基于PLC的礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC的礦井提升機變頻調(diào)速限制系統(tǒng)設(shè)計摘要本文針對提升機限制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序限制器和變頻器應(yīng)用于提升機限制系統(tǒng)上，并在可行性方面進行了較深化的探討。依據(jù)提升機的運行特點，限制系統(tǒng)采納工控機監(jiān)控提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)，PLC限制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。為了提高系統(tǒng)的牢靠性，對提升機各種物理量與限制單元進行限制監(jiān)控。提升機的動態(tài)監(jiān)測由工控機或觸摸屏和組態(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、編寫限制流程和工程所須要的信息報表以與結(jié)果打印等。主控系統(tǒng)采納PLC系統(tǒng)，硬件簡潔、軟件敏捷性強、調(diào)試便利、維護量小，協(xié)作一些專用電子模塊組成的提升機限制設(shè)備，可供限制高壓帶動動力制動或低頻制動等。同時能檢測各電機故障現(xiàn)象并送往上位機顯示。削減了傳統(tǒng)繼電器接觸式限制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，削減了硬件和限制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，牢靠性。關(guān)鍵詞：礦用提升機；變頻調(diào)速；矢量限制；可編程限制器TheFreouencyConversionUseonTheSpeedAdjustmentofShaftHoistonTheBasisofPLCControlABSTRACT

ElevatorControlSystemInthispaper,theaboveproblemsexistinthePLCandfrequencyconverterusedinelevatorcontrolsystem,andforamorein-depthfeasibilitystudy.Accordingtotheoperationofhoistfeatures,thecontrolsystemIPCVVVFelevatorcontrolsystem,PLCcontrolsystems,frequencycontrolsystemcomponents.Inordertoimprovesystemreliability,andvariousphysicalquantitiesontheelevatorcontrolunittocontrolmonitoring.DynamicmonitoringofelevatororthetouchscreenbyIPCandconfigurationsoftware.Userenvironment,completetheanimationintheconfigurationdesign,equipmentconnections,controlflowandprojectpreparationoftherequiredinformationstatements,andtheresultsofprinting.MastercontrolsystemusesPLCsystems,hardwaresimplicity,thesoftwareflexibilityandeasycommissioningandmaintenanceofsmall,specializedelectronicmoduleswithanumberoftheelevatorcontrolequipment,drivedynamicbrakingforcontrolofhighpressureorlow-frequencybraking.Whilethemotorsymptomscanbedetectedandsenttothehostcomputerdisplay.Relaycontacttoreducethetraditionalcontrolsystemoftheintermediatelinks,reducinghardwareandcontrollines,whichgreatlyimprovessystemstabilityandreliability.

KEYWORDS:：Shafthoist；Frequencyconversion；Vectorcontrol；PLC目錄前言 1第1章緒論 21.1課題概述 21.2國內(nèi)外礦井提升機的發(fā)展?fàn)顩r 2國外礦井提升機的現(xiàn)狀 2國內(nèi)提升機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向 61.3本文內(nèi)容與探討的意義 7探討內(nèi)容 71.3.2探討意義 8第2章礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 92.1礦井提升機對限制系統(tǒng)的要求 92.2提升機調(diào)速限制系統(tǒng)方案設(shè)計 112.2.1限制單元基本原理 112.2.2調(diào)速裝置 132.2.3主控系統(tǒng)設(shè)計 15第3章變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 183.1變頻調(diào)速的發(fā)展與在提升機系統(tǒng)中的應(yīng)用 183.2變頻調(diào)速基本原理 203.3變頻器的選擇 21變頻器的選型 213.3.2變頻器容量的選擇 223.3.3變頻器主電路設(shè)計與參數(shù)設(shè)定 23第4章PLC在提升機變頻限制系統(tǒng)中的應(yīng)用 264.1PLC概述 264.2本系統(tǒng)中PLC的選型與特點 274.3PLC限制系統(tǒng)設(shè)計 274.3.1PLC的I/O安排 284.3.2PLC接線圖 33第5章PLC限制程序設(shè)計 345.1PLC軟件概述與提升機PLC限制要求 345.2程序設(shè)計 355.3系統(tǒng)抗干擾措施 40結(jié)論 42謝辭 43參考文獻 44附錄 46外文資料翻譯 47前言在煤炭生產(chǎn)中提升機擔(dān)負著提升煤炭、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。