畢業(yè)論文基于plc的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)論文-基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本文針對提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)上并在可行性方面進(jìn)行了較深入的研究根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行特點控制系統(tǒng)采用工控機(jī)監(jiān)控提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成為了提高系統(tǒng)的可靠性對提升機(jī)各種物理量及控制單元進(jìn)行控制監(jiān)控提升機(jī)的動態(tài)監(jiān)測由工控機(jī)或觸摸屏和組態(tài)軟件組成用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計設(shè)備連接編寫控制流程和工程所需要的信息報表以及結(jié)果打印等主控系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)硬件簡潔軟件靈活性強(qiáng)調(diào)試方便維護(hù)量小配合一些專用電子模塊組成的提升機(jī)控制

2、設(shè)備可供控制高壓帶動動力制動或低頻制動等同時能檢測各電機(jī)故障現(xiàn)象并送往上位機(jī)顯示減少了傳統(tǒng)繼電器接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)減少了硬件和控制線極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性關(guān)鍵詞礦用提升機(jī)變頻調(diào)速矢量控制可編程控制器The Freouency Conversion Use on The Speed Adjustment of Shaft Hoist on The Basis of PLC ControlABSTRACTElevator Control System In this paper the above problems exist in the PLC and frequency conv

3、erter used in elevator control system and for a more in-depth feasibility study According to the operation of hoist features the control system IPC VVVF elevator control system PLC control systems frequency control system components In order to improve system reliability and various physical quantit

4、ies on the elevator control unit to control monitoring Dynamic monitoring of elevator or the touch screen by IPC and configuration software User environment complete the animation in the configuration design equipment connections control flow and project preparation of the required information state

5、ments and the results of printing Master control system uses PLC systems hardware simplicity the software flexibility and easy commissioning and maintenance of small specialized electronic modules with a number of the elevator control equipment drive dynamic braking for control of high pressure or l

6、ow-frequency braking While the motor symptoms can be detected and sent to the host computer display Relay contact to reduce the traditional control system of the intermediate links reducing hardware and control lines which greatly improves system stability and reliability KEY WORDSShaft hoistFrequen

7、cy conversionVector controlPLC目錄前言1第1章 緒 論211課題概述212國內(nèi)外礦井提升機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r2com井提升機(jī)的現(xiàn)狀2com升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向613 本文內(nèi)容及研究的意義7com 研究內(nèi)容7com 研究意義8第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計921 礦井提升機(jī)對控制系統(tǒng)的要求922 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計11com 控制單元基本原理11com 調(diào)速裝置13com 主控系統(tǒng)設(shè)計15第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計1831變頻調(diào)速的發(fā)展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用1832 變頻調(diào)速基本原理2033 變頻器的選擇21com的選型21com 變頻器容量的選擇22com 變頻

8、器主電路設(shè)計及參數(shù)設(shè)定23第4章 PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2641 PLC概述2642 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點2743 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計27com PLC的IO分配28com PLC接線圖33第5章 PLC控制程序設(shè)計3451 PLC軟件概述及提升機(jī)PLC控制要求3452 程序設(shè)計3553系統(tǒng)抗干擾措施40結(jié)論42謝 辭43參考文獻(xiàn)44附錄46外文資料翻譯47前言在煤炭生產(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭巖石下放材料升降人員和設(shè)備的任務(wù)是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑素有礦井咽喉之稱提升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜電動機(jī)頻繁正反向經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中對提升機(jī)來說運(yùn)行的安全可靠

9、性是至關(guān)重要的主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率作為運(yùn)送人員的副井一旦發(fā)生故障往往造成機(jī)毀人亡提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力影響整個礦山的經(jīng)濟(jì)效益而且還涉及到井下工作人員的生命安全因此研制并制造既安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的一項重要課題就計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言可編程控制器PLC是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型它是采用計算機(jī)技術(shù)按照事先編好并儲存在計算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制采用PLC控制硬件簡潔軟件靈活性強(qiáng)調(diào)試方便維護(hù)量小PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備可供控制高壓帶動力制動或低頻制動單雙機(jī)拖動

10、等操作監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器主控計算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動半自動手動等各種運(yùn)動方式的控制要求在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后本文提升機(jī)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(jìn)的變頻傳動裝置運(yùn)用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一采用先進(jìn)的工業(yè)計算機(jī)現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品系列化性能現(xiàn)代化體積小型化的原則研制生產(chǎn)適合礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇第1章 緒 論11課題概述礦井提升機(jī)是機(jī)電液一體化的大型機(jī)械廣泛用于煤炭有色金

11、屬黑色金屬非金屬化工等礦山的豎井斜井是生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ咴诿禾可a(chǎn)中提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提升煤炭矸石下放材料升降人員和設(shè)備的任務(wù)是聯(lián)系井上與井下的唯一途徑素有礦井咽喉之稱提升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜電動機(jī)頻繁正反向經(jīng)常處于負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中對應(yīng)提升機(jī)來說運(yùn)行的安全可靠是至關(guān)重要的主井直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率作為運(yùn)送人員的副井一旦發(fā)生故障往往造成機(jī)毀人亡提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力影響整個礦山的經(jīng)濟(jì)效益而且還涉及到井下工作人員的生命安全因此研制并制造即安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤炭安全生產(chǎn)的一項重要課題12國內(nèi)外礦井提升機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備隨

