【正文】 調(diào) 速 主 控 電 路SS 科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）18第 3 章 基 于 PLC 控 制 的 大 功 率 礦 井 提 升 機 控 制 系 統(tǒng) 設(shè)計167。各 部 分 功 能 如 下 ：311　 立 井 提 升 機 高 壓 變 頻 控 制 示 意 圖動 力 裝 置 ： 包 括 主 電 機 、 減 速 器 、 卷 筒 、 制 動 器 和 底 座 ， 完 成 人 、 物 、 料的 運 輸 任 務(wù) 。液 壓 站 ： 為 提 升 機 提 供 制 動 力 ， 停 車 時 先 通 過 液 壓 站 給 卷 筒 施 加 機 械 制 動力 ， 再 取 消 直 流 制 動 力 ； 提 升 機 起 動 時 ， 先 對 電 機 施 加 直 流 制 動 ， 再 松 開 機 械抱 閘 ， 防 止 溜 車 ， 以 保 證 系 統(tǒng) 安 全 可 靠 地 工 作 。SS 科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19操 作 臺 ： 操 作 臺 設(shè) 置 兩 個 手 柄 ， 分 別 用 于 速 度 輔 助 給 定 及 制 動 力 給 定 。控 制 監(jiān) 視 系 統(tǒng) ： 是 操 作 人 員 和 控 制 系 統(tǒng) 及 運 輸 系 統(tǒng) 之 間 的 橋 梁 ， 它 可 以 在線 監(jiān) 測 提 升 機 運 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) 。司機將制動手柄向前推離緊閘位置，P LC 控 制 器 將 高 壓 動 力 電 源接 入 變 頻 器 。 在 提 升 過 程 中 ， 控 制 提 升 機 運 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 變 頻 器 工 作 。 利用旋轉(zhuǎn)編碼器將提升機的運行位置轉(zhuǎn)化為脈沖，plc 對此脈沖進行高速計數(shù)，通過相應(yīng)的計算自動生成提升機位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，傳送到 PLC 內(nèi)部 S 計數(shù)器的存儲單元。167。 它 具 有 體積 小 、 功 能 強 、 程 序 設(shè) 計 簡 單 、 靈 活 通 用 、 維 護 方 便 等 優(yōu) 點 ， 特 別 是 它 的 高 可靠 性 和 較 強 的 適 應(yīng) 惡 劣 工 業(yè) 環(huán) 境 的 能 力 更 是 得 到 用 戶 的 好 評 。 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 器 人 和 CAD/CMA） 的首 位 。 靠 性 高 ， 抗 干 擾 能 力 強這 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 行 備 份 ， 一 旦 電 源 斷 電 或 運 行 停 止 ， 有關(guān) 狀 態(tài) 及 信 息 不 會 丟 失 。 對 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 明 可 靠 性 這 一 指 標 ， 因 為 對 可 編 程 序控 制 器 這 一 指 標 已 毫 無 意 義 了 。 用 性 強 ， 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 和 制 作 相 應(yīng) 的 硬 件 裝 置 。SS 科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）213． 程 序 設(shè) 計 簡 單 ， 易 學 易 懂PLC 是 一 種 工 業(yè) 自 動 化 控 制 裝 置 ， 其 主 要 的 使 用 對 象 是 廣 大 電 氣 技 術(shù) 人 員 。4． 采 用 先 進 的 模 塊 化 結(jié) 構(gòu) ， 系 統(tǒng) 組 合 靈 活 方 便PLC 的 各 個 部 件 ， 包 括 CPU、 電 源 、 I/O 通 道 等 均 采 用 模 塊 化 設(shè) 計 ， 由 機架 和 電 纜 將 各 模 塊 連 接 起 來 。5． 系 統(tǒng) 設(shè) 計 周 期 短由 于 系 統(tǒng) 硬 件 的 設(shè) 計 任 務(wù) 僅 是 依 據(jù) 對 象 的 要 求 配 置 適 當 的 模 塊 ， 如 同 吃 飯從 菜 單 中 點 菜 一 樣 方 便 ， 這 就 大 大 縮 短 了 整 個 設(shè) 計 所 花 費 的 時 間 ， 加 快 了 整 個工 程 設(shè) 計 的 進 度 。使 用 時 只 需 將 現(xiàn) 場 的 各 種 設(shè) 備 與 PLC 相 應(yīng) 的 I/O 端 子 相 連 ， 系 統(tǒng) 便 可 以 投 入 運行 ， 安 裝 接 線 工 作 量 比 繼 電 器 控 制 系 統(tǒng) 小 得 多 。 