提升機的電力傳動特性困難，電動機頻繁正反向，常常處于過負荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對提升機來說，運行的平安、牢靠性是至關(guān)重要的，主井干脆關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運輸人員的副井，一旦發(fā)生故障，往往造成機毀人亡。提升機運行的平安牢靠性不僅干脆影響整個礦井的生產(chǎn)實力，影響整個礦山的經(jīng)濟效益，而且還涉與到井下工作人員的生命平安。因此，研制并制造既平安牢靠又節(jié)約能源的提升機是煤礦平安生產(chǎn)的一項重要課題。就計算機技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用狀況而言，可編程限制器（PLC）是目前作為工業(yè)限制最志向的機型，它是采納計算機技術(shù)、依據(jù)事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作限制。采納PLC限制，硬件簡潔、軟件敏捷性強、調(diào)試便利、維護量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機限制，協(xié)作一些提升機專用電子模塊組成的提升機限制設(shè)備，可供限制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。操作、監(jiān)控和平安愛護系統(tǒng)選用可編程限制器。主控計算機應(yīng)用軟件能完成提升機自動、半自動、手動等各種運動方式的限制要求。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機系統(tǒng)限制單元采納目前工控適用的可編程限制器來限制，具有編程簡潔和限制牢靠性高的優(yōu)點；電力拖動系統(tǒng)中，選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量限制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一限制方法目前仍為現(xiàn)代溝通調(diào)速的重要探討方向之一。采納先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，依據(jù)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)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的志向選擇。第1章緒論1.1課題概述礦井提升機是機、電、液一體化的大型機械，廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井，是生產(chǎn)運輸?shù)闹饕ぞ?。在煤炭生產(chǎn)中提升機擔(dān)負著提升煤炭、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。提升機的電力傳動特性困難，電動機頻繁正反向，常常處于負荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對應(yīng)提升機來說運行的平安牢靠是至關(guān)重要的，主井干脆關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率，作為運輸人員的副井，一旦發(fā)生故障往往造成機毀人亡。提升機運行的平安牢靠性不僅干脆影響整個礦井的生產(chǎn)實力，影響整個礦山的經(jīng)濟效益，而且還涉與到井下工作人員的生命平安。因此，研制并制造即平安牢靠又節(jié)約能源的提升機是煤炭平安生產(chǎn)的一項重要課題。1.2國內(nèi)外礦井提升機的發(fā)展?fàn)顩r礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)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相識進一步深化，提升設(shè)備與拖動限制系統(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。特殊是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)在提升機限制中的應(yīng)用已成為必定的發(fā)展方向。1.2.1國外礦井提升機的現(xiàn)狀(1)晶閘管-電動機(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)部分發(fā)達國家原有的溝通提升機已基本上被晶閘管-電動機(以下簡稱SCR-D)所取代。如德國、瑞典等國家己有90%以上采納直流提升機，傳動系統(tǒng)大都采納低速直聯(lián)式(省去減速機)，使系統(tǒng)大為簡化。如AEG公司采納低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，電機功率3000kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，滾筒直徑6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提上升度1200m，具有完善的愛護系統(tǒng);采納磁場反并聯(lián)，有平波電抗器與臥式深度發(fā)送裝置;采納積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號;主回路采納兩組三相橋組成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公司以與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，安裝便利，建筑費用低;無減速器，總效率高，電能消耗少;維護工作量小，備件少，處理事故快;單機容量大，適用范圍廣;調(diào)速平滑，精度高;易于實現(xiàn)最佳限制和自動化，平安牢靠;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0.45左右;無功沖擊大，高次諧波對電網(wǎng)影響大。這些缺點可采納依次限制和多脈沖整流的方法以與在電網(wǎng)上加諧波濾波器等措施使其抑制在肯定的允許范圍內(nèi)。