12、著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高人們對提升機(jī)工作特性的認(rèn)識進(jìn)一步深化提升設(shè)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(yīng)用于礦井提升設(shè)備中特別是模擬技術(shù)微電子技術(shù)微電腦技術(shù)在提升機(jī)控制中的應(yīng)用已成為必然的發(fā)展方向com井提升機(jī)的現(xiàn)狀 1 晶閘管-電動機(jī) SCR-D 直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)部分發(fā)達(dá)國家原有的交流提升機(jī)已基本上被晶閘管-電動機(jī) 以下簡稱SCR-D 所取代如德國瑞典等國家己有90以上采用直流提升機(jī)傳動系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式 省去減速機(jī) 使系統(tǒng)大為簡化如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)電機(jī)功率3000kw額定轉(zhuǎn)速558rmin滾筒直徑65m提人速度17ms提物速

13、度20ms提升高度1200m具有完善的保護(hù)系統(tǒng)采用磁場反并聯(lián)有平波電抗器及臥式深度發(fā)送裝置采用積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號主回路采用兩組三相橋組成12脈動順抗整流大大提高了功率因數(shù)SIEMENS 西門子 公司ABB公司CEOELEC公司以及ASEA公司等都有相同類型的產(chǎn)品其性能大同小異此類系統(tǒng)的優(yōu)點在于體積小重量輕占地面積小安裝方便建筑費用低無減速器總效率高電能消耗少維護(hù)工作量小備件少處理事故快單機(jī)容量大適用范圍廣調(diào)速平滑精度高易于實現(xiàn)最佳控制和自動化安全可靠節(jié)電顯著5-8年可回收設(shè)備投資是礦井節(jié)電的有效途徑其缺點在于功率因數(shù)低如三相橋平均功率因數(shù)只有045左右無功沖擊大高次諧波對電

14、網(wǎng)影響大這些缺點可采用順序控制和多脈沖整流的方法以及在電網(wǎng)上加諧波濾波器等措施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi) 2 交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動提升系統(tǒng)SCR-D直流拖動系統(tǒng)趨于成熟且采用了順控技術(shù)等措施來提高功率因數(shù)但其功率因數(shù)仍然較低從而從電網(wǎng)吸收大量的無功功率且對電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響提升容量越大問題越突出再則直流電機(jī)制造成本高電樞回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步增加且整流子碳刷易磨損加大了維護(hù)工作量故障率高因此換相整流子是個薄弱環(huán)節(jié)由于存在上述兩個問題迫使人們又重新考慮交流拖動方式自80年代初以來交流變頻供電的同步機(jī)拖動異軍突起在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動方式如SIEMENS公司

15、1979年投運(yùn)的24200kwl2650kw額定轉(zhuǎn)速558rminCEGELEC公司1983年投運(yùn)的l548OkW額定轉(zhuǎn)速695rminAEG公司1985年投l30O0kW額定轉(zhuǎn)速558rminABB公司投運(yùn)的l4200kW額定轉(zhuǎn)速4586rminSIEMAG公司投運(yùn)的2x46O0kW等變頻調(diào)速同步機(jī)拖動的提升機(jī)經(jīng)過多年的運(yùn)行均獲得成功這種拖動系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點a 提升容量幾乎不受限制最大可達(dá)l0000kw提升速度可達(dá)20ms以上提升高度1200m以上滾筒直徑達(dá)65m這是直流系統(tǒng)難以達(dá)到的b 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行和降低了運(yùn)行消耗c 功率因數(shù)高可達(dá)住091極大地節(jié)省了

16、電能d 動態(tài)品質(zhì)好 和直流系統(tǒng)相同 系統(tǒng)可在四象限平滑過渡和無級調(diào)速e 由于機(jī)械特性好故起動轉(zhuǎn)矩大f 同步機(jī)的價格和有色金屬的消耗低于直流機(jī)g 調(diào)速范圍寬因此多數(shù)專家認(rèn)為變頻同步機(jī)拖動調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機(jī)拖動的必然發(fā)展方向這種 拖動系統(tǒng)的缺點是a 必須有專用的變頻電源b 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時低速段電機(jī)的過載倍數(shù)有所降低c 高次諧波對電網(wǎng)有影響需在電網(wǎng)上加濾波器等補(bǔ)償措施加以緩解 3 微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用從70年代開始隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展微機(jī)控制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中目前國外己達(dá)到相當(dāng)成熟的階段使整個拖動控制產(chǎn)生一次重大的變革其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面 1 提升工藝過程微機(jī)控制在交流變頻裝置中

17、提升工藝過程大都采用微機(jī)控制由于微機(jī)功能強(qiáng)使用靈活運(yùn)算速度快監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)并具有診斷功能這是采用模擬控制無法實現(xiàn)的如AEG公司采用CP-80微機(jī)ABB公司采用MASTER-200和SIEMENS公司采用S5-150等微機(jī)實現(xiàn)的變頻控制都獲得了相當(dāng)成功它們把控制監(jiān)視基準(zhǔn)值預(yù)測以及模擬控制等組合在公共的微機(jī)控制總線上組成靜止變流器的傳動控制計算機(jī)實現(xiàn)速度及多個變量的調(diào)節(jié)2 提升行程控制提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制要保證提升罐籠在預(yù)定地點準(zhǔn)確停車要求準(zhǔn)確度高目前可達(dá)2cm采用微機(jī)控制可通過采集各種傳感信號如轉(zhuǎn)角脈沖變換鋼絲繩打滑井筒位置滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理計算出罐籠準(zhǔn)確的位置而施

18、以控制和保護(hù)在罐籠提升時可實現(xiàn)無爬行提升大大提高了提升能力如AEGABBSIEMENS等公司已采用位微機(jī)來構(gòu)成行程給定器并還提供性能不盡相同的機(jī)械行程控制器口一般過程控制用微機(jī)不同時用于監(jiān)視行程控制也采用單獨微機(jī)完成從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性3 提升過程監(jiān)視由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計特別強(qiáng)調(diào)安全可靠性所以提升過程監(jiān)視與安全回路一樣是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視a 提升過程中各工況參數(shù) 如速度電流 監(jiān)視b 各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視c 各傳感器 如位置開關(guān)停車開關(guān) 信號的監(jiān)視其目的在于使各種故障在出現(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(jìn)行存貯保留或打印輸

