【正文】 是提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。礦井提升機(jī)是沿井筒提升煤炭、升降人員和設(shè)備、下放材料的大型機(jī)械設(shè)備。在礦井生產(chǎn)過 程中，如果提升設(shè)備出了故障，必然造成停產(chǎn)事故。此外，礦井提升機(jī)作為一個(gè)大型的機(jī)械 電氣設(shè)備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設(shè)計(jì)和老礦井的改建中，確定合理的提升系統(tǒng)時(shí)，必須經(jīng)過多方面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合礦井的具體條件，保證提升設(shè)備在選型和運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)方面都是合理的，即要求礦井提升設(shè)備具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)礦井提升設(shè)備的要求 中國幅員遼闊，礦產(chǎn)豐富，煤炭產(chǎn)量已躍居世界前列，其中近 95%是以井下開采方式開采，需要通過提升設(shè)備提到地面以實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值。 根據(jù)礦井提升設(shè)備的功能特點(diǎn)，對(duì)礦井提升設(shè)備的要求是： 安全性。隨著工業(yè)進(jìn)步以及對(duì)人的價(jià)值的更加重視，礦井提升設(shè)備的高度可靠性已成為提升設(shè)備設(shè)計(jì)思想的重要內(nèi)容。 對(duì)礦井提升設(shè)備的高安全性要求還體現(xiàn)在提升設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除應(yīng)符合一般設(shè)計(jì)規(guī)程及規(guī)范外 ,還要滿足《煤礦安全規(guī)程》的具體要求。 可靠性。提升運(yùn)輸是礦井生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，提升設(shè)備的任何故障性失效，都會(huì)引起全礦生產(chǎn)的下降以及安全問題，造成巨大損失。 經(jīng)濟(jì)性。 167。圖 231 是由這些設(shè)備構(gòu)成的主井箕斗提升系統(tǒng)示意圖。 167。它表達(dá)了提升容器在一個(gè)提升循環(huán)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，該速度圖包括六個(gè)階段，故稱為六階段速度圖。提升循環(huán)剛剛開始，并下箕斗由裝載，井口箕斗尚在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行，為了減少容器通過卸載曲軌時(shí)對(duì)井架的沖擊，限制容器加速度 0a 及在卸載曲軌內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速 度不得太大 ,一般限制速度 0v 在 以下?；芬央x開卸載曲軌，容器以較大的等加速度 1a 運(yùn)行，直至達(dá)到最大提升速度 mv 。 3）等速階段 2t 。 mv 應(yīng)接近經(jīng)濟(jì)速度。重載箕斗已接近井口，空箕斗接近裝載點(diǎn)，容器以減速度 3a 運(yùn)行。重載箕斗進(jìn)入卸載曲軌，為減少?zèng)_擊和便于準(zhǔn)確停車，容器以 4v =～ sm 的低速爬行。 6）停車休止時(shí)間 ? 。 采用等加速的速度圖形，在速度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生力的沖擊并造成 電網(wǎng)尖峰負(fù)荷，這種速度圖形不適于采用晶閘管供電直流拖動(dòng)的大型摩擦提升機(jī)。對(duì)容量較小的電網(wǎng)這是難以承受的，其次是摩擦提升防滑要求減少力的沖擊和突變，以避免鋼絲繩振動(dòng)所引起的滑繩。若在加速階段加速度 以直線衰減時(shí)，該段速度圖形就成為拋物線速度圖。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第二章 變頻器及 其工作 167。 礦井提升機(jī)是沿井筒提升煤炭、升降人員和設(shè)備、下放材料的大型機(jī)械設(shè)備。在礦井生產(chǎn)過程中，如果提升設(shè)備出了故障，必然造成停產(chǎn)事故。此外，礦井提升 機(jī)作為一個(gè)大型的機(jī)械 電氣設(shè)備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設(shè)計(jì)和老礦井的改建中，確定合理的提升系統(tǒng)時(shí)，必須經(jīng)過多方面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合礦井的具體條件，保證提升設(shè)備在選型和運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)方面都是合理的，即要求礦井提升設(shè)備具有良好的經(jīng)濟(jì)性。但是在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)調(diào)速的方式具有以下弊端： ①控制精度差。 ②工作可靠性 不高。眾所周知，機(jī)械部分的壽命比電子式的壽命要短許多，有時(shí)因電流過大，致使接觸器的觸點(diǎn)粘在一起，無法實(shí)現(xiàn)切換，從而造成超速等事故發(fā)生，嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作的可靠性。由于采用接觸器對(duì)電阻進(jìn)行分段切換，因此必須經(jīng)常對(duì)接觸器進(jìn)行維護(hù)，大大增加了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是一種轉(zhuǎn)差功率消耗型的調(diào)速方式，在整個(gè)調(diào)速過程中，大量的電能被消耗在電阻上，非常不經(jīng)濟(jì) 。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，當(dāng)在低速段運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定性差。 在礦井提升機(jī)上采用高壓變頻器取代轉(zhuǎn)子串電阻的方法，不但能消除上述弊端，而且還具有以下優(yōu)勢(shì)： ①控制精度高。 ②工作可靠性高。 ③基本無維護(hù)工作量，減低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。 ⑤節(jié)能。由于提升絞車屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速降低多大比例節(jié)能就為多大比例。如果高壓變頻器采用的是能量回饋型變頻器，變頻器將會(huì)把這種電能回饋給電網(wǎng)。