(2)溝通變頻調(diào)速同步機驅(qū)動提升系統(tǒng)SCR-D直流拖動系統(tǒng)趨于成熟，且采納了順控技術(shù)等措施來提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)仍舊較低，從而從電網(wǎng)汲取大量的無功功率，且對電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)峻的影響，提升容量越大，問題越突出。再則，直流電機制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進一步增加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護工作量，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溝通拖動方式。自80年頭初以來，溝通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(shù)、經(jīng)濟均優(yōu)的拖動方式。如SIEMENS公司1979年投運的2×4200kw、l×2650kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min;CEGELEC公司1983年投運的l×548OkW，額定轉(zhuǎn)速69.5r/min;AEG公司1985年投l×30O0kW，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，ABB公司投運的l×4200kW額定轉(zhuǎn)速45.86r/min;SIEMAG公司投運的2x46O0kW等變頻調(diào)速同步機拖動的提升機，經(jīng)過多年的運行，均獲得勝利。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l0000kw，提升速度可達20m/s以上，提上升度1200m以上，滾筒直徑達6.5m，這是直流系統(tǒng)難以達到的;b沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機的牢靠運行和降低了運行消耗;c功率因數(shù)高，可達住0.9～1，極大地節(jié)約了電能;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由于機械特性好，故起動轉(zhuǎn)矩大;f同步機的價格和有色金屬的消耗低于直流機;g調(diào)速范圍寬。因此，多數(shù)專家認為，變頻同步機拖動調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機拖動的必定發(fā)展方向。這種拖動系統(tǒng)的缺點是:a必需(3)微機限制在提升機上的應(yīng)用從70年頭起先，隨著微機技術(shù)的發(fā)展，微機限制技術(shù)己逐步應(yīng)用于礦井提升機中。目前，國外己達到相當(dāng)成熟的階段，使整個拖動限制產(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)提升工藝過程微機限制在溝通變頻裝置中，提升工藝過程大都采納微機限制。由于微機功能強，運用敏捷，運算速度快，監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采納模擬限制無法實現(xiàn)的。如AEG公司采納CP-80微機、ABB公司采納MASTER-200和SIEMENS公司采納S5-150等微機實現(xiàn)的變頻限制，都獲得了相當(dāng)勝利。它們把限制、監(jiān)視、基準(zhǔn)值預(yù)料以與模擬限制等組合在公共的微機限制總線上組成靜止變流器的傳動限制，計算機實現(xiàn)速度與多個變量的調(diào)整。2)提升行程限制提升機的限制從本質(zhì)上說是一個位置限制，要保證提升罐籠在預(yù)定地點精確停車，要求精確度高，目前可達±2cm。采納微機限制，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、滾筒與鋼絲繩磨損等信號進行處理，計算出罐籠精確的位置而施以限制和愛護。在罐籠提升時可實現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升實力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采納位微機來構(gòu)成行程給定器，并還供應(yīng)性能不盡相同的機械行程限制器口。一般過程限制用微機不同時用于監(jiān)視，行程限制也采納單獨微機完成，從而大大提高了系統(tǒng)的牢靠性。3)提升過程監(jiān)視由于近代提升機限制系統(tǒng)的設(shè)計特殊強調(diào)平安牢靠性，所以提升過程監(jiān)視與平安回路一樣，是現(xiàn)代提升機限制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采納微機主要完成如下參數(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)進行存貯、保留或打印輸出，甚至與上位機聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。4)平安回路平安回路旨在出現(xiàn)機械、電氣故障時限制提升機進入平安愛護狀態(tài)。為確保人員和設(shè)備的平安，對不同故障一般采納不同的處理方法，大致分為以下四種狀況:a報警顯示，如冷卻器溫度過高等;b二次不能開車，如電機繞組過熱、制動油過熱等;c馬上進行電氣制動，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馬上進行平安制動，如過卷、超速等。平安回路極為重要，它是愛護的最終環(huán)節(jié)之一，英、德等公司都采納兩臺PC微機構(gòu)成平安回路，使平安回路具完善的故障監(jiān)視功能。無論是提升機還是平安回路本身出現(xiàn)故障時都能精確地實施平安制動。5)制動系統(tǒng)的限制與監(jiān)視制動(可調(diào)閘)限制系統(tǒng)除要牢靠地完成工作制動和平安制動外，還要完成對液壓站的限制以與各環(huán)節(jié)參數(shù)(如油壓、閘瓦磨損等)的監(jiān)視，其技術(shù)要求與平安回路相像。如西門子公司采納兩套可編程序限制器(PLC)的雙重限制與愛護系統(tǒng)。6)全數(shù)字化調(diào)速限制系統(tǒng)德國AEG公司的LogidynD(32位機)、西門子公司的SiemadynD(16位機)以與ABB公司的Tyrak(16位機)系統(tǒng)都己應(yīng)用于提升機上。