【正文】 差。如果對(duì)該豎井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，那么需要改變控制策略，采用當(dāng)代高新實(shí)用技術(shù)來(lái)控制，使之成為安全、可靠、高效率、自動(dòng)化程度高的電控系統(tǒng)。PLC 的輸入喻出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過(guò)載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且 有故障檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高 。 圖 11 為可編程控制器控制系統(tǒng)?？刂瞥绦蚴峭ㄟ^(guò)一個(gè)編程器寫(xiě)到可編程控制器的程序存儲(chǔ)器中 .每個(gè)程序語(yǔ)句確定了一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)依次讀取存儲(chǔ)器中的程序語(yǔ)句，對(duì)它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。 輸 入 設(shè) 備按 鈕 、 限 位 開(kāi) 關(guān) 、操 作 手 柄可 編 程 控 制 器輸 出 設(shè) 備繼 電 器 和 電 磁 閥被 控 制 的 機(jī) 械 設(shè) 備 或 生 產(chǎn) 過(guò) 程 圖 11 可 編程控制器控制系統(tǒng)框圖 可編程邏輯控制器因?yàn)槠渚哂懈呖煽啃砸约败浖删幊痰膬?yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 代控制中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。改造時(shí)保持原有的操作方式、按鈕、開(kāi)關(guān)、主令控制器作用不變，則用戶(hù)使用起來(lái)將非常方便，不需要適應(yīng)期。 調(diào)速基本原理 礦井提升機(jī)，從電力拖動(dòng)而言，可分為交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類(lèi)。 直流拖動(dòng)系統(tǒng)一般采用他勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段運(yùn)行穩(wěn)定，在加速，減速和低速運(yùn)行時(shí)的電耗小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn) .根據(jù)供電方式的不同，直流拖動(dòng)系統(tǒng)又可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱(chēng) GM 系統(tǒng) )，一類(lèi)是晶閘管供電的系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱(chēng)VM 系統(tǒng) )。 與 GM 系統(tǒng)相比， VM 系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) :功率放大倍數(shù)高， GM 系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在 101 左右， VM 系統(tǒng)可高達(dá) 104，比 GM 系統(tǒng)高三個(gè)數(shù)量級(jí) 。功耗小、效率高， GM 系統(tǒng)平均效率為 75%左右， VM 系統(tǒng)可達(dá) 85%左右，比 GM 系統(tǒng)效率提高 10%以上 。 直流拖動(dòng)系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點(diǎn)，是交流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法相比的。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明， VM 系統(tǒng)尚存在以下缺點(diǎn) : (1) 晶閘管元件的過(guò)載能力 (過(guò)電壓、過(guò)電流 )較低，因此在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中作為供電元件時(shí)，為了適應(yīng)瞬時(shí)過(guò)載 (例如提升機(jī)的加速階段 )的需要，通常將元件的容量和耐壓等級(jí)都相應(yīng)增大，或者增加使用的晶閘管元件數(shù)量，使元件作串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，即使用的元件在正常負(fù)載時(shí)處 于低負(fù)載 (降級(jí)使用 )，以確保在過(guò)載的加速階段，晶閘管元件的負(fù)載仍然在額定負(fù)載的范圍內(nèi)，不致由于出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷時(shí)使晶閘管元件燒毀。 (2) 有沖擊性的無(wú)功功率。 目前 ,在我國(guó)使用的多繩摩擦輪提升機(jī)， GM 直流拖動(dòng)占一定比例，而進(jìn)口的直流拖動(dòng)提升系統(tǒng)，則全部采用 VM 系統(tǒng)。但用于單水平提升時(shí)，其提升效果實(shí)際上與用發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)。綜上原因，交流拖動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于 PLC 控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速 控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤(rùn)滑站、操作臺(tái)、安全保護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成。在井筒及深指器各階段安裝行程開(kāi)關(guān)，用以確定罐籠位置，并相互校驗(yàn)，達(dá)到停車(chē)位的精確控制。滿(mǎn)足提升階段 (如加速、減速、等速、爬行等 )穩(wěn)定運(yùn)行的要求。變頻調(diào)速裝置本身具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷、缺相、超溫等保護(hù)，同時(shí)配合來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)絞車(chē)過(guò)卷、過(guò)速、減速、限速等重要保護(hù)的雙線(xiàn)制保護(hù)功能，滿(mǎn)足煤礦安全規(guī)程要求。 （ 3）液壓站 為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車(chē)時(shí)先通過(guò)液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)，再松開(kāi)機(jī)械抱閘，防止溜車(chē)，以保證系統(tǒng) 安全可靠地工作。