19、出甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中4 安全回路安全回路旨在出現(xiàn)機(jī)械電氣故障時控制提升機(jī)進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)為確保人員和設(shè)備的安全對不同故障一般采用不同的處理方法大致分為以下四種情況a 報警顯示如冷卻器溫度過高等b 二次不能開車如電機(jī)繞組過熱制動油過熱等c 立即進(jìn)行電氣制動如停車終點設(shè)備出現(xiàn)故障時本次提升應(yīng)盡快停下來d 立即進(jìn)行安全制動如過卷超速等安全回路極為重要它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一英德等公司都采用兩臺PC微機(jī)構(gòu)成安全回路使安全回路具完善的故障監(jiān)視功能無論是提升機(jī)還是安全回路本身出現(xiàn)故障時都能準(zhǔn)確地實施安全制動5 制動系統(tǒng)的控制與監(jiān)視制動 可調(diào)閘 控制系統(tǒng)除要可靠地完成工作制動和安全制動外還要

20、完成對液壓站的控制以及各環(huán)節(jié)參數(shù) 如油壓閘瓦磨損等 的監(jiān)視其技術(shù)要求與安全回路相似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(hù)系統(tǒng)6 全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)德國AEG公司的Logidyn D 32位機(jī) 西門子公司的Siemadyn D 16位機(jī) 以及ABB公司的Tyrak 16位機(jī) 系統(tǒng)都己應(yīng)用于提升機(jī)上全數(shù)字化系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)單一參數(shù)穩(wěn)定且調(diào)整方便可方便地與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點當(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員有更高的技術(shù)水平和計算機(jī)知識7 內(nèi)裝式提升機(jī)AEG公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升機(jī)將提升主電機(jī)與滾筒合為一體即轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)動的定子充當(dāng)滾筒使機(jī)構(gòu)大為簡化占地面積小制造成本低com升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨

21、向1 交流拖動方式目前我國提升機(jī)約70采用串電阻調(diào)速的交流拖動方式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(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差極少數(shù)提升機(jī)采用串級調(diào)速方法其調(diào)速范圍窄且投資大 2 直流拖動方式我國提升機(jī)采用直流拖動有兩種系統(tǒng)直流發(fā)電機(jī)一直流電動機(jī)機(jī)和晶閘管一直流電動機(jī)系統(tǒng)其生產(chǎn)和使用情況如下 國內(nèi)研制大型直流提升機(jī)主要有三大廠家a 上海電機(jī)廠主要生產(chǎn)配套電機(jī)已生產(chǎn)低速直流電機(jī)80多臺最大容量5775kw額定轉(zhuǎn)速5Ormin其中長廣煤礦及五村煤礦的提升機(jī)為100OkW48rmin淮南潘三礦采用一臺26O0kW低速直聯(lián)電機(jī)b 上海冶

22、金礦山機(jī)械廠主要生產(chǎn)主機(jī)及信號系統(tǒng)已生產(chǎn)80 多臺提升機(jī)1979 年生產(chǎn)過一臺低速直聯(lián)落地式提升機(jī)c 北京整流器廠主要生產(chǎn)配套電控已從瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引進(jìn)了晶閘管電控整機(jī)系統(tǒng)及元件生產(chǎn)線直流電控容量可達(dá)7000kW還引進(jìn)了交流變頻調(diào)速 交一直一交 電控生產(chǎn)線可生產(chǎn)單機(jī)4200kW變頻調(diào)速電控設(shè)備1986年向甘肅金川礦提供了一套帶微機(jī)控制的800kW直流電控設(shè)備 從國外引進(jìn)的晶閘管供電的直流提升機(jī)20多套其中AEG公司21O0kW低速直聯(lián)6套西門子公司低速直聯(lián)4套瑞典ASEA公司9套另外還正在引進(jìn)計算機(jī)控制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng) 3 研制與發(fā)展 國產(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐步完

23、善和推廣使用 大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)89國內(nèi)正在組織研究這種系統(tǒng)不少院校和研究單位都在著手研制如天津電氣傳動研究所己研制了一臺300kw的變頻調(diào)速裝置 可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用可編程序控制器具有可靠性高抗干擾能力強(qiáng)實現(xiàn)繼電邏輯容易基本免于維護(hù)等獨特優(yōu)點特別適用于對我國占大部分的交流提升機(jī)繼電-接觸器電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造因此有不少單位都在著手研制如焦作礦務(wù)局韓城礦務(wù)局均用可編程序控制器對TKD電控系統(tǒng)進(jìn)行改造已投入正常運(yùn)行和使用已經(jīng)顯示出了很強(qiáng)的生命力這是今后一段時期乃至凡十年對我國占絕大多數(shù)采用繼電控制的交流提升系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的必由之路13 本文內(nèi)容及研究的意義com

24、 研究內(nèi)容當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)設(shè)備陳舊技術(shù)落后而且這種控制方式存在著很多的問題 1 轉(zhuǎn)子回路串接電阻消耗電能造成能源浪費 2 電阻分級切換為有級調(diào)速設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)容易引起電氣及機(jī)械沖擊 3 繼電器接觸器頻繁動作電弧燒蝕觸點影響接觸器使用壽命維修成本較高 4 交流繞線異步電動機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題容易引起設(shè)備事故 5 電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速其運(yùn)行特性較軟 6 提升容器通過給定的減速點時由于負(fù)載的不同而將得到不同的減速度不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)不能正常裝卸載上述問題使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保