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)整便利，可便利地與上位機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。當(dāng)然此類系統(tǒng)要求維護人員有更高的技術(shù)水平和計算機學(xué)問。7)內(nèi)裝式提升機AEG公司生產(chǎn)的內(nèi)裝式提升機，將提升主電機與滾筒合為一體，即轉(zhuǎn)子固定，轉(zhuǎn)動的定子充當(dāng)滾筒，使機構(gòu)大為簡化，占地面積小，制造成本低。1.2.2國內(nèi)提升機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向(1)溝通拖動方式目前我國提升機約70%采納串電阻調(diào)速的溝通拖動方式。有單繩和多繩兩種系列，大都采納變更轉(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)濟性變差。極少數(shù)提升機采納串級調(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采納直流拖動有兩種系統(tǒng):直流發(fā)電機始終流電動機機和晶閘管始終流電動機系統(tǒng)。其生產(chǎn)和運用狀況如下:國內(nèi)研制大型直流提升機主要有三大廠家:a上海電機廠主要生產(chǎn)配套電機，已生產(chǎn)低速直流電機80多臺，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速5Or/min，其中長廣煤礦與五村煤礦的提升機為100OkW、48r/min，淮南潘三礦采納一臺26O0kW低速直聯(lián)電機;b上海冶金礦山機械廠主要生產(chǎn)主機與信號系統(tǒng)，已生產(chǎn)80多臺提升機，1979年生產(chǎn)過一臺低速直聯(lián)落地式提升機;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公司引進了晶閘管電控整機系統(tǒng)與元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達7000kW;還引進了溝通變頻調(diào)速(交始終一交)電控生產(chǎn)線，可生產(chǎn)單機4200kW變頻調(diào)速電控設(shè)備;1986年向甘肅金川礦供應(yīng)了一套帶微機限制的800kW直流電控設(shè)備。從國外引進的晶閘管供電的直流提升機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，還正在引進計算機限制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng)。(3)研制與發(fā)展國產(chǎn)大型直流提升機與電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣運用。大功率變頻調(diào)速電控提升機其效率可達89%，國內(nèi)正在組織探討這種系統(tǒng)，不少院校和探討單位都在著手研制。如天津電氣傳動探討所己研制了一臺300kw的變頻調(diào)速裝置。可編程序限制器在提升機電控系統(tǒng)的應(yīng)用可編程序限制器具有牢靠性高、抗干擾實力強、實現(xiàn)繼電邏輯簡潔，基本免于維護等獨特優(yōu)點，特殊適用于對我國占大部分的溝通提升機繼電-接觸器電控系統(tǒng)進行技術(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)局均用可編程序限制器對TKD電控系統(tǒng)進行改造，已投入正常運行和運用，已經(jīng)顯示出了很強的生命力。這是今后一段時期乃至凡十年對我國占絕大多數(shù)采納繼電限制的溝通提升系統(tǒng)進行技術(shù)改造的必由之路。1.3本文內(nèi)容與探討的意義探討內(nèi)容當(dāng)前國內(nèi)提升機電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段限制的溝通繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種限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，造成能源奢侈。(2)電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，簡潔引起電氣與機械沖擊。(3)繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器運用壽命，修理成本較高。(4)溝通繞線異步電動機的滑環(huán)存在接觸不良問題，簡潔引起設(shè)備事故。(5)電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。(6)提升容器通過給定的減速點時，由于負載的不同，而將得到不同的減速度，不能達到穩(wěn)定的低速爬行，最終導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。上述問題使提升機運行的牢靠性和平安性不能得到有效的保障。因此，須要研制更加平安牢靠的限制系統(tǒng)，使提升機運行的牢靠性和平安性得到提高。在提升機限制系統(tǒng)中應(yīng)用計算機限制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，對原有提升機限制系統(tǒng)進行升級換代。就計算機技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用狀況而言，可編程限制器(PLC)是目前作為工業(yè)限制最志向的機型，它是采納計算機技術(shù)、依據(jù)事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作限制。采納PLC限制，硬件簡潔、軟件敏捷性強、調(diào)試便利、維護量小，PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機限制，協(xié)作一些提升機專用電子模塊組成的提升機限制設(shè)備，可供限制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。操作、監(jiān)控和平安愛護系統(tǒng)選用可編程限制器。主控計算機應(yīng)用軟件能完成提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運動方式的限制要求。