模 擬 調(diào) 試 完 成 后 ， 再將 本 身 故 障 率 很 低 ， 又 有 完 善 的 自 診 斷 能 力 和 顯 示 功 能 ， 一 旦 發(fā) 生 故 障 可 以 根據(jù) PLC 上 發(fā) 光 二 極 管 或 編 程 器 提 供 的 信 息 ， 迅 速 查 明 原 因 或 直 接 找 到 發(fā) 生 故 障的 外 圍 設(shè) 備 。 這樣 既 提 高 了 維 護 的 工 作 效 率 ， 使 故 障 造 成 的 對 工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 影 響 降 低 到 最 低 程 度 ，也 保 證 了 生 產(chǎn) 的 正 常 進 行 。近 年 來 ， 隨 著 微 處 理 器 芯 片 及 其 有 關(guān) 元 器 件 的 價 格 大 幅 度 下 降 ， 使 得 PLCSS 科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）22成 本 也 隨 之 下 降 。 根 據(jù) PLC 的 特 點 ， 可 以 將 應(yīng) 用 形 式 歸 納 為 如 下 幾 種 類 型 ： 關(guān) 邏 輯 控 制這 是 PLC 的 最 基 本 最 廣 泛 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 。 擬 量 控 制在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 中 ， 除 必 不 可 少 的 開 關(guān) 量 和 數(shù) 字 量 外 ， 還 有 許 多 連 續(xù)變 化 的 模 擬 量 ， 如 溫 度 、 壓 力 、 流 量 、 液 位 等 都 是 模 擬 量 。 序 控 制在 工 業(yè) 控 制 中 ， 用 PLC 實 現(xiàn) 順 序 控 制 ， 可 以 用 移 位 寄 存 器 和 步 進 指 令 編 寫程 序 。 時 控 制PLC 具 有 定 時 控 制 的 功 能 ， 它 可 以 為 用 戶 提 供 幾 十 甚 至 上 百 個 計 時 器 ， 其計 時 的 時 間 可 由 用 戶 根 據(jù) 控 制 時 間 要 在 編 寫 用 戶 程 序 時 設(shè) 定 ， 定 時 時 間 可 以 從 秒 至 若 干 小 時 ， 時 間 長 短 可 任 意 設(shè) 定 ， 也 可 以 由 操 作 人 員 在 工 業(yè) 現(xiàn) 場 通 過 編 程器 進 行 修 改 或 重 新 設(shè) 定 ， 實 現(xiàn) 定 時 或 延 時 的 控 制 ， 通 過 編 程 既 可 以 實 現(xiàn) 通 電 延時 功 能 ， 也 可 以 實 現(xiàn) 斷 電 延 時 的 功 能 。 其 設(shè) 定 方 式 如 同 定 時 器 一 樣 ， 可 實現(xiàn) 增 計 數(shù) 控 制 ， 也 可 實 現(xiàn) 減 計 數(shù) 控 制 ， 若 用 戶 需 要 對 頻 率 較 高 的 信 號 進 行 跟 蹤計 數(shù) ， 可 選 用 高 速 計 數(shù) 模 塊 。 現(xiàn)代 大 中 型 的 PLC 及 部 分 小 型 的 PLC 配 備 有 專 門 的 PID 控 制 模 塊 ， 當 控 制 過 程 中某 一 個 變 量 出 現(xiàn) 偏 差 時 ， PLC 就 按 照 PID 算 法 計 算 出 正 確 的 輸 出 去 控 制 被 控 制量 ， 把 被 控 制 量 保 持 在 整 定 值 上 。7． 數(shù) 據(jù) 處 理現(xiàn) 代 PLC 都 具 有 數(shù) 據(jù) 處 理 的 能 力 。8． 通 信 和 聯(lián) 網(wǎng)PLC 的 控 制 已 從 早 期 的 單 機 控 制 發(fā) 展 到 了 多 機 控 制 ， 實 現(xiàn) 了 工 業(yè) 自 動 化 。 也 可 以 構(gòu) 成 “集 中管 理 ， 分 散 控 制 ”的 分 布 式 控 制 系 統(tǒng) 。本調(diào)速系統(tǒng)選用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N32M PLC，屬于整體式 PLC。一般配有許多專用的特殊功能單元，如模擬量 I/O 單元、位置控制單元、和通信單元等使 PLC 的功能得到擴展。FX2n 系 列 是 FX 系 列 PLC 家 族 中 最 先 進 的 系 列 ， 其 功 能 最 強 、 速 度 最 快 。 為 大量 實 際 應(yīng) 用 而 開 發(fā) 的 特 殊 功 能 開 發(fā) 了 各 個 范 圍 的 特 殊 功 能 模 塊 以 滿 足 不 同 的 需要 － － 模 擬 I/O。 對 每 一 個 FX2n 主 單 元 可 配 置 總 計 達 8 個 特 殊 功 能 模塊 。其 它 功 能 內(nèi) 置 式 24V、 400mA 直 流 電 源 可 用 于 外 圍 設(shè) 備 ， 如 傳 感 器 或 其 它 元件 。 時 鐘 功 能 和 小 時 表 功 能 在 所 有 的 FX2NPLC 中 都 有 實 時 時鐘 標 準 。 小 時 表 功 能 對 過 程 跟 蹤 和 機 器 維 護 提供 了 有 價 值 的 信 息 。輸 入 濾 波 器 調(diào) 節(jié) 功 能 可 以 用 輸 入 濾 波 器 平 整 輸 入 信 號 （ 在 基 本 單 元 中 x000 到x017） 。 