輸出過程映像區(qū)的數據寫到輸出模塊。 4)CPU處理用戶程序，執(zhí)行用戶程序中的指令。 6)CPU返回第一階段，重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。目前 PLC 常用的編程語言有四種，梯形圖編程語言，指令語句表語言，功能圖編程語言，高級編程功能語言。以下重點介紹梯形圖語言編程： 梯形圖（ LAD）是使用最多的 PLC 圖形編程語言。有時把梯形圖視為電路 圖 或程序。觸點代表邏輯輸入條件，例如外部的開關、 按鈕和內部條件等。指令框用來表示定時器、計數器或者數學運算等指令。 梯形圖中的觸點和線圈可以使用物理地址，例如 ， 等。