探討意義在調(diào)研中發(fā)覺，目前山西省各大煤礦的礦井提升機系統(tǒng)的調(diào)速方案大多采納繼電器接觸器限制的轉(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)展的須要.因此有必要對其調(diào)速方案進行改造。在廣泛考察現(xiàn)行的變頻調(diào)速方案后，本文提升機系統(tǒng)限制單元采納目前工控適用的可編程限制器來限制，具有編程簡潔和限制牢靠性高的優(yōu)點:電力拖動系統(tǒng)中，選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量限制技術(shù)，優(yōu)化了調(diào)速系統(tǒng)的性能，這一限制方法目前仍為現(xiàn)代溝通調(diào)速的重要探討方向之一。采納先進的工業(yè)計算機、現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化技術(shù)，依據(jù)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)適合礦井提升機電控設(shè)備是進行技術(shù)改造和新建礦井設(shè)備選型的志向選擇。運用上位機監(jiān)控系統(tǒng)，采納組態(tài)模式，實現(xiàn)良好的人-機對話;實時監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)，上位機動態(tài)模擬顯示與故障閉鎖:可進行故障報警、數(shù)據(jù)查詢、報表打印;記錄提升鉤數(shù)以與每班、每日、每月、每年的提升量累計;故障聲光指示、記憶與部分傳感器上位機的緊急處理。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、限制、自診斷以與記錄和愛護裝置(如負載、速度、加減速、產(chǎn)量、運行時間等記錄)。本文從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題動身，對傳統(tǒng)的調(diào)速方案進行了限制方式的革新和數(shù)字化改造，降低了成本，提高了限制精度，加強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。表明本文所提出的設(shè)計方案具有好用價值。適用、經(jīng)濟、高效、牢靠是本文提升機系統(tǒng)設(shè)計的追求目標(biāo)。第2章礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計2.1礦井提升機對限制系統(tǒng)的要求提升機限制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖。所以須要先來分析提升機電控系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。提升機電氣傳動系統(tǒng)的給定速度u=f(t)如圖2-1所示，依據(jù)動力學(xué)方程式Td=Te-Ti=Tn*e/375(2.1)式中Te-電動機電動力矩;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?？梢缘贸霭唇o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提升機傳動系統(tǒng)給定速度圖、力圖提升機的負載靜力FL確定于提升機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)的負載為位勢負載，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)的運動狀態(tài)和方向無關(guān)。因此在電動機不帶電時，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài)(便于罐籠的裝卸載)，對滾筒必需施加機械閘。從圖2-1可以看出，要使提升機依據(jù)給定的速度圖運行，電動力矩Te可能為正，也可能為負。這意味著電動機不僅要工作在電動狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動狀態(tài)。由于不同的負載，不同的提升機運行階段，電動機的運行狀態(tài)也各不相同。綜合以上提升機的運行特點以與礦山生產(chǎn)固有的特點，提升機工藝對提升機電控系統(tǒng)的要求如下:(1)加(減)速度符合國家有關(guān)平安生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。提升人員時，加速度a≦0.75m/s2，升降物料時，加速度a≦1.2m/s(2)具有良好的調(diào)速性能。要求速度平穩(wěn)，調(diào)速便利，調(diào)速范圍大，能滿足各種運行方式與提升階段(加速、減速、等速、爬行等)(3)有較好的起動性能。提升機不同于其他機械，穩(wěn)定運行的要求。不行能待系統(tǒng)運轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必需能重載啟動，有較高的過載實力。(4)特性曲線要硬。要保證負載變更時，提升速度基本上不受影響，防止負載不同時速降過大，影響系統(tǒng)正常工作(當(dāng)然，當(dāng)負載超過肯定的限度時，還要求系統(tǒng)能有效的自我愛護?？焖倨桨仓苿油＼?，即所謂要具備挖土機機械特性)。(5)工作方式轉(zhuǎn)換簡潔。要能夠便利的進行自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作便利，限制敏捷，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。(6)采納新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，易于實現(xiàn)自動化限制和提高整個系統(tǒng)的工作效率。具備必要的連鎖和平安愛護環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)平安運行.盡量節(jié)約能源和降低運轉(zhuǎn)費用。2.2提升機調(diào)速限制系統(tǒng)方案設(shè)計2.2.1限制單元基本原理我國提升機設(shè)備中，普遍運用TKD系統(tǒng)，這種限制系統(tǒng)是采納繼電器有觸點的邏輯限制，以磁放大器為核心組成模擬量閉環(huán)調(diào)整。