【正文】 機己基本上被晶閘管，電動機 (以下簡稱 SCRD)所取代。 學院畢業(yè)設計 (論文〉 2 ( 2 ) 無減速 器 ， 總效率 高 ， 電能消耗少。 ( 4 ) 單機容量大，適用范圍廣。 ( 6 ) 易 于 實現最佳控制和自動化，安全可靠。 2. 交流變頻調速同步機驅動提升系統(tǒng) SCRD 直流拖動系統(tǒng) 趨 于 成 熟 ， 且 采用 了 順控技術等措施來提高功率 因 數 ， 但其功率因數仍然較 低 ， 從而從電網吸收大量的無功功 率 ， 且對電 網品質因數產生嚴重的影 響 ， 提升容量越 大 ， 問題越突出。因此換相整 流 子 是個薄 弱環(huán)節(jié)。自 80 年代初以 來 ， 交流變頻供電的同 步 機 拖動異軍突 起 ， 在大型提升機中發(fā) 展成為技 術 、 經濟均優(yōu)的拖動方式。 ( 2 ) 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán) 節(jié) ， 保 證 了 電機的可靠運行和 降低了運行消耗。 (4) 動態(tài)品質好。 ( 6 ) 同步機的價格和有色金屬的消耗 低 于 直流機。 3. 微機控制在提升機上的應用 從 70 年代開 始 ， 隨著 微 機 技術的發(fā) 展 ， 微機控制技術己逐步應 用 于礦 井提 升 機 中。其應用主要體現在以下幾方 面 : (1) 提 升 工 藝過程微機控制。 由 于 微機功能 學院畢業(yè)設計 (論文〉 3 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。 提升機的控制從本質上說是一個位置控制 ， 要保證提升罐籠在預定地 點準確停 車 ， 要求準確度 高 ， 目前可達 土 2cm。 由于近代提升機控制系統(tǒng)的設計特別強調安全可靠 性 ， 所以提升過程 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)。 安全回路旨在出現機 械 、 電氣故障時控制 提升 機進入安全保護狀態(tài)。 ( 5 ) 制動系統(tǒng)的控 制與監(jiān)視。如西門子公司采用兩套可編程序控制 器 (PLC)的雙 重控制與保護系統(tǒng)。 德國 AEG 公司的 LogidynD(32位 機 )、 西 門 子 公司的 SiemadynD(40位 機 )以及 ABB 公司的 Tyrak(16 位機 )系統(tǒng)都己應 用 于 提 升 機 上。當然此類系統(tǒng)要求維護人員有更高的技術水平和計算機知識。有單繩和多 繩兩種系 列 ， 大都采用改變 轉 差率 s 的調速方 法 ， 在調速中產生大量的轉 差 功 率 ， 使大量電能消耗在 轉 子 附加電阻 上 ， 導 致調速的經濟性 變 差 。 2. 直流拖動方式 我國提升機采用直流拖動有兩種系 統(tǒng) :直流發(fā)電機一直流電 動 機 機和 學院畢業(yè)設計 (論文〉 4 晶閘管一直流電 動 機 系統(tǒng)。 (1) 國產大型直流 提 升 機及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用。如天津電氣傳動研究 所己研制了一臺 300kw 的變頻調速裝置。 可編程序控制器具有可靠性高、抗干擾能力 強 、 實現繼電邏輯容 易 ， 基本 免 于 維護等獨特優(yōu) 點 ， 特別適 用 于 對我國占大部分的 交流提 升 機 繼 電 173。因 此 有 不 少單位都在著手研 制 ， 如焦作礦務 局 ， 韓城礦務局均用可編程序控制器對 TKD 電控系統(tǒng)進行改 造 ， 己投入 正常運行和使 用 ， 已經顯示出了很強的生命力。 本文研究意義 在調研中發(fā) 現 ， 目前山西省各大煤礦的礦井提升機系統(tǒng)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。在 廣 泛考察現行的變 頻 調 速方案 后 ， 本文提 升 機 系統(tǒng)控制單元采用目 前 工 控適 用的可編程控制器來控 制 ， 具有編程簡單和控制可靠性高的優(yōu) 點 :電力拖動 系統(tǒng) 中 ， 選用先進的變頻傳動裝 置 ， 優(yōu)化了調速系統(tǒng)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。 