【正文】 單元BV的功能是，當(dāng)直流回路的電壓Ud超過(guò)規(guī)定的限值勤時(shí)，接通耗能電路，使直流回路通過(guò)RB釋放能量。 圖3—4能耗制動(dòng)和制動(dòng)單元電路b）電壓取樣與比較電路由于Vb的驅(qū)動(dòng)電路是低壓電路，故只能按比例取出Ud的一部分作為采樣電壓，和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到控制Vb導(dǎo)通或截止的指令信號(hào)。（II）功率管Vb的選用Vb的常用器件是GTR或IGBT。b）集電極最大電流Icm按正常電壓下流經(jīng)Rb的電流的兩倍來(lái)選擇三、直流制動(dòng)單元能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)配合使用能達(dá)到理想的制動(dòng)效果。具體操作是，將電機(jī)與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)通入直流電流，定子磁場(chǎng)是靜止的。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈，從而可縮短停機(jī)時(shí)間。（二） 直流制動(dòng)功能預(yù)置A、直流制動(dòng)的起始頻率fDB，通常直流制動(dòng)都是和再生制動(dòng)配合使用的。轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為直流制動(dòng)的起始頻率fDB，如圖所示。B、直流制動(dòng)強(qiáng)度即預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓UDB或直流電流IDB的大小，它決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度，如圖3—5所示。一般情況下，直流電壓以不超過(guò)50 V為宜。預(yù)置直流制動(dòng)時(shí)間tDB的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對(duì)克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些。 圖3—5直流制動(dòng)功能預(yù)置 PLC控制部分設(shè)計(jì)PLC是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要控制電路如圖3—6所示，主要的控制功能有如下幾項(xiàng)：主令操作控制、保護(hù)監(jiān)視控制。PLC根據(jù)運(yùn)行方式對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)S形速度給定控制，實(shí)現(xiàn)箕斗運(yùn)行速度的準(zhǔn)S形曲線。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過(guò)卷監(jiān)視、實(shí)時(shí)速度監(jiān)視、井筒過(guò)卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過(guò)載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)報(bào)警回路報(bào)警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。當(dāng)需要開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SB1，其輸出繼電器KM1便吸合，置于電源與變頻器之間的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，將三相AC380V動(dòng)力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械抱閘制動(dòng)后，可以將變頻器與動(dòng)力電源脫開(kāi)，按下停止按鈕SB2，使繼電器KM1失電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，變頻器便與動(dòng)力電源脫開(kāi)。從而達(dá)到互鎖作用。此時(shí)變頻器REV與CM端相連，電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物。此時(shí)FWD與CM相連，電機(jī)正轉(zhuǎn)上提煤車。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換(1)工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運(yùn)行或變頻出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行自由切換。此時(shí)繼電器KM2得電，KM3失電；置于變頻器與電機(jī)之間的KM2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，跨過(guò)變頻器，連接電機(jī)與三相動(dòng)力電源的KM3常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，按下工頻按鈕，使KM2斷開(kāi)，KM3閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。(2)梯形圖及編程語(yǔ)言四、保護(hù)及連鎖功能(1)上過(guò)卷、下過(guò)卷保護(hù)，在離井口安全處和離井底一定距離處分別裝上霍爾常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)V車由于故障或操作員失誤，礦車越過(guò)安全線時(shí)，傳感器動(dòng)作，同時(shí)PLC控制安全回路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升系統(tǒng)的保護(hù)，并伴隨有聲光報(bào)警。此時(shí)，鋼絲繩下沉，壓下開(kāi)關(guān)，此時(shí)聲光報(bào)警，顯示屏上顯示故障信息。