25、障因此需要研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性得到提高在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)對原有提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級換代就計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言可編程控制器 PLC 是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型它是采用計算機(jī)技術(shù)按照事先編好并儲存在計算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制采用PLC控制硬件簡潔軟件靈活性強(qiáng)調(diào)試方便維護(hù)量小PLC 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)控制配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)控制設(shè)備可供控制高壓帶動力制動或低頻制動單雙機(jī)拖動等操作監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器主控計算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動半自動手動檢修低速爬行等各種運(yùn)動

26、方式的控制要求com 研究意義在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)目前山西省各大煤礦的礦井提升機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速方案大多采用繼電器接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速該方案耗能大占地面積大已不能適應(yīng)現(xiàn)代礦業(yè)發(fā)展的需要因此有必要對其調(diào)速方案進(jìn)行改造在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后本文提升機(jī)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(jìn)的變頻傳動裝置運(yùn)用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能這一控制方法目前仍為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要研究方向之一 采用先進(jìn)的工業(yè)計算機(jī)現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)按照結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品系列化性能現(xiàn)代化體積小型化的原則研制生產(chǎn)適合礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)行技術(shù)改造和新建

27、礦井設(shè)備選型的理想選擇使用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)模式實現(xiàn)良好的人-機(jī)對話實時監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)上位機(jī)動態(tài)模擬顯示及故障閉鎖可進(jìn)行故障報警數(shù)據(jù)查詢報表打印記錄提升鉤數(shù)以及每班每日每月每年的提升量累計故障聲光指示記憶及部分傳感器上位機(jī)的緊急處理為保證提升設(shè)備無事故在提升設(shè)備有可能出現(xiàn)故障的各個重要環(huán)節(jié)上設(shè)置雙回路系統(tǒng)并在系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測控制自診斷以及記錄和保護(hù)裝置 如負(fù)載速度加減速產(chǎn)量運(yùn)行時間等記錄 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(diào)速方案進(jìn)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(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性表明本文所提出的設(shè)計方案具有實用價值適用經(jīng)濟(jì)高效可靠是本文

28、提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的追求目標(biāo)第2章 礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計21 礦井提升機(jī)對控制系統(tǒng)的要求提升機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖所以需要先來分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜動態(tài)特性提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的給定速度u f t 如圖2-1所示根據(jù)動力學(xué)方程式Td Te-Ti Tn e375 21 式中 Te-電動機(jī)電動力矩Ti-傳動系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩Tn-傳動系統(tǒng)的飛輪力矩Tn 4gJ其中J為轉(zhuǎn)動慣量 g為重力加速度Td-傳動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩e-加速度可以得出按給定速度圖所需轉(zhuǎn)矩Te f t 的特性從而可以得到拖動系統(tǒng)所需的力F f t 提升機(jī)傳動系統(tǒng)給定速度圖力圖如圖2-1所示圖a 圖b圖c圖d 圖2-1

29、 提升機(jī)傳動系統(tǒng)給定速度圖力圖提升機(jī)的負(fù)載靜力FL決定于提升機(jī)滾筒承受的靜張力差在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中靜力凡也就是提升物體的凈載重由于提升系統(tǒng)的負(fù)載為位勢負(fù)載所以靜力FL的作用方向始終是提升重物的重力方向而與系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)和方向無關(guān)因此在電動機(jī)不帶電時為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài) 便于罐籠的裝卸載 對滾筒必須施加機(jī)械閘從圖2-1可以看出要使提升機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)行電動力矩Te可能為正也可能為負(fù)這意味著電動機(jī)不僅要工作在電動狀態(tài)還應(yīng)能工作在制動狀態(tài)由于不同的負(fù)載不同的提升機(jī)運(yùn)行階段電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也各不相同綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點以及礦山生產(chǎn)固有的特點提升機(jī)工藝對提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下 1

30、加 減 速度符合國家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定提升人員時加速度a075ms2升降物料時加速度a12ms2另外不得超過提升機(jī)的減速器所允許的動力矩 2 具有良好的調(diào)速性能要求速度平穩(wěn)調(diào)速方便調(diào)速范圍大能滿足各種運(yùn)行方式及提升階段 加速減速等速爬行等 3 有較好的起動性能提升機(jī)不同于其他機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)行的要求不可能待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料因此必須能重載啟動有較高的過載能力 4 特性曲線要硬要保證負(fù)載變化時提升速度基本上不受影響防止負(fù)載不同時速降過大影響系統(tǒng)正常工作 當(dāng)然當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)迅速安全制動停車即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性 5 工作方式轉(zhuǎn)換容易要能夠方便的進(jìn)行自動半自動手

31、動驗繩調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換操作方便控制靈活不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn) 6 采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備易于實現(xiàn)自動化控制和提高整個系統(tǒng)的工作效率具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)確保系統(tǒng)安全運(yùn)行盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費用22 提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計com 控制單元基本原理我國提升機(jī)設(shè)備中普遍使用TKD系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)是采用繼電器有觸點的邏輯控制以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)在繼電器控制系統(tǒng)中要完成一個控制任務(wù)支配控制系統(tǒng)工作的程序是由各分立元件 繼電器接觸器電子元件等 用導(dǎo)線連接起來加以實現(xiàn)的這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)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)幾十年來

32、這種控制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷突出表現(xiàn)在 1 使用大量繼電器接觸器及其它分立電子元件系統(tǒng)體積大運(yùn)行噪聲大功耗高接線復(fù)雜故障率高工作穩(wěn)定性和可靠性差控制速度慢控制精度差功能改變難度大使用壽命短 2 在啟動過程中由于罐籠的實際載重量不同實際的加速過程并非按照預(yù)定的設(shè)計參數(shù)運(yùn)行常常出現(xiàn)停車不準(zhǔn)確甚至提前停車現(xiàn)象 3 采用磁放大器做調(diào)節(jié)控制穩(wěn)定性差線性度差調(diào)速精度很難保證 4 系統(tǒng)安全保護(hù)環(huán)節(jié)不全面工作不可靠故障顯示不直觀分析查找故障難度大缺乏運(yùn)行參數(shù)顯示功能 5 調(diào)速性能差機(jī)械沖擊大人員乘車舒適性差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)改善的余地不大如果對該豎井