本文從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出 發(fā) ， 對傳統(tǒng)的調速方案進 行了控制方式的革 新和數字化改 造 ， 降低了成 本 ， 提 高 了 控制精 度 ， 加強 了系統(tǒng)穩(wěn)定性。適 用 、 經 濟 、 高 效 、 可靠是本文提升機系統(tǒng)設計的追求目標。 mine hoist 其他名 稱 :礦 井 卷揚機 。礦井絞車 定 義 : 安裝 在 地 面 ， 借 助 于 鋼絲繩帶動提升容器沿井筒或斜坡道運行 的提升機械。 百度名片 :礦井提升機是礦井井下和地面 的 工 作機械。?同 雹 ? 圖 11 礦井提升機剖視圖 說 明 :礦井 提 升機是一種 大 型絞車。礦井提升機是由原始的提水 工 具逐步發(fā)展演變而來。 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設計 (論文〉 2 礦井提升機的組成 礦井 提 升 機主要由電動 機 、 減速器、卷筒、制動系統(tǒng)、深度指示系 統(tǒng) 、 測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅動。 1. 纏繞式礦井提升機有單繩纏繞式和多繩纏繞式兩種 (1) 單繩纏繞式提升機。單筒大多只有一根鋼絲 繩 ， 連接一個容器。纏繞式礦井提 升 機 大多 用 于 年產量在 120 萬噸以 下 、 井深 小 于 400 米的礦井中。 提升機在超深井運行 中 ， 尾繩懸垂長度變化 大 ， 提升鋼絲繩承受很大 交變應 力 ， 影響鋼絲繩壽命。 20 世紀 50年代 末 ， 英國人布雷爾 (Blair)設計了一臺直徑 雙繩多層纏繞式 提升機 (又稱布雷爾式提升 機 )， 提升高度 1580， ...，2349m， 一次提升量 1039。 20t。 機房設在井塔頂 層 ， 與井塔合成一體 ，節(jié)省場地。如圖 12 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設計 (論文〉 3 !39。$J他 就 H ..(:飛39。rl39。f39。0. ， 嘈 圖 12 井塔式多繩磨擦式提升系 統(tǒng) 示 意圖 ( 2 ) 落地式提 升 機 。缺點是鋼絲繩 暴露在露 天 ， 彎曲次數多影響鋼絲繩 的 工 作條件及使用壽命。l.39。l IHI鋼 If且 貿 1tflUi jf q。 提升機電動機運行方式 提升機電動機的運行方式主要根據系統(tǒng)的力圖來確定。 下放時為負力。加速階 段 不 實行閉環(huán)調 節(jié) ， 而 以 時 間 、 速度為函 數 ， 逐步短接 轉 子 附 加電 阻 ， 便提升電動機從零速升至全速。下放時為負力采用能耗制 動 、 閉環(huán)控 主加速 制 ， 單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關的理想速度給定電路、速度負反饋 電 路 、 PID 調節(jié) 器 、 移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動電路組 成 ， 下放 速度由 PID 調節(jié)。下放 時為負力，一方面接入 轉 子 附加電 阻 ， 另 一方面增大制動電流并輔以機械 制動方式減速。 當為負力時 在能耗制動方式下接入 轉 子 附加電阻。 F Fl F2 勻速 l 主 1 、 .r ， I 12 。 F 一 提 升機的靜阻力〈包括車重、提升機 重 量 和 繩重 )， N。 a一各階段 的 加速度、減 速 度值 ， m}戶。 aO 時 ， F F_ ， 加 速 運 行 。 根 據 以上分析 ， F = f (t) 的 力 圖 見 圖 14。目前，可編 程控制器 PLC 主 要是朝 著 小 型 化 、 廉價化、標準化、高速 化 、 智能化、大 容量化、網絡化的方向發(fā) 展 ， 與計算機技術相結 合 ， 形 成 工 業(yè)控制及系統(tǒng)、 分布式控制系統(tǒng) DCSCDistributed Control System)、 現場總線控制系統(tǒng) FCS CField bus Control System)， 這將是 PLC 的功能更 強 ， 可靠性更 高 ， 使用 更方 便 ， 適 用范圍更廣。