【正文】 一 個(gè)提升循環(huán)。并等速運(yùn)行 至 井 口 ， 在空 車串運(yùn)行到井底 時(shí) ， 提 升 機(jī) 以 a3減 速 ， 使之由 Vm戚至 Vo， 進(jìn) 入 井底車場 時(shí) ， 減速 停 車 。 V(m/s) Vm 5. 0 .5 |:J 84 420 21tk且42 25 Lk 圖 21 提升速度圖及循環(huán)時(shí)間計(jì)算表 開始 時(shí) ， 在井口平車場空車線上的空車 串 ， 由井口推車 器 以 al 加速至 Vo=， 向 下 推進(jìn)。本 系統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 中采用井底 初 加 速 、 等 速 ， 井 筒 主 加 速、等速 和 井 口減速運(yùn)行等 階段。 (6) 盡量降低投資成 本 ， 減少運(yùn)行費(fèi) 用 ， 提高節(jié)電效果和經(jīng)濟(jì)效益。 (4) 工作方式轉(zhuǎn)換容 易 ， 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 (2) 要求具有很好的調(diào)速性 能 ， 能夠精確地完成井下提升的整個(gè)運(yùn)行 過 程。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 2. 1. 1 系統(tǒng)控制要求 (1) 礦井提升機(jī)是整個(gè)煤礦安全生產(chǎn)的關(guān) 鍵 ， 其安全可靠性直接關(guān)系 到全礦的生產(chǎn)和礦工的生命安全。 該系統(tǒng)研制成功后，可解決舊系統(tǒng)體積大、維護(hù)困難 、 效率低 等 一 系 列問題。 本系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案是采用光電編碼器采樣提升機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速信號(hào) ， 電 流 互 感器在電動(dòng)機(jī)定子側(cè)采樣電流信號(hào) ， 經(jīng)過可編程控制器的 A/D， D/A 模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋控制。它可以實(shí)現(xiàn)平滑的無級(jí)調(diào) 速 ， 摩擦 副在分離狀態(tài)下使工作機(jī)起動(dòng) ， 起動(dòng)電流也大大降 低 ， 因而避免了電阻投 切造成的能源浪 費(fèi) ， 同時(shí)大慣量工作機(jī)緩慢加 速 ， 可以防止過 載 ， 并且調(diào) 速反應(yīng)靈 敏 ， 轉(zhuǎn)速控制精度 高 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。它采 用 一 種可編程的 存儲(chǔ) 器 ， 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 等操作的指 令 ，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出 來 控制各種類型 的 機(jī)械設(shè) 備或生產(chǎn)過程，使高可靠性的數(shù)字控制系統(tǒng)在較低成本價(jià)格上得以實(shí)現(xiàn)， 越來越受 到 廣 大用戶 的 青 睞，成為當(dāng) 今 自 動(dòng) 化 電氣控制的主流 。特別是目前中小型礦井提升 機(jī) 廣 泛采用的繞 線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，屬于 轉(zhuǎn) 差 功率消耗型調(diào)速系 統(tǒng) ， 雖 在負(fù)力提升情況 下 ， 可通 過 一 定 裝 置 來實(shí)現(xiàn)能量的回 饋 ， 但效率依然很低。 變級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速即屬于這類調(diào)速系統(tǒng)。但這類調(diào)速方式用于礦井提升 機(jī)的較 少 。繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào) 速就屬這類。這類調(diào)速系統(tǒng)是以增加 轉(zhuǎn) 差 功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速降 低的，轉(zhuǎn)速越低，效率越低。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率 的 大小及 消耗情 況 ， 交流調(diào)速系統(tǒng)可分為如 下 三 類 : (1)轉(zhuǎn) 差功率消耗型調(diào)速系 統(tǒng) : 全部轉(zhuǎn)差功率都被轉(zhuǎn)換成熱能而消耗 掉。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 主要存在的問題 雖然交流提升機(jī)在調(diào)速性能上獲得了根本性的突 破 ， 成為大容量提 升 機(jī)的首選方案，但是由交流電動(dòng)機(jī)的基本原理可 知 ， 由 定 子 傳入轉(zhuǎn)子的電 磁功率 Pm可分為兩部 分 : 一 部 分是驅(qū)動(dòng)負(fù)載的有效功率 P=(1sP)m。