在繼電器限制系統(tǒng)中，要完成一個限制任務(wù)，支配限制系統(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，這樣的限制系統(tǒng)稱為接線程序限制系統(tǒng)。在接線程序限制系統(tǒng)中，限制程序的修改必需通過變更接線來實現(xiàn)。幾十年來，這種限制系統(tǒng)由于受元件水平的限制而存在著缺陷，突出表現(xiàn)在:(1)運用大量繼電器、接觸器與其它分立電子元件，系統(tǒng)體積大，運行噪聲大，功耗高，接線困難，故障率高，工作穩(wěn)定性和牢靠性差，限制速度慢，限制精度差，功能變更難度大，運用壽命短。(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依據(jù)預(yù)定的設(shè)計參數(shù)運行，常常出現(xiàn)停車不精確甚至提前停車現(xiàn)象。(3)采納磁放大器做調(diào)整限制，穩(wěn)定性差，線性度差，調(diào)速精度很難保證。(4)系統(tǒng)平安愛護環(huán)節(jié)不全面，工作不行靠，故障顯示不直觀，分析查找故障難度大，缺乏運行參數(shù)顯示功能.(5)調(diào)速性能差，機械沖擊大，人員乘車舒適性差。這些不足主要是因為采納繼電器限制方式造成的，在這種限制方式下接著改善的余地不大。假如對該豎井提升機電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造，那么須要變更限制策略，采納當(dāng)代高新好用技術(shù)來限制，使之成為平安、牢靠、高效率、自動化程度高的電控系統(tǒng)。是可編程序邏輯限制器，簡稱PLC，PLC技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段，由它構(gòu)成的限制系統(tǒng)邏輯限制由PLC通過軟件編程實現(xiàn)，柔性強，限制功能多，限制線路大大簡化;PLC的輸入喻出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載愛護措施，程序運行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測與診斷程序，牢靠性極高;PLC限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護更換便利，并可顯示故障類型。圖2-2為可編程限制器限制系統(tǒng)。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器限制系統(tǒng)相同，但它們是干脆接到可編程序限制器的輸入端和輸出端的。限制程序是通過一個編程器寫到可編程限制器的程序存儲器中.每個程序語句確定了一個依次，運行時依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容進行說明并加以執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果用以接通輸出設(shè)備，限制被控對象工作。在存儲程序限制系統(tǒng)中，限制程序的修改不須要通過變更限制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需通過編程器變更程序存儲器中某些語句的內(nèi)容。圖2-2可編程限制器限制系統(tǒng)框圖可編程邏輯限制器因為其具有高牢靠性以與軟件可編程的優(yōu)點，在現(xiàn)代限制中越來越廣泛的應(yīng)用。對于一般提升機電控系統(tǒng)來說，采納一套中小容量的PLC即可滿足要求，其價格也不高.假如采納PLC技術(shù)對TKD-A電控系統(tǒng)進行改造，把原來由各種電器通過連線而實現(xiàn)的邏輯限制改由PLC通過軟件編程實現(xiàn)，則限制線路將大大簡化，設(shè)備體積、設(shè)備修理量將大大減小，抗干擾實力將大大增加，工作牢靠性將大大提高，工藝變更時只須要變更限制程序即可。改造時保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令限制器作用不變，則用戶運用起來將特別便利，不須要適應(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、故障檢測與診斷功能、信號顯示功能等來增加一些新的限制功能，平安性將大大提高，運行將更加平穩(wěn)、精確，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，具有很強的好用價值。2.2.2調(diào)速裝置礦井提升機，從電力拖動而言，可分為溝通拖動和直流拖動兩大類。我國目前正在服務(wù)的礦井提升機的電控系統(tǒng)中，屬于溝通拖動的有轉(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)電機與直流電動機組成的G-M調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管整流裝置供電的V-M調(diào)速系統(tǒng)。直流拖動系統(tǒng)一般采納他勵電動機作為主拖動電機，它具有調(diào)速性能好，低速階段運行穩(wěn)定，在加速，減速和低速運行時的電耗小，簡潔實現(xiàn)自動化限制等優(yōu)點.依據(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)的特點是過載實力強，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨簡潔，運行牢靠，維護工作量大但是技術(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限制，運行牢靠。直流拖動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的特點，是溝通拖動系統(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，目前在大型提升機方面，世界各國大多采納直流拖動方案，尤以V-M系統(tǒng)為主。但是依據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)實踐閱歷表明，V-M系統(tǒng)尚存在以下缺點:(1)晶閘管元件的過載實力(過電壓、過電流)較低，因此在礦井提升機系統(tǒng)中作為供電元件時，為了適應(yīng)瞬時過載(例如提升機的加速階段)的須要，通常將元件的容量和耐壓等級都相應(yīng)增大，或者增加運用的晶閘管元件數(shù)量，使元件作串聯(lián)或并聯(lián)運行，即運用的元件在正常負載時處于低負載(降級運用)，以確保在過載的加速階段，晶閘管元件的負載仍舊在額定負載的范圍內(nèi)，不致由于出現(xiàn)過負荷時使晶閘管元件燒毀。