33、提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造那么需要改變控制策略采用當(dāng)代高新實用技術(shù)來控制使之成為安全可靠高效率自動化程度高的電控系統(tǒng)是可編程序邏輯控制器簡稱PLCPLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段由它構(gòu)成的控制系統(tǒng)邏輯控制由PLC通過軟件編程實現(xiàn)柔性強(qiáng)控制功能多控制線路大大簡化PLC的輸入喻出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式且有故障檢測及診斷程序可靠性極高PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)維護(hù)更換方便并可顯示故障類型圖2-2為可編程控制器控制系統(tǒng)其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同但它們是直接接到可編程序控制器的輸入端和輸出端的控制程序是通過一個編程器寫到可編程控制器的程序

34、存儲器中每個程序語句確定了一個順序運(yùn)行時依次讀取存儲器中的程序語句對它們的內(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備控制被控對象工作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 圖2-2 可編程控制器控制系統(tǒng)框圖可編程邏輯控制器因為其具有高可靠性以及軟件可編程的優(yōu)點在現(xiàn)代控制中越來越廣泛的應(yīng)用對于一般提升機(jī)電控系統(tǒng)來說采用一套中小容量的PLC即可滿足要求其價格也不高如果采用PLC技術(shù)對TKD-A電控系統(tǒng)進(jìn)行改造把原來由各種電器通過連線而實現(xiàn)的邏輯控制改由PLC通過軟件編程實現(xiàn)則控制線路將大大簡化設(shè)備體積設(shè)備維修量將

35、大大減小抗干擾能力將大大增強(qiáng)工作可靠性將大大提高工藝改變時只需要改變控制程序即可改造時保持原有的操作方式按鈕開關(guān)主令控制器作用不變則用戶使用起來將非常方便不需要適應(yīng)期同時可以利用PLC的高速計數(shù)功能網(wǎng)絡(luò)通信功能故障檢測及診斷功能信號顯示功能等來增加一些新的控制功能安全性將大大提高運(yùn)行將更加平穩(wěn)準(zhǔn)確完全能夠滿足礦山生產(chǎn)的苛刻要求而且投資相對較少性價比較高具有很強(qiáng)的實用價值com 調(diào)速裝置礦井提升機(jī)從電力拖動而言可分為交流拖動和直流拖動兩大類我國目前正在服務(wù)的礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)中屬于交流拖動的有轉(zhuǎn)子電路串電阻的調(diào)速系統(tǒng)屬于直流拖動的有直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)組成的G-M調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流裝置供電

36、的V-M調(diào)速系統(tǒng)直流拖動系統(tǒng)一般采用他勵電動機(jī)作為主拖動電機(jī)它具有調(diào)速性能好低速階段運(yùn)行穩(wěn)定在加速減速和低速運(yùn)行時的電耗小容易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點根據(jù)供電方式的不同直流拖動系統(tǒng)又可分為兩類一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng) 簡稱G-M系統(tǒng) 一類是晶閘管供電的系統(tǒng) 簡稱V-M系統(tǒng) G-M系統(tǒng)的特點是過載能力強(qiáng)所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品供貨容易運(yùn)行可靠維護(hù)工作量大但是技術(shù)要求不高對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害的影響即不會引起電力公害等與G-M系統(tǒng)相比V-M系統(tǒng)具有以下優(yōu)點功率放大倍數(shù)高G-M系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在101左右V-M系統(tǒng)可高達(dá)104比G-M系統(tǒng)高三個數(shù)量級快速響應(yīng)性好G-M系統(tǒng)為秒級V-M為毫秒級因而

37、動態(tài)品質(zhì)快速性能較好功耗小效率高G-M系統(tǒng)平均效率為75左右V-M系統(tǒng)可達(dá)85左右比G-M系統(tǒng)效率提高10以上調(diào)速范圍大由于剩磁影響G-M系統(tǒng)在調(diào)速時轉(zhuǎn)速受到限制而V-M系統(tǒng)調(diào)速時速度從零到最大速度都能控制運(yùn)行可靠直流拖動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點是交流拖動系統(tǒng)無法相比的而V-M系統(tǒng)由于具有以上一些突出的特點因此目前在大型提升機(jī)方面世界各國大多采用直流拖動方案尤以V-M系統(tǒng)為主但是根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明V-M系統(tǒng)尚存在以下缺點 1 晶閘管元件的過載能力 過電壓過電流 較低因此在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中作為供電元件時為了適應(yīng)瞬時過載 例如提升機(jī)的加速階段 的需要通常將元件的容量和耐壓等級都相應(yīng)增大或者增

38、加使用的晶閘管元件數(shù)量使元件作串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行即使用的元件在正常負(fù)載時處于低負(fù)載 降級使用 以確保在過載的加速階段晶閘管元件的負(fù)載仍然在額定負(fù)載的范圍內(nèi)不致由于出現(xiàn)過負(fù)荷時使晶閘管元件燒毀但由于這種降級使用也給生產(chǎn)維護(hù)上增加了困難 2 有沖擊性的無功功率由于高次諧波的影響使電網(wǎng)電壓的波動加大并導(dǎo)致畸變即所謂引起電力公害同時低速時功率因數(shù)也較低目前在我國使用的多繩摩擦輪提升機(jī)G-M直流拖動占一定比例而進(jìn)口的直流拖動提升系統(tǒng)則全部采用V-M系統(tǒng)傳統(tǒng)的串電阻交流拖動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單堅固耐用占地面積小維護(hù)方便運(yùn)行可靠價格低廉設(shè)備供貨容易安裝調(diào)試周期短等優(yōu)點主要缺點是啟動階段電能損耗較大當(dāng)用于要求頻繁啟動