它采用可編程序的存儲 器 ， 用來在其內部存 儲執(zhí)行邏輔運算 、 )11頁序控制、定時、計數和算術運 算 等操 作 的命令，并通 過數字式模擬式的輸入和輸 出 ， 控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 的基本結構 如圖 21 所 示 ， PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模 塊、輸出模塊和編程器 等組成 。 PLC 主 要由 CPU 模 塊 、 110 模 塊 、 變成裝置和電源組成。整 體式 PLC 又 叫 做單元式或箱體 式 ， 他 的體積 小 、 價 格 低 、 小 型 PLC 一般 采用整體結構。 按 PLC 的控制規(guī)模分類 ， PLC 可 分 為小型 機 、 中型 機 、 大型機。 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 機內的程序實現各種控制功能的。 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 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設計 (論文〉 8 數據進行保 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 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據結構。 PLC 的功能擴展也極為方 便 ， 硬件配置相當靈 活 ， 根據控制要求的 改 變 ， 可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數，再相應修改用戶程序就 可以達到變換和增加控制功能的目的。 與繼電器控制系統(tǒng)相比較，它以軟器件代替了硬器件 ，以軟觸點代替了硬 觸點，以軟接線代替了硬接 線 ， 從而使其器件、觸點的壽命達數萬甚至十萬 小時，而改變接線的速度則極為迅速。如下所述 : (1) 系列化。 (2) 多處理器。 (3) 較大的存儲能力。 ( 5 ) 智能外圍接口。 PLC 可連成功能很強的網絡系統(tǒng)一般有低速網絡 和 高 速網絡兩種。 ( 7 ) 緊湊及高可靠性。 PLC 的選型 PLC 技術是工業(yè)自 動 化 的重要手 段 ， 它可以實現邏輯控 制 、 順序控 制 、 定 時 、 計 數 、 算數運算、數據運算、數據通信等功能，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 構 ， 維護更換方 便 ， 并可顯示故障類型。根據 PLC 的技術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 主機單元發(fā)展至今 ， 經 歷 了 兩代產品。第二代產品為 CPU22X 型 ， 包括 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224X、 CPU226 和 CPU226XM， 他們已經得到廣泛的應用。 2. CPU222 型 主 機 單元具有 8 輸 入 /6 輸出共計 14 個數字 1/0 點 ， 可以 連接 2 個 1/0 擴展單 元 ， 最大擴展至 78 個數字量 1/0 點或 10 路模擬量 1/0。 洛陽 理 工 學院畢業(yè)設計 (論文〉 10 型主機單元具有與 CPU224相比增加了 2路輸 入 /1 路輸 出功 3 路模擬量 I/O o 5. CPU226 型主機單元具有 24個輸 入 116個輸出共計 40個熟悉 I/O點， 可以連接的 I/O 擴展單 元 ， 最大擴展至 248個數字量 1/0 點或 35 路模擬量 1/0。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，只進行內部處理和通信 操作服務等內容。 1. 初始化過程 與其它單片機運行一樣，上電運行或復位時進行處理。 ( 2) 清除數據區(qū)。 2. 掃描過程 (1) 掃描輸入，將輸入口狀態(tài)讀入至輸入口映像區(qū)。 (3) 執(zhí)行用戶程序。 ( 5) 自診斷檢查。 致命錯誤 ， CPU 強制 STOP 方式，所有掃描停止。它面向控制過程、面向用戶、適 應 工 業(yè)環(huán)境、操作方便、 可靠性高，成為現 代 工 業(yè)控制的三大支柱 (PLC、機器人和 C