但由于這種降級運用，也給生產(chǎn)維護上增加了困難。(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,在我國運用的多繩摩擦輪提升機，G-M直流拖動占肯定比例，而進口的直流拖動提升系統(tǒng)，則全部采納V-M系統(tǒng)。傳統(tǒng)的串電阻溝通拖動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡潔，堅實耐用，占地面積小，維護便利，運行牢靠價格低廉，設(shè)備供貨簡潔，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)用于要求頻繁啟動或不同運行速度的多水平提升機時就更為不經(jīng)濟。但用于單水平提升時，其提升效果事實上與用發(fā)電機組供電的直流拖動系統(tǒng)相當(dāng)。此外在調(diào)速性能方面，溝通拖動系統(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)機械閘、負荷測量、計算裝載等協(xié)助裝置后，溝通拖動系統(tǒng)亦可獲得滿足的調(diào)速性能。綜上緣由，溝通拖動系統(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。近年來溝通變頻調(diào)速技術(shù)快速發(fā)展起來，調(diào)速方式的不斷進步使得運用于提升機系統(tǒng)的溝通調(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限制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮出溝通調(diào)速的優(yōu)勢。目前溝通調(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)中矢量限制和干脆轉(zhuǎn)矩限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。主控系統(tǒng)設(shè)計限制系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、液壓站、潤滑站、操作臺、平安愛護和限制監(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提升機限制系統(tǒng)框圖（1）主控系統(tǒng)圖2-3為提升機限制系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)的主控系統(tǒng)采納三菱FX2N系列的可編程限制器，一備一用，當(dāng)主PLC發(fā)生故障的時候可以快速切換備用PLC不影響生產(chǎn)。運用PLC集成高速計數(shù)輸入口以與特殊高速計數(shù)模塊相結(jié)合，對分別安裝于電機軸、輥筒主軸、天輪的四個編碼器數(shù)據(jù)進行采集，同時監(jiān)視速度、深度以與推斷松繩；A/D模塊采集現(xiàn)場液壓站與潤滑站的油壓、油溫等信號;在井筒與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，達到停車位的精確限制。程序編制滿足提升機自動、半自動、手動、驗繩、調(diào)繩等工作方式，并可便利的轉(zhuǎn)換;滿足提升階段(如加速、減速、等速、爬行等)穩(wěn)定運行的要求。（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)采納德國制造西門子變頻器，性能優(yōu)越，采納矢量限制技術(shù)適合提升機工作環(huán)境，只需在限制單元給出對變頻器的限制吩咐(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段速等)即可使提升機依據(jù)設(shè)定的速度曲線運行，滿足提升階段穩(wěn)定運行的要求。變頻調(diào)速裝置本身具有過壓、欠壓、過流、過負荷、缺相、超溫等愛護，同時協(xié)作來自現(xiàn)場的各種信號傳感器的監(jiān)視與相應(yīng)處理，可實現(xiàn)絞車過卷、過速、減速、限速等重要愛護的雙線制愛護功能，滿足煤礦平安規(guī)程要求。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)矩達到肯定值的時候才可以松閘，這樣會避開豎井提升機啟動時發(fā)生溜車現(xiàn)象。（3）液壓站為提升機供應(yīng)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)平安牢靠地工作。（4）操作臺操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度協(xié)助給定與制動力給定。它是整個礦井提升機運輸系統(tǒng)的限制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和限制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種限制吩咐，以實現(xiàn)對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車以與緊急制動等各種限制功能。（5）限制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和限制系統(tǒng)與運輸系統(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)。（6）平安愛護本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件平安電路和兩條軟件平安電路，這三條平安電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另兩條也同時斷開。硬平安回路通過硬件回路實現(xiàn)，無論PLC單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號，硬平安回路立刻斷開;軟平安回路分別在兩套PLC軟件中搭建，與硬平安回路相同并且同時動作。平安電路斷開后，系統(tǒng)會馬上解除運行限制指令，封鎖變頻器，制動油泵，斷開平安閥和KT線圈，進行緊急制動。平安愛護功能齊全，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)故障與自動限速等愛護功能。