39、或不同運(yùn)行速度的多水平提升機(jī)時就更為不經(jīng)濟(jì)但用于單水平提升時其提升效果實際上與用發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動系統(tǒng)相當(dāng)此外在調(diào)速性能方面交流拖動系統(tǒng)一般不如直流拖動系統(tǒng)優(yōu)越但選用了動力制動低頻制動可調(diào)機(jī)械閘負(fù)荷測量計算裝載等輔助裝置后交流拖動系統(tǒng)亦可獲得滿意的調(diào)速性能綜上原因交流拖動系統(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(yīng)用近年來交流變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展起來調(diào)速方式的不斷進(jìn)步使得運(yùn)用于提升機(jī)系統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)不僅僅局限于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻方式變頻調(diào)速技術(shù)也越來越多地在提升機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用充分發(fā)揮出交流調(diào)速的優(yōu)勢目前交流調(diào)速最有前途的是變頻調(diào)速技術(shù)在變頻調(diào)速技術(shù)中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都能

40、滿足提升機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這一特征所以在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中這兩種調(diào)速方案將是重要發(fā)展方向com 主控系統(tǒng)設(shè)計基于PLC控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)變頻系統(tǒng)液壓站潤滑站操作臺安全保護(hù)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成系統(tǒng)框圖如圖2-3所示各部分功能如下 2-3 提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖 1主控系統(tǒng)圖2-3為提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采用三菱FX2N系列的可編程控制器一備一用當(dāng)主PLC發(fā)生故障的時候可以迅速切換備用PLC不影響生產(chǎn)使用PLC集成高速計數(shù)輸入口以及特殊高速計數(shù)模塊相結(jié)合對分別安裝于電機(jī)軸輥筒主軸天輪的四個編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集同時監(jiān)視速度深度以及判斷松繩AD模塊采集現(xiàn)場液壓站及潤滑站的油壓油

41、溫等信號在井筒及深指器各階段安裝行程開關(guān)用以確定罐籠位置并相互校驗達(dá)到停車位的精確控制程序編制滿足提升機(jī)自動半自動手動驗繩調(diào)繩等工作方式并可方便的轉(zhuǎn)換滿足提升階段 如加速減速等速爬行等 穩(wěn)定運(yùn)行的要求 2變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采用德國制造西門子變頻器性能優(yōu)越采用矢量控制技術(shù)適合提升機(jī)工作環(huán)境只需在控制單元給出對變頻器的控制命令 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)多段速等 即可使提升機(jī)按照設(shè)定的速度曲線運(yùn)行滿足提升階段穩(wěn)定運(yùn)行的要求變頻調(diào)速裝置本身具有過壓欠壓過流過負(fù)荷缺相超溫等保護(hù)同時配合來自現(xiàn)場的各種信號傳感器的監(jiān)視及相應(yīng)處理可實現(xiàn)絞車過卷過速減速限速等重要保護(hù)的雙線制保護(hù)功能滿足煤礦安全規(guī)程要求在變頻器系統(tǒng)中輸出閘控

42、信號到PLC要求只有在變頻的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值的時候才可以松閘這樣會避免豎井提升機(jī)啟動時發(fā)生溜車現(xiàn)象 3液壓站為提升機(jī)提供制動力停車時先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動力再取消直流制動力提升機(jī)起動時先對電機(jī)施加直流制動再松開機(jī)械抱閘防止溜車以保證系統(tǒng)安全可靠地工作 4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它是整個礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令以實現(xiàn)對提升機(jī)啟動加速平穩(wěn)運(yùn)行減速停車以及緊急制動等各種控制功能 5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

43、故障狀態(tài) 6安全保護(hù)本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路這三條安全電路相互冗余與閉鎖一條斷開時另兩條也同時斷開硬安全回路通過硬件回路實現(xiàn)無論P(yáng)LC單元是否正常工作一旦出現(xiàn)重度故障信號硬安全回路馬上斷開軟安全回路分別在兩套PLC軟件中搭建與硬安全回路相同并且同時動作安全電路斷開后系統(tǒng)會立即解除運(yùn)行控制指令封鎖變頻器制動油泵斷開安全閥和KT線圈進(jìn)行緊急制動安全保護(hù)功能齊全設(shè)有過卷等速超速定點超速PLC 編碼器斷線錯向傳動系統(tǒng)故障及自動限速等保護(hù)功能控制系統(tǒng)工作原理當(dāng)司機(jī)聽到開車信號時按下啟動按鈕PLC控制將380V動力電源接入變頻器再松開液壓制動閘并將主令控制器推到正向或反向提升機(jī)開始運(yùn)行

44、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AD轉(zhuǎn)換由模擬量輸出口輸出以驅(qū)動變頻器工作對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)的轉(zhuǎn)速并將此信號傳送給可編程控制器PLC通過該信號可以累計計算提升機(jī)的速度及行走距離監(jiān)視器可以時時顯示提升機(jī)速度和位置第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計31變頻調(diào)速的發(fā)展及在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中直流調(diào)速以其控制容易調(diào)速精度高等特點長期占據(jù)了主導(dǎo)地位但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜過流能力不強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)差難以實現(xiàn)高速度化等原因一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大相比較而言交流異步電機(jī)具有

