【正文】 參考文獻 33第一章 概述第一章 概述礦井提升機常被人們稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的設備，是地下礦井與外界的唯一通道，肩負著運輸?shù)V石、物料、人員等的重要責任。傳統(tǒng)的礦井提升機控制系統(tǒng)主要采用繼電器－接觸器進行控制，這種系統(tǒng)存在著很多的缺點。采用新技術(shù)、新設備、新工藝來裝備煤炭生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以達到減人提效、確保安全生產(chǎn)的目的，是科技興煤的必由之路。多年來，礦井提升機及其拖運、安全保護系統(tǒng)等設備的技術(shù)水平和安全水平一直是困擾煤炭安全生產(chǎn)和效益提高的重要因素。大家可以看到，目前我國已經(jīng)可提供多種技術(shù)先進、性能可靠、安全性高的礦井提升設備，大多數(shù)已在煤礦基建、生產(chǎn)和技術(shù)改造等方面獲得了成功的應用。變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。電力拖動系統(tǒng)中，選用先進的變頻傳動裝置，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，在使用過程中實現(xiàn)了變頻調(diào)速，換向等功能，使運行更加平穩(wěn)可靠。通過對已改造的提升機設備進行調(diào)研以及相關(guān)文獻的閱讀可以看出PLC控制的變頻調(diào)速提升機有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。 礦井提升機的國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設備，隨著科學技術(shù)的進步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對提升機工作特性的認識進一步深化，提升設備及拖動控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應用于礦井提升設備中。 國外礦井提升機的現(xiàn)狀礦井提升機作為礦井運輸系統(tǒng)的主要運行形勢之一，最早起源于英國、美國、德國等一些采煤技術(shù)發(fā)達的國家，五十年代已經(jīng)大規(guī)模服務于煤炭行業(yè)。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。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。早在上世紀七十年代，國外就將可編程控制器(PLC)應用于提升機控制。計算機和PLC的應用，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。 國內(nèi)提升機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向我國礦井提升機絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器—接觸器系統(tǒng)，設備陳舊、技術(shù)落后，這種控制系統(tǒng)存在著操作復雜、故障率高、電能浪費大、調(diào)速性能差、運行效率低、控制精度低、安全保護和監(jiān)測環(huán)節(jié)不完善、維修成本高等不足。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導致調(diào)速的經(jīng)濟性變差。圖11為提升機的交流拖動原理圖。對于我國的礦井提升機實現(xiàn)精度行程控制和制動控制系統(tǒng)安全可靠是一個急待解決的問題。提升機的直流拖動如圖12所示。重車上行時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負載阻轉(zhuǎn)矩，起動時還要克服一定的靜摩擦力矩，電機處于電動工作狀態(tài)，且工作于第一象限，在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。經(jīng)分析本文將采用交流繞線式電動機拖動，長期以來，我國廣泛使用交流繞線式電動機拖動，與直流他勵電動機拖動比較，其主要優(yōu)點是：系統(tǒng)比較簡單、設備價格較低；在加速階段采用附加電阻調(diào)速，效果良好。交流拖動系統(tǒng)在我國中小型礦山或者中等深度以下礦井獲得了廣泛應用。不管電機正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都是從礦井中將煤拖到地面上來，電機工作在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，只有在滿載拖車快接近井口時，需要減速并制動。PLC變頻調(diào)速是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速方法，從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。改變同步轉(zhuǎn)速的有：變極對數(shù)調(diào)速，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速，無換向電動機調(diào)速等。此方案調(diào)速平滑，實施時采用閉環(huán)系統(tǒng)，機械特性較硬，調(diào)速范圍較寬。在接線程序控制系統(tǒng)中控制程序的修改必須通過改變接線來實現(xiàn)。圖13 繼電器—接觸器控制系統(tǒng)框圖而這種控制方式還存在著很多的問題：（1）使用大量繼電器、接觸器及其它分立電子元件使系統(tǒng)體積大、運行噪聲大。 （3）在啟動過程中由于罐籠的實際載重量不同，而使實際的加速過程并非按照預定的設計參數(shù)運行，常常出現(xiàn)停車不準確甚至提前停車現(xiàn)象，不能正常裝卸載。這些不足主要是因為采用繼電器控制方式造成的，在這種控制方式下繼續(xù)改善的余地不大。PLC控制變頻調(diào)速為了改善舊式提升機的不足，因此，需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使提升機運行的可靠性和安全性得到提高。在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能滿足提升機恒轉(zhuǎn)矩負載這一特征，所以在提升機調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)展方向。