(3)過(guò)載保護(hù)：熱繼電器常閉觸點(diǎn)串接于安全控制回路，當(dāng)電機(jī)因負(fù)載過(guò)重，電機(jī)堵轉(zhuǎn)等故障而使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使安全回路動(dòng)作，保護(hù)提升機(jī)不受損壞。(5)當(dāng)提升機(jī)因發(fā)生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程內(nèi)時(shí)，排除故障后允許司機(jī)按上次開(kāi)車方向選擇開(kāi)車，并且只能低速開(kāi)車；若提升容器不在減速行程內(nèi)，由井口發(fā)出開(kāi)車信號(hào)，允許司機(jī)高速開(kāi)車。(7)盤(pán)式制動(dòng)器的工作制動(dòng)力矩可調(diào)，緊急制動(dòng)(安全制動(dòng))能產(chǎn)生二級(jí)制動(dòng)，避免機(jī)械沖擊。旋轉(zhuǎn)編碼器與可編程控制器的高速計(jì)數(shù)單元相連，連接電路如圖3—7所示。旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的選擇取決于PLC允許輸入的頻率、提升速度、計(jì)數(shù)精度等。為了在位置檢測(cè)中取得很大的控制精度，應(yīng)在允許范圍內(nèi)選取盡可能多的脈沖數(shù)，即選擇每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)多的旋轉(zhuǎn)編碼器。則：fD≤n?p得到：p≤fDn=10000075060=8000查OMRON系列編碼器規(guī)格，選取每轉(zhuǎn)輸出1000個(gè)脈沖的編碼器。通過(guò)PLC高速脈沖輸入端輸入的脈沖，由高速計(jì)數(shù)器FUN(98)指令累計(jì)并存于CNT47中(這時(shí)CNT47為其專用)，該指令可將當(dāng)前計(jì)數(shù)值與設(shè)定在數(shù)據(jù)寄存器的DM32DM63中的上下限值進(jìn)行比較，然后，依照比較結(jié)果在FUN(98)指令指定的通道產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。通過(guò)設(shè)定上下限值可按距離原則發(fā)出過(guò)卷信號(hào)。通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，供操作員參考。同時(shí)這兩個(gè)同步開(kāi)關(guān)還用作兩個(gè)減速點(diǎn)用。要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)矢量控制變頻調(diào)速還需要對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，各參數(shù)設(shè)置參見(jiàn)附錄。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作。因此，用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流(即指主觸頭的額定電流)~?？諝鈹嗦菲鞯念~定電壓應(yīng)大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電壓所以選用：富士康SA203BA斷路器，其最大額定電流：225A，額定隔離電壓：AC 690V，額定分?jǐn)嗳萘浚?0KA（在AC 380V下）二、熱繼電器過(guò)載保護(hù)礦山提升機(jī)由于負(fù)載沉重而需要限制起動(dòng)時(shí)間，又容易堵轉(zhuǎn)，且又長(zhǎng)期處于頻繁起動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)，容易出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，所以需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。若用自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)保護(hù)，應(yīng)選用帶長(zhǎng)延時(shí)脫扣器的自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)。保護(hù)措施主要是通過(guò)切斷電動(dòng)機(jī)電源的方法實(shí)現(xiàn)保護(hù)。本系統(tǒng)采用熱繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。熱繼電器的整定值Ifz一般為電動(dòng)機(jī)額定電流值Io。它具有斷相保護(hù)，清晰度補(bǔ)償，脫扣指示功能，并能自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位。PLC工作靈敏度高，很容易受到各種電磁干擾，引起誤動(dòng)作。為了防止變頻器對(duì)PLC的干擾，PLC的安裝應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器。針對(duì)不同的PLC，阻容吸收回路的參數(shù)可能不同，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可以自行調(diào)整。所以必須加裝除濕裝置，防止變頻器和PLC停止工作時(shí)結(jié)露。以減少振動(dòng)對(duì)其性能的影響。變頻器的安裝應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離對(duì)噪聲敏感的裝置。輸入輸出濾波變頻器輸出交流電后應(yīng)加入濾波器，然后再將濾波后的交流電送入電機(jī)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。變頻器二次側(cè)安裝的負(fù)載電抗器，又稱輸出電抗器。從提高變頻器安全可靠運(yùn)行角度，相比較而言，進(jìn)線電抗器起主要作用。如果不加入輸出濾波器，三電平變頻器輸出時(shí)，電機(jī)電流總諧波失真可以達(dá)到17%左右，會(huì)引起電機(jī)諧波發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，輸出電壓跳變臺(tái)階為一半直流母線電壓，電壓跳變率較大，會(huì)影響電機(jī)絕緣。