45、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)過流能力大牢固耐用結(jié)構(gòu)簡單容易維護(hù)及價格低廉等優(yōu)點但異步電機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制理論的飛速發(fā)展現(xiàn)代控制理論越來越多的應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中使得交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美相競爭交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大近年來電力電子技術(shù)的發(fā)展和DSP微處理器的推出更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)目前已經(jīng)進(jìn)入了實用化階段作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速其發(fā)展不超過40年卻取得了長足的進(jìn)步變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速調(diào)速范圍寬等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段第一個階段為電壓頻率 Uf 恒定控制這種控制方法在低頻時定

46、子電壓較低定子漏抗壓降所占的份量不能忽略因此需要人為地把電壓抬高一些用以補(bǔ)償定子壓降負(fù)載不同時需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯釉诳刂栖浖袀溆胁煌甭实难a(bǔ)償特性以便用戶選擇第二個階段是矢量變換控制它的方法是模擬直流電動機(jī)的控制特點來進(jìn)行交流電動機(jī)的控制通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論把交流電動機(jī)定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦后交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂朴谑堑韧谥绷麟妱訖C(jī)第三個階段為直接轉(zhuǎn)矩控制也叫直接自控它避開了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換及求矢量模與相角的復(fù)雜計算工作直接在定子坐標(biāo)系上計算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間控制

47、在一拍以內(nèi)且無超調(diào)控制性能更好提升機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)全數(shù)字變頻技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)控制減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動方式將系統(tǒng)的動能反饋給電網(wǎng)與動力制動減速相比不僅調(diào)速性能好減速與爬行自然過渡而且節(jié)能效果顯著采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)實現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)節(jié)使減速階段在各種條件下均可嚴(yán)格按照給定的速度圖運(yùn)行使交流拖動在減速段達(dá)到直流拖動的調(diào)速性能減速段到爬行段過渡平滑這樣在提升機(jī)系統(tǒng)的最大靜張力差允許范圍內(nèi)能實現(xiàn)正力減速與爬行負(fù)力減速與爬行以及驗繩等多種工作方式達(dá)到控制要求采用矢量控制技術(shù)零速起動轉(zhuǎn)矩達(dá)150確保低速爬行時的啟動與運(yùn)行特性輸出頻率跟隨給定頻率并且頻率與電流值可準(zhǔn)確指示出來

48、從而使傳動系統(tǒng)獲得高精度高可靠性采用直接轉(zhuǎn)矩控制可改善低頻特性普通變頻器雖然可以輸出較低的頻率但輸出力矩小特性較軟應(yīng)用于提升位能負(fù)載時起動瞬間總要溜車采用特殊的軟件編程改善低頻特性即使在輸出0Hz的情況下也能輸出200的負(fù)載力矩達(dá)到了在整個運(yùn)行過程都能輸出滿足負(fù)載要求的力矩完全避免了重載坡起時溜車的現(xiàn)象提升機(jī)使用變頻調(diào)速控制具有下列優(yōu)點 1 調(diào)速平滑調(diào)速范圍大通過控制器的控制變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)實現(xiàn)無級調(diào)速使電動機(jī)起動電流小動負(fù)荷小調(diào)速平滑而無沖擊 2 調(diào)速精度高電動機(jī)在自然特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時的外特性硬轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小 3 動態(tài)品質(zhì)好可使提升機(jī)的起動制動反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間降至最少具有良好的

49、動態(tài)品質(zhì) 4 易實現(xiàn)電動機(jī)的換向當(dāng)頻率降低至零后即可反向開車采用控制器改變相序即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡 5 節(jié)電效果顯著變頻調(diào)速比轉(zhuǎn)子回路串接電阻的調(diào)速方法節(jié)約電能204032 變頻調(diào)速基本原理由電機(jī)學(xué)的基本公式 41 式中電動機(jī)定子繞組的磁極對數(shù)p一定改變電源頻率f即可改變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化電源頻率增加同步轉(zhuǎn)速n0也增加實際轉(zhuǎn)速也增加電源頻率下降同步轉(zhuǎn)速n0也下降電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低這種通過改變電源頻率實現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速在變頻調(diào)速領(lǐng)域異步電機(jī)的控制方式多種多樣但從轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)性和過渡特性來看變頻調(diào)速的控制方式分為以下幾種1

50、VF控制VF控制是交流電機(jī)最簡單的一種控制方法通過控制過程中始終保持VF 為常數(shù)來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定然而VF控制是一種開環(huán)的控制方式速度動態(tài)特性較差電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率低控制參數(shù) 如加減速度等 還需要根據(jù)負(fù)載的不同來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整特別是低速時由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時的存在系統(tǒng)可能會發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象這種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場所2轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制與VF控制相比調(diào)速精度要求較高且系統(tǒng)容易穩(wěn)定即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)將電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩功率因數(shù)及效率控制在最佳狀態(tài)但是采用此法的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行同時轉(zhuǎn)差頻率控制未能實施對電機(jī)瞬時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)

51、控制盡管這種系統(tǒng)的靜態(tài)精度較高但由于快速性較差故適用于對響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)3矢量控制矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基礎(chǔ)上通過一系列的坐標(biāo)變換實現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解耦的控制方法可以將作為控制對象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來進(jìn)行控制實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制目前實用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制無需檢測出磁通因而容易實現(xiàn)但是其控制器的設(shè)計在某種程度上依賴于電機(jī)的參數(shù)為了減少控制上對電機(jī)參數(shù)的敏感性已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案收到了較好的效果 4 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 DTC 也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法其克服了坐標(biāo)變換和解耦運(yùn)算的復(fù)雜性