在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控信號到PLC，要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達到一定值的時候才可以松閘，這樣會避免豎井提升機啟動時發(fā)生溜車現(xiàn)象。圖1－4為可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)?？刂瞥绦蚴峭ㄟ^一個編程器寫到可編程控制器的程序存儲器中。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要通過改變控制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需通過編程器改變程序存儲器中某些語句的內(nèi)容。采用PLC技術(shù)，克服原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對提高控制技術(shù)水平具有廣闊的應用前景。從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進行了控制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性, 使速度變化更加平滑和實現(xiàn)精確調(diào)速。本文將提出的設計方案具有實用價值?；赑LC的礦井提升變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖如圖15所示。圖16為礦井提升機變頻調(diào)速控制的系統(tǒng)框圖。提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控制的重要環(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。系統(tǒng)框圖中用旋轉(zhuǎn)編碼器來測試電機的轉(zhuǎn)速。變頻器：是動力站的能量供給單元，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。34 第二章 主要元部件的選擇第二章 主要元部件的選擇（PLC）的選擇PLC技術(shù)是工業(yè)自動化的重要手段，它可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、算數(shù)運算、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處分支、中斷、自診斷能力。PLC的輸入輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施。PLC控制系統(tǒng)為模塊結(jié)構(gòu)，維護更換方便，并可顯示故障類型。根據(jù)PLC的技術(shù)特點又可增加一些新的功能。S7200系列PLC體積小，價格低廉，軟硬件功能強大，系統(tǒng)配置方便，它一推向市場就在各行各業(yè)得到了廣泛的應用。S7200可編程控制器（PLC）的基本結(jié)構(gòu)如圖21所示。為了使PLC的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后PLC要反復不停地分段處理各種不同的任務，這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器等。當PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務等內(nèi)容。可編程控制器（PLC）的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點：(1)靈活性、通用性強繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化，控制電路必須隨之作相應的變動，所有布線和控制柜極有可能重新設計，耗時且費力然而是利用存儲在機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。(2)可靠性高，抗干擾能力強繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時鐘、故障診斷、自動恢復等措施，并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進行保護,因此被稱為“專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。同時設計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應用的要求選擇其他編程語言。一個程序的不同部分可用任何一種語言來描述，支持復雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PLC的功能擴展也極為方便，硬件配置相當靈活,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應的修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。它不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制要求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試的時間和工作量。一臺小型的PLC只相當于幾個繼電器的體積,控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。第一代是80年代初模擬式通用變頻器；第二代是80年代中期數(shù)字式通用變頻器；第三代是90年代初智能型通用變頻器；第四代是90年代中期的多功能型通用變頻器；最近研制上市第五代集中通用變頻器；通用變頻器的發(fā)展情況可以從幾個方面來說明：1．通用變頻器的應用范圍不斷擴大。3．通用變頻器的控制技術(shù)性能達到了直流電機調(diào)速水平。國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無法實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖22所示。 MM440通用變頻器的簡介變頻器MM440系列（MicroMaster440）是德國西門子公司廣泛應用與工業(yè)場合的多功能標準變頻器。對于變頻器的應用，必須首先熟練對變頻器的面板操作，以及根據(jù)實際應用，對變頻器的各種功能參數(shù)進行設置MM420變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器的電路