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車(chē)以及緊急制動(dòng)等各種控制功能。 （ 6）安全保護(hù) 本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開(kāi)時(shí)， 另兩條也同時(shí)斷開(kāi)。軟安全回路分別在兩套 PLC 軟件中搭建，與硬安全回路相同并且同時(shí)動(dòng)作。安全保護(hù)功能齊全，設(shè)有過(guò)卷、等速超速、定點(diǎn)超速、 PLC 編碼器斷線(xiàn)、錯(cuò)向、傳動(dòng)系統(tǒng)故障及自動(dòng)限速等保護(hù)功能。再松開(kāi)液壓制動(dòng)閘并將主 令控制器推到正向（或反向），提升機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器， PLC通過(guò)該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以時(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。具有其他工業(yè)設(shè)備難以具備的特點(diǎn)： PLC 具有以下特點(diǎn) : (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。單從這一角度而言， PLC 在可靠性上優(yōu)于繼電 接觸器系統(tǒng)是明顯的。例如，對(duì)主要器件和部件用導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽、對(duì)供電系統(tǒng)和輸入電路采用多種形式的濾波、 I/O 回路與微處理器電路之間用光電耦合隔離器、系統(tǒng)軟件具有故障檢測(cè)功能、信息保護(hù)和恢復(fù)、循環(huán)掃描時(shí)間的超時(shí)警戒等。當(dāng)生產(chǎn)工藝和流程進(jìn)行局部的調(diào)整和改動(dòng)時(shí)，通常只需要對(duì) PLC 的程序進(jìn)行改動(dòng)，或者配合以外圍電路的局部調(diào)整即可 實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的改造。第一編程語(yǔ)言 (梯形圖 )是一種圖形編程語(yǔ)言，與多年來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場(chǎng)人員學(xué)習(xí)。由于 PLC 的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和連網(wǎng)性能，在大多數(shù)情況下， PLC 系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。 (5) 維修方便。而由于 PLC 的體積小，并且有些采用模塊化結(jié)構(gòu)，因而可以通過(guò)更換整機(jī)或模塊迅速排除故障。由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，可以大量節(jié)省繼電器、定時(shí)器的數(shù)量。 (7) 功能強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高。同時(shí)， PLC 的連網(wǎng)通信功能有利于實(shí)現(xiàn)分散控制、遠(yuǎn)程控制、集中管理等功能，與同等規(guī)模或成本的繼電 接觸器控制系統(tǒng)相比，無(wú)論其功能和性能，都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在滿(mǎn)足基本要求的前提下， 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。本型號(hào) PLC基本單元的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)均為 40 點(diǎn)，再選用 1 塊模擬量輸入模塊和 1模擬量輸出模塊，即可滿(mǎn)足要求。而且， AC 電源、 DC 輸入型的內(nèi)裝 DC24V 電源可作為傳感器的輔助電源。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝 8K 步有備用電池的 RAM 存儲(chǔ)器。關(guān)于存儲(chǔ)器的類(lèi)型，可以選用 RAM、 EEPROM 和 EPROM。 PC 使用 A7PHP/A7HGP、 A6GPP/A6PHP 相對(duì)應(yīng)的編程軟件，可以在 RUN 時(shí)改變程序。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 此外還有具有利用可輸 入漢字的外圍設(shè)備給程序加漢字注釋的顯示功能。具有豐富的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備：繼電器輸出、三段雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件輸出、晶體管輸出；豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備：模擬輸入輸出設(shè)備、溫度傳感器輸入、熱電偶輸入設(shè)備、 1 軸定位設(shè)備、雙軸（內(nèi)插）定位設(shè)備、脈沖輸出設(shè)備、高速計(jì)數(shù)器、并聯(lián)連接、 NELSCLNET/MINIS3 連接設(shè)備、 RS485 通信設(shè)備、 RS232 通信設(shè)備、 ID 機(jī)器連接設(shè)備、模擬量模塊等。 FX2N 系列具有如下優(yōu)點(diǎn) ： ①最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿(mǎn)足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為提升機(jī)的自動(dòng)化控制提供最大的靈活性和控制能力?？刂泣c(diǎn)數(shù)從 16 至256 點(diǎn)。 ⑤豐富的元件資源 3072 點(diǎn)輔助繼電器、 256 點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 235 點(diǎn)計(jì)數(shù)器和 8000 點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器。并且將操作臺(tái)中的主電源上電開(kāi)關(guān)串入變頻柜送電斷路器的失壓脫扣線(xiàn)圈中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)。操作臺(tái)采用 UPS 電源供電。 主令手柄采用手柄輸出177。如在起始 o5 。