52、直接對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制通過轉(zhuǎn)矩誤差磁通控制誤差按一定的原則選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)控制施加在定子端的三相電壓調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制對轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性但是DTC也存在不足之處其最大的困難就在于低速性能不理想33 變頻器的選擇選擇變頻器時應(yīng)以負(fù)載特性為基本依據(jù)分析提升機(jī)的負(fù)載屬于重力其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性由于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類設(shè)備都存在一定靜摩擦力負(fù)載的慣量很大在啟動時要求有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩這就要求通用變頻器有足夠的低頻轉(zhuǎn)矩提升能力和短時過流能力但當(dāng)?shù)退贂r負(fù)載較重的情況下為提高轉(zhuǎn)矩提升能力而使電壓

53、補(bǔ)償提的過高往往容易引起過電流保護(hù)動作選型時應(yīng)充分考慮這些情況必要時應(yīng)將通用變頻器的容量提高一檔或者采用具有矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的通用變頻器采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻可以在不過電流的情況下提供較大的起動轉(zhuǎn)矩對于升降類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載如提升機(jī)電梯等這類負(fù)載的特點是啟動時沖擊電流大在其下降過程中需要一定制動轉(zhuǎn)矩同時會有能量回饋因此要求變頻器有一定余量 系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意適當(dāng)增大異步電動機(jī)的容量或增大通用變頻器的容量通用變頻器的容量一般取1115倍異步電動機(jī)的容量com的選型提升機(jī)普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器如日本的安川三菱富士德國的西門子及丹麥的丹佛斯等本系統(tǒng)選用西門子6SE70變頻

54、器西門子變頻器具有較合理的價格完整的理論計算書及輔件推薦值有利于用戶合理選用6SE07系列變頻器是具有多種可供選擇接線方式的設(shè)備有將整流部分與逆變部分裝于一體的變頻器用于變頻器的制動電阻和制動單元單獨的整流單元整流回饋單元和單獨的逆變器制動運(yùn)行的方式對于不經(jīng)常制動的設(shè)備可以選擇變頻器制動單元制動電阻的方式對于經(jīng)常制動的設(shè)備采用整流回饋單元向公共直流母線供電再由直流母線向多臺逆變器供電對于不同時制動的逆變器可以在直流母線上交換能量當(dāng)制動功率大時從回饋單元向電網(wǎng)回饋能量還可以將多臺變頻器的直流母線直接連接形成公共直流母線再接入制動單元與制動電阻當(dāng)制動功率大時由制動電阻消耗能量6SE7O系列變頻器具

55、有多種控制方式可以設(shè)定為VVVF控制開環(huán)矢量控制閉環(huán)矢量控制中的一種閉環(huán)矢量控制的性能最好必須接入測速裝置6SE70系列變頻器的所有設(shè)備均有故障自診斷功能6SE70裝置本身提供了多種可靠有效的故障保護(hù)措施同時也提供了簡單實用的故障查詢手段裝置可以記錄同時發(fā)生的多個故障 最多達(dá)8個 并可以保存最近8次所發(fā)生過的故障代碼com 變頻器容量的選擇變頻器的容量可從三個角度表述額定電流可用電動機(jī)功率和額定容量其中后兩項變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)給出或隨變頻器輸出電壓而降低都很難確切表達(dá)變頻器的能力選擇變頻器時只有變頻器的額定電流量是一個反映半導(dǎo)體變頻器裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量負(fù)載電流不超過

56、變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則變頻器的額定功率指的是它適用的4級交流異步電動機(jī)的功率由于同容量電動機(jī)其極數(shù)不同電動機(jī)額定電流不同隨著電動機(jī)極數(shù)的增多電動機(jī)額定電流增大變頻器的容量選擇不能以電動機(jī)額定電流為依據(jù)同時對于原來采用變頻器的改造項目變頻器的容量選擇也不能以電動機(jī)額定電流為依據(jù)這是因為電動機(jī)的容量選擇在考慮最大負(fù)載富裕系數(shù)電動機(jī)規(guī)格等因素往往電動機(jī)的容量富裕較大工業(yè)用電動機(jī)常常在5060額定負(fù)荷下運(yùn)行若以電動機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量留有富裕量太大造成經(jīng)濟(jì)上浪費而可靠性并沒有因此而得到提高變頻器與電動機(jī)的匹配主要是電動機(jī)的額定電壓及電流如果電動機(jī)額定電流小于同功率的變頻

57、器額定電流一般來說用同等功率的就足夠了但如果大了只好用大一級的變頻器對于鼠籠式異步電動機(jī)變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于電動機(jī)的最大正常工作電流11倍為原則這樣可以最大限度地節(jié)約資金在選用變頻器時除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性一般不要留有太大功率余量變頻器與電動機(jī)兩者的功率應(yīng)相匹配不但經(jīng)濟(jì)性好而且輸出波形更好提升機(jī)平均起動轉(zhuǎn)矩一般來說可為額定力矩值的1316倍考慮到電源電壓波動因素及需通過125超載試驗要求等因素其最大轉(zhuǎn)矩必須有12倍的負(fù)載力矩值以確保其安全使用的要求等額變頻器僅能提供小于150超載力矩值為此可通過提高變頻器容量或同時提高變頻器和電機(jī)容量來獲得20力矩值提升機(jī)構(gòu)

58、變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計算并考慮2倍的安全力矩若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量則可能會造成不必要的容量損失com 變頻器主電路設(shè)計及參數(shù)設(shè)定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 012 V 來控制變頻器的頻率變頻器的容量可從三個角度表述額定電流可用電動機(jī)功率和額定容量其中后兩項變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)給出或隨變頻器輸出電壓而降低都很難確切表達(dá)變頻器的能力還可以將多臺變頻器的直流母線直接連接形成公共直流母線再接入制動單元與制動電阻當(dāng)制動功率大時由制動電阻消耗能量選擇變頻器時應(yīng)以負(fù)載特性為基本依據(jù)分析提升機(jī)的負(fù)載屬于