采用數(shù)控技術(shù) 后 ，提升 機(jī) 電控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡 單 、 控制精 度高、系統(tǒng)功能開發(fā)簡 單 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 目 前國內(nèi)煤礦企 業(yè)，井下提升機(jī)大多采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 子 串 電 阻的調(diào) 速 方案。 直流電 動(dòng) 機(jī) 具有良好的 啟 、 制 動(dòng) 性能，可在大 范 圍內(nèi)平滑調(diào) 速 ， 調(diào)速 性能指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于交流電動(dòng) 機(jī) ， 因 此 在 20 世紀(jì) 70 年代 后 ， 隨著大功率可控 硅的使 用 、 電 子 控制技術(shù)和裝置的發(fā) 展 ， 直流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)逐漸在大中型煤 礦中占據(jù) 了 主 導(dǎo) 地 位 。 由于交流電 動(dòng) 機(jī) 有結(jié)構(gòu)簡 單 、 緊 湊 、 堅(jiān) 固 、 容 量 大、價(jià)格 低 廉 、 應(yīng)用 場合廣泛 和 直 接使用交 流 三 相電源等優(yōu)點(diǎn)，因而交流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)得到了廣 泛的應(yīng) 用 。 現(xiàn)代 礦 井 提升機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)代電力傳動(dòng)及其控制技術(shù)的發(fā) 展密切相關(guān)。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 1 前言 1. 1 提升機(jī)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀 礦井提升機(jī)是煤礦 安 全生 產(chǎn) 的關(guān)鍵設(shè)備 之 一 ， 其 作 用是提升煤 炭 、 研 石 ， 升 降 人 員 和 下放物 料 等 ， 在 整 個(gè)煤 礦 生 產(chǎn) 中 占有 十 分 重要的地 位 。 礦 井提升機(jī)安全、 可 靠 、 高 效 、 準(zhǔn)確地運(yùn)行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中， 電控系統(tǒng)性能的優(yōu) 劣 直 接影 響 全 礦的 安 全生 產(chǎn) 及礦工 .生命的 安 全。根據(jù)受控電動(dòng)機(jī)類型的不 同 ， 礦井提升機(jī)可分為 直 流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)和交流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)兩大類。在 20 世紀(jì) 70 年代 前 ， 礦井提升機(jī)大多采用交流驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng) ， 但 是由于其調(diào)速件能 較 差 ， 很難適用于調(diào)速性能要求較高 的 場 合。 隨著電力電子器件、微電子控制技術(shù)和交流調(diào)速控制理論的發(fā)展，交 流驅(qū)動(dòng)逐漸獲得 了 與 直流驅(qū)動(dòng)相同的控制特 性 ， 并 在 高 性 能交流驅(qū)動(dòng)應(yīng)用 中獲得了根本性的突破，成為大 容 量 提 升機(jī) 的 首 選方案 。 提升機(jī)電控系統(tǒng)經(jīng)歷了由繼電 器 控 制 、 分離元件控 制 、 模 擬 電路控制 到微 電 子 (計(jì) 算 機(jī) )控制的 發(fā) 展歷 程 ， 目前數(shù)字控制系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于提升 機(jī) 控制系統(tǒng)中。特 別 是其 具 有智能化的信 息 采集、故障 診斷和 |在線檢測等功能，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了查找和排除 故 障的時(shí) 間 ， 降低了維護(hù)成本。 另 一 部 分是 轉(zhuǎn) 差 功率 P=sPm， 與轉(zhuǎn)差率 s 成正比。這類調(diào)速方式有定子調(diào)壓調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等。 (2)轉(zhuǎn) 差功率回 饋型調(diào)速系 統(tǒng) : 少部分轉(zhuǎn)差功率被消耗掉，大部分通 過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。轉(zhuǎn)速越低，回饋功率就越多。 (3)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系 統(tǒng) : 這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低，所消耗 的轉(zhuǎn)差功率都基本不 變 。 無論采用 明 1)種調(diào)速 方 案 ， 轉(zhuǎn)差功率調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子消耗是不可避免 的，于是造成了能源的浪費(fèi)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 可編程控制系統(tǒng) CProgrammable Logic Controller)是一種專門為 在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。 液粘調(diào)速離合器是根據(jù)流體力學(xué)中 關(guān) 于 液體粘性定義及牛頓內(nèi)摩擦 2 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 定律理論而研制成功的新型傳動(dòng)裝置。 在目前國內(nèi)煤礦企業(yè)生產(chǎn)條件急需改善、設(shè)備急需更新的情況 下 ， 將 可編程控制器用作提升機(jī)控制系 統(tǒng) ， 調(diào)速裝置采用液粘調(diào)速離合 器 ， 將 使 提升機(jī)在運(yùn)行特性、調(diào)速范 圍 、 節(jié)電效果等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均明顯提高。利用可編程控制器的 內(nèi) 置 PID模 塊構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流 PI 調(diào)節(jié)器，然后通過模擬量輸出模塊來控制液粘調(diào)速 離合器電液比例溢流 閥 ， 從而達(dá)到控制提升機(jī)調(diào)速的目的。同時(shí)采用籠型電機(jī)拖動(dòng)，將使系統(tǒng)靜特性明 顯變 硬 ， 調(diào)速范圍也 將顯著加寬，并且節(jié)電效果可達(dá) 30%左右，可成為井下提升機(jī)更新?lián)Q代的 理想設(shè) 備 。由于煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境惡 劣 ， 運(yùn)行情況 復(fù)雜，各種操作頻 繁 ， 因 此 對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)來說，除了能夠滿足各種復(fù) 雜的控制要求 外 ， 更重要的是其可靠性和安全保障。 (3) 可以重載起 動(dòng) ， 有 一 定 的過載能力。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 4 (5) 技術(shù)先 進(jìn) ， 維護(hù)簡 單 、 方 便 ， 在 保 證安全 可 靠 運(yùn)行前提 下 ， 控制 線路簡潔明 了 ， 便于維修和排除故障。 2. 1 . 2 系統(tǒng)控制速度圖 礦井提升機(jī) 的 工 作過 程 一 般經(jīng)歷加 速 、 等 速 、 減速 三 個(gè)運(yùn)行階段。系統(tǒng)速度控制 如 圖 21 所 示。同 時(shí) ， 井底的 重 車 串 上 提 ， 當(dāng) 全部 重 車 串 進(jìn) 入 井筒 后 ， 提升機(jī)以 a2加速到最大提升速度 V，n39。 這時(shí) ， 在井口 平 車 場內(nèi)的 重 車 串 借慣性繼續(xù)前 進(jìn) ， 當(dāng)行 至 摘掛 鉤位置 時(shí) ， 摘鉤并掛 空車 。 如圖 21 所 示 ， 提升機(jī)在各運(yùn)行階段的參數(shù)預(yù)置如 下 ， 關(guān) 于 時(shí)間及距 離的設(shè)置及計(jì)算在脈沖單元的計(jì)算中再詳加說明。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 5 Vo=。 筒 中主 加 、 減速度 a2=a3=。 PLC 控制系統(tǒng) 圖 22 系統(tǒng)硬件組成 采用 PLC 作主控制系統(tǒng)，分別接收來自司機(jī)操作 臺(tái) 、 檢測系統(tǒng)、放大 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、閘控回路、安全回路、井筒信號(hào)系統(tǒng)、報(bào)警顯示和外部各 個(gè)監(jiān)測元件的信息， 這 些信息 多 數(shù)首先要經(jīng)過主控程序的相應(yīng)處理，并將 相 應(yīng) 的 信 息和指令發(fā)送 到 上 述各個(gè)系統(tǒng) 中，來控制提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行 。 其控制過程主要是通過光電編碼器來樣提 升 機(jī)滾筒轉(zhuǎn) 速 信 號(hào) ， 電流互 感器在電動(dòng)機(jī)定子側(cè)采樣電 流 信號(hào) ， 經(jīng)過可編程控制器的 A/D， D/A 模塊 轉(zhuǎn) 換 ， 構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋控 制 。 