圖3—8濾波器結(jié)構(gòu)圖輸出正弦濾波器中電感L和電容C參數(shù)的選擇受以下條件的約束:①電感器上基波電壓降越小越好。③電感器和電容器構(gòu)成的串聯(lián)諧振頻率離逆變橋輸出脈沖電壓(即LC濾波電路的輸入電壓)中的最低次諧波頻率越遠(yuǎn)越好，圖4—7濾波器結(jié)構(gòu)圖也就是使LC濾波器中的高次諧波電流盡可能小。④在逆變橋脈沖突然封鎖時(shí)，電容C不能與電動(dòng)機(jī)發(fā)生振蕩電壓幅值超過(guò)l0kV的自激振蕩，即電容C的選擇應(yīng)參考電動(dòng)機(jī)的激磁電感參數(shù)。信號(hào)線與動(dòng)力線盡可能垂直，不得不平行時(shí)盡可能保持較大的間距；穿45管敷設(shè)時(shí)使兩者分開(kāi)在不同的管內(nèi)；用匯線槽敷設(shè)時(shí)不同種類的信號(hào)線，信號(hào)線與動(dòng)力線之間設(shè)置隔離金屬板；同一多心電纜內(nèi)走同種類的信號(hào)。在外界干擾磁場(chǎng)作用下，同一導(dǎo)線的相鄰的兩扭環(huán)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相反，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的相反方向的干擾電流抵消，雖然不可能完全為零，但可以減小到很小。傳輸線路屏蔽。為了進(jìn)一步提高抗干擾效果，還應(yīng)采用電纜。礦井提升機(jī)是在繁重而復(fù)雜的條件下工作的設(shè)備，是礦井的咽喉。本章介紹了提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)，包括變頻調(diào)速部分、PLC可編程控制器部分及安全保護(hù)和抗干擾部分。變頻調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)精度高。變頻器調(diào)速還可通過(guò)軟件很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩(即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線)和加減速時(shí)間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。PLC控制安全保護(hù)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成。另外憑其強(qiáng)大的控制功能，除能實(shí)現(xiàn)一般的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)限速保護(hù)功能等，能在很大范圍內(nèi)對(duì)提升機(jī)進(jìn)行安全保護(hù)和智能控制，具有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。PLC系統(tǒng)控制軟件由主程序和中斷子程序構(gòu)成，并集成了PLC故障處理功能，能夠有效的避免許多干擾因素的影響，確保提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)的有效運(yùn)行。其中，5階段速度圖又可分為對(duì)稱和非對(duì)稱5階段速度圖。它包括啟動(dòng)加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減制動(dòng)段5個(gè)階段，構(gòu)成了礦井提升機(jī)一次完整的運(yùn)行周期[11]。由圖可以看出從礦井提升機(jī)運(yùn)行的安全、效率、乘坐舒適感、維護(hù)和使用壽命等綜合考慮，應(yīng)選擇圖4—1（d）所示曲線實(shí)現(xiàn)提升機(jī)理想S形速度曲線運(yùn)行。所以，要實(shí)現(xiàn)按理想S形速度曲線運(yùn)行，只需速度給定曲線是理想S形速度曲線即可。第一種是直接給定所需速度值，并經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)中傳動(dòng)裝置的軟件包中的斜坡函數(shù)發(fā)生器（Ramp Function Generator）平滑后生成（見(jiàn)圖4—2）圖4—2斜坡函數(shù)發(fā)生器該種方式由傳動(dòng)裝置提供直接應(yīng)用平臺(tái)，并受其制約；第二種S形速度給定方式（即本文所研究的控制方式），是通過(guò)軟件方式直接生成所需的理想S形速度給定曲線，其由PLC控制實(shí)現(xiàn)，特點(diǎn)是可根據(jù)用戶需要進(jìn)行編程，應(yīng)用靈活?，F(xiàn)在分段來(lái)研究圖5—3中不同曲線段的數(shù)學(xué)模型。在oa段（10 t≤t），a1 =a sinωt 當(dāng)t=0時(shí)，可得最大加加速度：其中t1=t時(shí)，速度在上述區(qū)間內(nèi)，提升機(jī)箕斗的運(yùn)行距離在ab段（t1 t≤t2）提升機(jī)以a1值作恒定加速度運(yùn)行，此時(shí)加加速度ρ=0，則當(dāng)t= t2時(shí)，速度箕斗運(yùn)行距離在bc段（t2 t≤t3）從圖中可以看出加速度曲線bc段與oa段曲線成軸對(duì)稱，即其箕斗運(yùn)行距離為：上述各式有關(guān)常數(shù)與確定的額定運(yùn)行速度v最大加速度a1和最大加加速度ρ1之間關(guān)系為：由式（1）～（6）得到提升機(jī)箕斗在啟動(dòng)加速度的理想S形速度曲線數(shù)學(xué)模型為：（2）cd提升機(jī)箕斗以額定速度v1作勻速運(yùn)行，速度曲線為水平直線段。（5）hi為二次減速停車段，其曲線形狀除了無(wú)勻加速度段外完全同第（3）段，只是此時(shí)減速起始速度v一般較小，所以最大加速度a1和最大加加速度ρ1的值和它們之間比值應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整以滿足實(shí)際情況。這可以由軟件編程實(shí)現(xiàn)。由前述可知加速段和減速段具有對(duì)稱性，這可以簡(jiǎn)化程序。