在 線 程 序 編 輯 在 線改 變 程 序 不 會 損 失 工 作 時 間 或 停 止 生 產(chǎn) 運 轉(zhuǎn) 。 遠 程 維 護 遠 處 的 編 程 軟 件 可 以 通 過 調(diào) 制 解 調(diào) 器 通 信 來 監(jiān) 測 、上 載 或 卸 載 程 序 和 數(shù) 據(jù) 密 碼 保 護 使 用 一 個 八 位 數(shù) 字 密 碼 保 護 您 的 程 序 。 PLC 控制程序設(shè)計控制程序流程圖如圖 331 所示。SS 科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）26系 統(tǒng) 開 機 運 行 ， PLC 首 先 進 行 初 始 化 ， 主 要 對 高 速 計 數(shù) 單 元 HSCO 和 HSC1進 行 以 下 操 作 ： 寫 控 制 字 ， 定 義 工 作 模 式 ， 清 零 ， 寫 設(shè) 定 值 ， 設(shè) 置 定 時 中 斷 ，連 接 中 斷 ， 啟 動 計 數(shù) 。 當 有 故 障 出 現(xiàn) 時 可 轉(zhuǎn) 到 相 應(yīng) 的 故 障 處 理 模 塊 進 行 故 障處 理 ， 并 通 過 報 警 回 路 報 警 或 安 全 回 路 實 現(xiàn) 抱 閘 停 車 保 護 。 提升機在快速、減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題提升機屬于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載。位能負載的一個重要特征，就是在沒有轉(zhuǎn)速時也有負載轉(zhuǎn)矩存在，并且全部的負載轉(zhuǎn)矩，因此，在低速和零速情況下，也要求電動機的轉(zhuǎn)矩輸出能力能夠承擔全部負載轉(zhuǎn)矩。兩者的差別是，當極低頻率下電動機電磁轉(zhuǎn)矩不足時，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載不能起動，電動機不轉(zhuǎn)動，直到頻率升高到電磁轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩時，電動機才能夠起動。電動機被負載拖著轉(zhuǎn)動的情況，稱為下溜，在許多位能負載應(yīng)用中，下溜是不允許的，下溜嚴重時可能出現(xiàn)重大事故。在磁場沒有完全建立起來以前，輸出轉(zhuǎn)矩是無法達到正常狀態(tài)的。在電動機磁場沒有建立起來、電磁轉(zhuǎn)矩不足以抗衡負載轉(zhuǎn)矩以前，機械制動閘瓦不能松開，否則可能下溜；在機械制動瓦沒有松開以前，輸出頻率又不能提升，否則，轉(zhuǎn)速差會在電動機無法轉(zhuǎn)動的情況下持續(xù)增加，導(dǎo)致過電流保護動作。理想的配合關(guān)系是：起動時，變頻器輸出一個很低的頻率，此時機械制動閘SS 科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）29瓦不能松開，直到磁場建立起來，輸出頻率所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩正好等于負載轉(zhuǎn)矩，再松開機械制動閘瓦，此時，電動機將處于零速度狀態(tài)，通過頻率逐步升高，電動機開始起動。這種情況下，實際的做法是：制動閘瓦松開前變頻器獲得的是零速指令，輸出一個零頻率電流建立電動機磁場，但不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，制動閘瓦松開瞬間，會產(chǎn)生輕微下溜。停止時，先輸出零速度指令而不撤消運行指令，待電動機轉(zhuǎn)速為零后，機械制動閘瓦抱住，變頻器運行指令才撤消。為了與機械制動良好配合，位能負載調(diào)速系統(tǒng)采用 PLC 作為控制設(shè)備，但其邏輯控制原理并不很復(fù)雜。當速度操作命令不為零時，PLC立即給出變頻器運行指令，但速度指令為零，要經(jīng)過延時以后，才輸出對應(yīng)的實際轉(zhuǎn)速指令給變頻器，同時輸出機械制動解除指令給制動控制電路。實際轉(zhuǎn)速指令給出后，變頻器輸出頻率迅速提升，實際轉(zhuǎn)速在輕微下溜后開始跟蹤由斜坡發(fā)生器提供的理想轉(zhuǎn)速曲線。當外部速度操作命令給出零轉(zhuǎn)速時，PLC 轉(zhuǎn)發(fā)零轉(zhuǎn)速指令，但不撤消運行命令，變頻器輸出頻率下降，實際轉(zhuǎn)速跟蹤理想轉(zhuǎn)速曲線。在延時期間，電磁制動轉(zhuǎn)矩和機械制動轉(zhuǎn)矩同時起作用，這個延時的目的是確保機械制動可靠作用后才撤消電磁轉(zhuǎn)矩。一般情況下，起動延時時間為 ，取決于電磁慣性時間常數(shù)和機械制動閘瓦的松開速度之差，松開速度越快，電磁慣性時間常數(shù)越大，延時需要越長；停止延時時間大約為 ，取決于機械制動閘瓦合上速度，合上速度越慢，延時需要越長。因此，必須按照全制動轉(zhuǎn)矩能力來配置制動電路。除少量能量會損耗在電動機和變頻器內(nèi)部外，大部分位能都會回饋到變頻器的直流母線上