通過模 擬 量 輸出模 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 塊控制電液比例溢 流 閥 ， 從而控制液粘調(diào)速離合器達(dá)到調(diào)速的目的。 在全自動(dòng)運(yùn)行方式 下 ， 不需要司機(jī)操作，只要井底裝載和井口卸載完 成 ， 發(fā)出完成信號(hào)，提升機(jī)就自動(dòng) 起 車 ，通過井底初加速和井 筒 主加 速 ， 進(jìn)入等速運(yùn) 行 ， 過減速點(diǎn)后，按給定速度圖減速、停 車 ， 并完成裝載和卸 載全過程 。 為操作及檢修的方 便 ， 首先 PLC 內(nèi)部自檢功能的故障輸出接點(diǎn)直接進(jìn) 入 安全回 路 ， 一旦 PLC 出現(xiàn)故障，安全回路 便 立 即 動(dòng)作 ， 實(shí)現(xiàn)安全制 動(dòng) 。 2. 3 可編程控制器 (PLC) 的特點(diǎn)及選型 2. 3. 1 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程控制器 CProgrammable Logic Controller) 是計(jì)算機(jī)技術(shù)與 自 動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā) 的 一 種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動(dòng)控制 裝 置 ， 是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。、 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操 作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或 生產(chǎn)過程。 由于可編程控制器可通過軟件來改變控制過 程 ， 并且編程簡 單 ，同時(shí) 采 用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) ， 易于擴(kuò)展和拆 裝 ， 因 而 具 有 體積小，功耗 低 ， 可 靠 性 高 ， 組裝維護(hù)方 便 ， 控制功能完善和抗干擾能力強(qiáng)等特 點(diǎn) ， 己廣泛應(yīng) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 7 用 于 工 業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng) 域 ， 成為當(dāng)今自 動(dòng) 化 電氣控制的主流。 整個(gè)控制系統(tǒng)除了用到 PLC 邏輯控 制 、 定 時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制等基本控 制功能 外 ， 關(guān)鍵是要用到 PLC 的高級(jí)控制單 元 ， 主要包括 A/D、 D/A 單 元 ， 脈沖輸出單元、位置控制單元和 P1D 模塊等。同時(shí)大中型 PLC 也配備了 P1D 控制模 塊 ， 當(dāng) 控制過程中 某 一 變量出現(xiàn) 偏 差 時(shí) ， PLC 就按照 P1D 算法去調(diào)節(jié)該控制過 程 ， 把變量保持在 某 一 整定值范圍內(nèi)。其性 能特點(diǎn)簡介如 下 : (1) FP3 機(jī) 具 有 快速的 CPU 處 理速度，最多可控制 2048 個(gè) 1/0 點(diǎn) ， 具 有 16K 步的大程序容量和 EPROM 寫 入 功 能 ， 并提 供 了 288 條方便指 令 ， 編 程 工 具功能強(qiáng)大 。編程器具有注釋功 能 等 ， 可在程序中 插 入 注釋，便于以后的檢查與調(diào)試。并且在 FP3 的高級(jí)單元內(nèi) 部 一 般自帶有 CPU 和存儲(chǔ) 器 ， 只要在 初始化 時(shí) ， 由 FP3 的 CPU 單元 將控制字 寫 入 其內(nèi)部存儲(chǔ)器 中 ， 則這 些存儲(chǔ) 器即可獨(dú)立運(yùn)行。 (3)FP3 機(jī) 1/0 分配采用自由編址方 式 ， 為用戶提供靈活便利的使用 條件，其編址方式可通過兩種方式來實(shí) 現(xiàn) ， 一 種是根據(jù)各單元在底板上插 放的位置確定該單元所用點(diǎn)的地址， 另 一 種是使用編 程 工 具設(shè)定各單元的 地址?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)更換或擴(kuò) 充 ， 使整個(gè)系統(tǒng)更快地 適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。出現(xiàn)故障 時(shí) J 只需更換部分芯片或功能模塊即 可 ， 使停 機(jī) 修 理的時(shí)間和費(fèi)用降至最低限度。 液粘調(diào)速離合器 本系統(tǒng)中提升機(jī)的調(diào)速裝置采用液體粘性調(diào)速離合器 (也稱液粘調(diào)速 離合器、液粘離合器 )。本 系統(tǒng)中使用 YL8 型液體粘性調(diào)速離合 器 ， 是遼寧華孚石油高科技股份有 限公司最新開發(fā)、研制成功的高效節(jié)能產(chǎn)品。 主機(jī)由主動(dòng)部 分 、 被動(dòng)部分和加壓分