在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候就可以用實(shí)測(cè)速度與給定速度曲線上對(duì)應(yīng)的速度進(jìn)行比較求得的差值按一定的算法求出控制量去調(diào)節(jié)變頻器的給定頻率從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，使之按給定速度曲線運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，只要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整最大加速度、加加速度及它們之間的比值，就能快速、方便地得到一條優(yōu)良的S形速度給定曲線。（I）提升機(jī)給定速度根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，按照《煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，并結(jié)合礦井實(shí)際情況，選取提升機(jī)運(yùn)行速度參數(shù)如下：提升機(jī)額定運(yùn)行速度v1=,爬行速度v4=2m/s, a1= m/s2,ρ1= m/s3則在啟動(dòng)加速段oabc內(nèi)ω=1，t1=,t2=, t3=,v2 =,Soc=。在減速停車段，由于無(wú)勻加速段，故v5 = v4/2=1m/s,由式v5 = sinωt10解得到t10=, t20= ,求解得到：shi=2m。圖4—4礦井提升機(jī)工作時(shí)序圖（1）第一階段0～t3：串車車廂在井底工作面裝滿煤后，發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工人，操作工人在回復(fù)一個(gè)信號(hào)到井底，然后開(kāi)機(jī)提升。（2）第二階段t3～t′：勻速運(yùn)行階段。下放時(shí),由測(cè)速發(fā)電機(jī)反映轉(zhuǎn)子下放速度,當(dāng)速度高于v1時(shí),增大勵(lì)磁電流,提高制動(dòng)力矩,使箕斗在斜坡上勻速運(yùn)行。（3）第三階段t′～t3′：重車快到井口時(shí)減速階段，重車減速到低速，進(jìn)入爬行階段。（4）第四階段t3′～t0：重車以變頻器頻率為f1速度低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車。操作工人發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。這樣既能避免計(jì)算量過(guò)大，又能避免占用的內(nèi)存量過(guò)大。綜合以上步驟就可以完成S形給定速度曲線的實(shí)現(xiàn)。其中(a)為靜負(fù)載力矩比較大的情況，(b)為靜負(fù)載力矩比較小的情況，(c)為下放重物的情況。主程序流程圖如圖4—6所示，其中包括兩個(gè)主要的功能模塊：中斷子程序功能模塊和故障處理子程序功能模塊。 圖4—6 PLC工作流程圖 （I）中斷子程序功能當(dāng)PLC接收到來(lái)自傳感器、接近開(kāi)關(guān)或變頻器故障等外部控制信號(hào)時(shí)，PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序處，完成超速保護(hù)、過(guò)卷、過(guò)載、松繩等保護(hù)及提升機(jī)位置、速度監(jiān)控、變頻器故障監(jiān)控等。（II）故障處理子程序功能故障處理程序綜合來(lái)自控制系統(tǒng)外圍的故障信息和內(nèi)部系統(tǒng)監(jiān)視程序檢測(cè)到的故障信息，控制系統(tǒng)程序依據(jù)故障的不同類型以及提升機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，做出相應(yīng)處理。對(duì)于輕故障，如果當(dāng)前提升機(jī)處于停車狀態(tài)，則不允許開(kāi)車，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；如果當(dāng)前提升機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，則允許提升機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)完成本次提升循環(huán)后，再發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而且在停車后故障未被排除前禁止開(kāi)車。對(duì)于重故障，PLC系統(tǒng)根據(jù)故障的分類使快速開(kāi)關(guān)跳閘或高壓開(kāi)關(guān)跳閘。本章詳細(xì)介紹了礦井提升機(jī)理想S形速度曲線的建模及實(shí)現(xiàn)。礦井提升負(fù)載屬于典型恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，所以對(duì)電控系統(tǒng)的要求更高。本章中軟件設(shè)計(jì)部分是提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的核心，前述控制思想的實(shí)現(xiàn)，包括提升機(jī)S形速度給定，按行程對(duì)提升機(jī)進(jìn)行及過(guò)卷、松繩、超速等保護(hù)，都集中在PLC軟件控制部分，文中設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)控制流程圖。第5章 全文總結(jié)本文所作的主要研究工作是針對(duì)當(dāng)前大多數(shù)中、小型礦井礦山提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速當(dāng)中存在的提升機(jī)調(diào)速性能差、故障率高、能耗大等問(wèn)題展開(kāi)的。在本文中主要探討了PLC所要完成的保護(hù)控制功能及其極為重要的提升機(jī)速度控制理論與實(shí)現(xiàn)。為變頻調(diào)速控制的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備了理論的基礎(chǔ)。確定基于PLC控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成。它與PLC通過(guò)模擬量輸入接口相連，提升機(jī)S形速度給定曲線由PLC通過(guò)軟件編程產(chǎn)生通過(guò)變頻器模擬量輸入器對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)