既可激活第二速段，電機(jī)既可運(yùn)行在第二速段。模擬量輸入到 PLC 的模擬量數(shù)入模塊，同時(shí)輸出到端子。 ③安全回路 安全回路用于防止和避免提升機(jī)發(fā)生意外故障。本系統(tǒng)安全回路采用兩個(gè)接觸器并聯(lián)使用，以提高系統(tǒng)的安全性能，在安全回路中串有很多保護(hù)觸頭，當(dāng)提升機(jī)發(fā)生故障時(shí)，故障對(duì)應(yīng)的保護(hù)觸頭動(dòng)作， ACI 和 AC2 斷電，系統(tǒng)會(huì)立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器、制動(dòng)油泵，斷開(kāi)安全閥，進(jìn)行緊急安全制動(dòng)。一旦主電失壓安全回路就會(huì)斷開(kāi)，實(shí)施安全制動(dòng)。過(guò)卷是指提升容器在停車(chē)位置沒(méi)有停止運(yùn)行，超過(guò)了停車(chē)位置的現(xiàn)象。礦井提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 礦井提升機(jī)及電機(jī)的選型 礦井提升機(jī) 礦井提升設(shè)備的主要組成部分是：提升容器、提升鋼絲繩、提升機(jī)（包括拖動(dòng)系統(tǒng)）、 井架（或井塔）、天輪、導(dǎo)向輪及裝卸載設(shè)備等。常見(jiàn)的提升系統(tǒng)有：豎井單繩纏繞式箕斗提升系統(tǒng)、豎井單繩纏繞式罐籠提升系統(tǒng)、豎井多繩摩擦式箕斗提升系統(tǒng)、豎井多繩摩擦式罐籠提升系統(tǒng)、斜井箕斗提升系統(tǒng)、斜井串車(chē)提升系統(tǒng)。 ①工作機(jī)構(gòu) 主要是指主軸裝置和主軸承等，主軸裝置由主軸、卷筒、滾動(dòng)軸承、支輪、制動(dòng)輪、調(diào)繩離合器等組成。制動(dòng)裝 置的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運(yùn)行。 ③機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括減速器和聯(lián)軸器。 ④潤(rùn)滑系統(tǒng) 潤(rùn)滑系統(tǒng)是在提升運(yùn)行過(guò)程中，不間斷地向軸承及嚙合齒面壓送潤(rùn)滑油，以保證軸承和齒輪的正常工作。 ⑤觀測(cè)和操縱系統(tǒng) 觀測(cè)和操縱系統(tǒng)包括斜面操縱臺(tái)，深度指示器以及測(cè) 速發(fā)電機(jī)。 ⑥拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)包括拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、變頻器、 PLC 電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。 箕斗的選定 ①提升高度 mHHHH xz 4 8 416184 5 0s ??????? ②經(jīng)濟(jì)提升速度 smHv m / 8 ??? ③一提升循環(huán)估算 時(shí)間 svHavT mmx ??????? 初估加速度 2/ sma? ④每小時(shí)提升次數(shù) ??? xs Tn ⑤每小時(shí)提升量 httbCCAA rn fns /19714300 4 ?? ????? 取提升不平衡系數(shù) ?C ,提升能力富裕系數(shù) ?fC 。 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，考慮到實(shí)際的提升速度低于 sm/8 ，取過(guò)卷高度 mHg 8? ，天輪直徑 mDt ? ，確定井架高度。 ②預(yù)選電機(jī)功率 由 tn 可估定電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù) 492 / minenr? ，則實(shí)際最大提升速度 3 . 1 4 3 . 5 4 9 2 7 . 8 4 /6 0 6 0 1 1 . 5em Dnv m si? ??? ? ?? 則電動(dòng)機(jī)功率 1 . 1 5 6 0 0 0 0 7 . 8 4 1 . 2 7 6 41 0 0 0 1 0 0 0 0 . 8 5mejK Q vP k W?? ??? ? ? ?? 取礦井阻力系數(shù) ? ，減速器傳動(dòng)效率 ? ? ，動(dòng)力系數(shù) ?? 。 ③ 電動(dòng)機(jī)額定拖動(dòng)力 eF 1000 1 0 0 0 8 0 0 0 . 8 5 867357 . 8 4ejemPFNv ? ??? ? ? 參數(shù)計(jì)算 ① 提升系統(tǒng)變位質(zhì)量計(jì)算 1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位質(zhì)量 kgdigGDm d 16310) ()( 222 ???? 2)提升機(jī)（包括減速器）變位質(zhì)量 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 kggGm jj 30 7000 ??? 3)天輪變位質(zhì)量 kggGm tt ???? 4)鋼絲繩變位質(zhì)量 kgDLHgpmxcs7535)()730(2???????????? ? 5)容器變位質(zhì)量 kggQm zr ???? 6)荷載變位質(zhì)量 kggQm g ??? 則 kgmmmmmm grstjQm 72561???????? ②運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算 1)主加速度 1a 的確定 按電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力 21/72561)()(smpHKQFame????????????? 取鋼絲 繩重 /p N m? 按減速器允許最大輸出動(dòng)扭矩 21 /)()(2 smmpHKQDMadmnm?? ??????? ??? ?洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 根據(jù)以上結(jié)果，為減輕動(dòng)荷載，提高機(jī)械部分和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性，1a 的取值應(yīng)該留有余量，固本設(shè)計(jì)取 21 / sma ? 。當(dāng) 3a 偏大（?。r(shí)， 再考慮電動(dòng)（機(jī)械制動(dòng)）方式減速。 23 0 . 3 1 . 1 5 6 0 0 0 0 5 7 . 1 7 4 8 4 0 . 3 6 0 0 0 0 0 . 8 1 7 /72561mK Q p H Qa m s? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 由此確定 23 /a m s? 。 4)初加速時(shí)間 0001 .5 3 .1 20 .4 8vtsa? ? ? 5)主加速時(shí)間 0117 . 8 4 1 .