其應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍也越來越為廣范，這使得高效、合理地利用能源（尤其是 電能）成為了可能。大力發(fā)展高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)，將是時(shí)代賦予我們的一項(xiàng)神圣使命，而這一使命也將具有深遠(yuǎn)的意義。按著中間環(huán)節(jié)有無直流部分，可分為交交變頻器和交直交變頻器；按著直流部分的性質(zhì)，可分為電流型和電壓型變頻器；按著電壓等級(jí)和用途，可分為通用變頻器和高壓變頻器；按著嵌位方式，可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。 交直交 變頻器的工作原理 交直交變頻器先將工 頻交流電通過整流器變成直流電，在經(jīng)過逆變器 將直流電變換成可控的交流電，如圖 221 描繪了其主要構(gòu)成環(huán)節(jié)。再用逆變器調(diào)頻的交 直 交變壓變頻裝置， 3）用不可控整流器整流、脈寬調(diào)制（ PWM）逆變器同時(shí)調(diào)頻的交 直 交變壓變頻裝置 ，其結(jié)構(gòu)如 圖 222 。 所謂正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）波形，也就是與正弦波等效的一系列等副不等寬的矩形波脈沖波形。如果把每一個(gè)正弦 半波分作 n等分 ，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)想重合。 圖 224 是變壓變頻主電路原理圖， 圖 224 SPWM 變壓變頻器主電路原理圖 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖中 VT1VT6 是逆變器的 六個(gè) 全控是功率開關(guān)器件，它們個(gè)有一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)接。其中點(diǎn) 0 與整流器輸出端濾波電容器的中點(diǎn) 0 連接，因而當(dāng)逆變器任一相導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)繞組上獲得的相電壓為 Us/2。令第 i 個(gè)矩形脈沖的寬度為 i? ,其中 心點(diǎn)相位角為 i? ，則根據(jù)面積等效的原則， 可寫成 iiS 2ni m 12nU = U s in td t2 ?? ??? ? ???? 1（ ） i= U m [ c o s ( ) c o s ( + ) ]2 n 2 ni ???? m=2U sin sin2 in? ? 當(dāng) n 的數(shù)值較大是， sinπ /(2n)≈π /(2n)于是 2 sinmiiSUnU???? 者就是說，第 i 個(gè)脈沖的寬度與該處正弦波值近似成正比。 通過上述原理，波形寬度可以計(jì)算求的。當(dāng)調(diào)制波與載 波相交時(shí)，如圖 225 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 225 單極性 PWM 控制方式圖 由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻。在 Ura 的負(fù)半周中，可用類似的方法控制下橋臂的 VT4，輸出負(fù)的脈沖電壓序列。 上述的為單極性 SPWM 控制方式，如果讓一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)器件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正”和“負(fù)”之間變化，就得到雙極式的 SPWM波形。當(dāng) UraUt時(shí) VT1 導(dǎo)通， VT4 關(guān)斷，使負(fù)載上得到的相電壓為 +Us/2；當(dāng) UraUt 時(shí) VT1關(guān)斷而 VT4 導(dǎo)通，則負(fù)載上得到的相電壓幅值 Us/2。同理，當(dāng)由 VT3 和 VT6 交替導(dǎo)通 ，VT5 和 VT2 交替 導(dǎo)通便可得到三相 雙極式正弦波脈寬調(diào)制波形。 JDBP 系列整流 u ra u t Ura,Ut O ? t O ? t u da u of u o U da U d SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司采用全新理念自主開發(fā)的一系列高性能，簡(jiǎn)易型、低噪音新型變頻器。為設(shè)備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案，對(duì)降低系統(tǒng)采購和運(yùn)營成本，提高系統(tǒng)可靠性 具有極大的幫助。在加速減速過程中可以平滑增加或減少，無沖擊現(xiàn)象。 三種制動(dòng)方式： 1） 直流制動(dòng)：當(dāng)提上機(jī)處在停機(jī)無抱閘狀態(tài)時(shí)，變頻器會(huì)輸出直流信號(hào)用于制動(dòng)。 它采用了近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。以 6 單元串聯(lián)為例。每臺(tái)功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有 6 副三相小繞組，之間均勻相位移 10 度。 ② 模 塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。 ④ 極低的 dv/dt 輸出，無需任何形式的濾波器。 ⑥ 功率單元自動(dòng)旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機(jī)功能。解 決 變頻器 輸出電壓波形，從兩方面著手 :一是優(yōu)化 PWM 波形 。 (2)抗共模電壓技術(shù)。原因在于共模電壓的存在。共模電壓 (也叫零序電壓 )，是指電動(dòng)機(jī)定子繞 組的中心點(diǎn)和地之間的電壓。無論是電流源還是電壓源 變頻器 產(chǎn)生共模電壓是必然的。 由于采用了上述三項(xiàng)核心關(guān)鍵 技術(shù)，使 IGBT 直接高壓 變頻器 的效率達(dá)到 98%以上。適用于任何異步電機(jī)、同步電機(jī)，無需降容使用，幾千米的長(zhǎng)線傳輸也無問題。如提高電壓或增大導(dǎo)線截面等。 （ 2）系統(tǒng)自帶專門設(shè)計(jì)的高壓開關(guān)柜，與本身高壓 變頻器 高效安全配套，并含 有 變 /工頻切換裝置和電子式真空斷路器。 （ 4）高壓主電路與低壓 控制 電路采用光纖傳輸，安全隔離，使得系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。 （ 6）系統(tǒng)的整流單元、逆變單元設(shè)計(jì)，選用組合模塊化積木結(jié)構(gòu)， 整機(jī)占地面積小、重量輕，便于安裝、維護(hù)。 （ 8）系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)通訊接口 RS232 或 RS42 RS485，可方SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 便的與用戶 DCS 系統(tǒng)或工控系統(tǒng)組態(tài)建立整個(gè)系統(tǒng)的工作站，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的 自動(dòng)化 控制 程度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工控系統(tǒng)的全閉環(huán) 監(jiān)控 ，從而獲得更加完善的、 可靠 自動(dòng)化 運(yùn)行。 （ 11）輸入功率因 數(shù)高，輸出電壓諧波含量小，無需功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波抑制器。 （ 12）采用獨(dú)特的抗共模電壓技術(shù)，使系統(tǒng)中共模電壓≤ 1000V，無需再提高電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)，無需專用電機(jī)。 變頻調(diào)速主電路設(shè)計(jì) 變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源， 在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，本系統(tǒng)中通過 PLC 輸出電壓信號(hào) (0～ 12 V)來控制變頻器的 頻率。 變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)“ 30B30C”串聯(lián)在 KM1 的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時(shí)，報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使KM1 線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。同時(shí)（常開）觸點(diǎn) “ 30B30A”閉合，將報(bào)警指示燈 HL 和電笛 HA 接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 231 變頻調(diào)速主控電路 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第 3 章 基于 PLC 控制的大功率礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 167。各部分功能如下： 311 立井提升機(jī)高壓變頻控制示意圖 動(dòng)力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器和底座，完成人、物、料的運(yùn)輸任務(wù)。 液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過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)，再松開機(jī)械抱閘，防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 操作臺(tái)：操作臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定 及制動(dòng)力給定。 控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)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)。司機(jī)將制動(dòng)手柄向前推離緊閘位置 ， PLC 控制 器 將高壓動(dòng)力電源接入變頻器。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定S 形速度曲線由 PLC 編程產(chǎn)生，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量 ， 并 由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動(dòng)變頻器工作。 利用旋轉(zhuǎn)編碼器將提升機(jī)的運(yùn)行位置轉(zhuǎn)化為脈沖，plc 對(duì)此脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，通過相應(yīng)的計(jì)算自動(dòng)生成提升機(jī)位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，傳送到 PLC 內(nèi)部 S 計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)單元。 167。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等優(yōu)SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力更是得到用戶的好評(píng)。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、能源、化工、交通、電力等行業(yè)，并已躍居現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CMA）的首位。 ，抗干擾能力強(qiáng) 這是 PLC 用戶關(guān)心的首要問題。 （ 2）采用內(nèi)部電磁屏蔽，防止輻射干擾。 （ 4）具有良好的自診斷功能。 （ 5）程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進(jìn)行備份，一旦電源斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。對(duì)于某些大型的 PLC，采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)。 隨著構(gòu)成 PLC 的元器件自身性能的 提高， PLC 整體的可靠性也在相應(yīng)提高。某些 PLC 的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)的可編程序控制器不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì)可編程序控制器這一指標(biāo)已毫無意義了。 SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ，使用方便 現(xiàn)在的 PLC 產(chǎn)品都已系列化了， PLC 配備有各種各樣，種類齊全的 I/O模塊和配套部件用戶選用，可以很方便地搭建成可滿足不同控制要求的控制系統(tǒng) ,用戶不再 需要自己設(shè)計(jì)和制作相應(yīng)的硬件裝置。 3．程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂 PLC 是一種工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，其主要的使用對(duì)象是廣大電氣技術(shù)