限制系統(tǒng)工作原理：當(dāng)司機聽到開車信號時，按下啟動按鈕，PLC限制將380V動力電源接入變頻器。再松開液壓制動閘并將主令限制器推到正向（或反向），提升機起先運行。在提升過程中，限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，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)整限制，也可依據(jù)現(xiàn)場的工況須要，由操作臺速度限制手柄以協(xié)助給定的方式進行限制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程限制器，PLC通過該信號可以累計計算提升機的速度與行走距離，監(jiān)視器可以時時顯示提升機速度和位置。第3章變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計3.1變頻調(diào)速的發(fā)展與在提升機系統(tǒng)中的應(yīng)用傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其限制簡潔，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)困難，過流實力不強，環(huán)境適應(yīng)差，難以實現(xiàn)高速度化等緣由，始終限制了其應(yīng)用范圍的進一步擴大。相比較而言，溝通異步電機具有環(huán)境適應(yīng)實力強、過流實力大、堅固耐用、結(jié)構(gòu)簡潔、簡潔維護與價格低廉等優(yōu)點，但異步電機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和限制理論的飛速發(fā)展，現(xiàn)代限制理論越來越多的應(yīng)用到溝通調(diào)速系統(tǒng)中，使得溝通調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美、相競爭，溝通調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。近年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展和DSP微處理器的推出，更為高性能溝通調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，目前已經(jīng)進入了好用化階段，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。溝通電動機變頻調(diào)速限制技術(shù)大體經(jīng)驗了以下幾個發(fā)展階段：第一個階段為電壓/頻率(U/f)恒定限制，這種限制方法在低頻時定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽視，因此須要人為地把電壓抬高一些，用以補償定子壓降，負載不同時須要補償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在限制軟件中備有不同斜率的補償特性，以便用戶選擇。其次個階段是矢量變換限制，它的方法是模擬直流電動機的限制特點來進行溝通電動機的限制，通過電機統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把溝通電動機定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流重量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流重量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦后，溝通量的限制變?yōu)橹绷髁康南拗?，于是等同于直流電動機。第三個階段為干脆轉(zhuǎn)矩限制，也叫干脆自控，它避開了矢量限制中的兩次坐標(biāo)變換與求矢量模與相角的困難計算工作，干脆在定子坐標(biāo)系上計算電動機的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，限制性能更好。提升機限制系統(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)用于提升機限制。減速段速度調(diào)整采納低頻發(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。采納現(xiàn)代智能限制技術(shù)實現(xiàn)速度電流閉環(huán)調(diào)整，使減速階段在各種條件下均可嚴(yán)格依據(jù)給定的速度圖運行，使溝通拖動在減速段達到直流拖動的調(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、負力減速與爬行以與驗繩等多種工作方式，達到限制要求。采納矢量限制技術(shù)零速起動轉(zhuǎn)矩達150%，確保低速爬行時的啟動與運行特性，輸出頻率跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可精確指示出來。從而使傳動系統(tǒng)獲得高精度、高牢靠性。采納干脆轉(zhuǎn)矩限制可改善低頻特性，一般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)用于提升位能負載時，起動瞬間總要溜車。采納特殊的軟件編程，改善低頻特性，即使在輸出0Hz的狀況下，也能輸出200%的負載力矩，達到了在整個運行過程都能輸出滿足負載要求的力矩。完全避開了重載坡起時溜車的現(xiàn)象。提升機運用變頻調(diào)速限制具有下列優(yōu)點:(1)調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。通過限制器的限制，變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)整，實現(xiàn)無級調(diào)速，使電動機起動電流小、動負荷小、調(diào)速平滑而無沖擊。(2)調(diào)速精度高。電動機在自然特性上運轉(zhuǎn)時的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負載變更小。(3)動態(tài)品質(zhì)好?？墒固嵘龣C的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間降至最少，具有良好的動態(tài)品質(zhì)。(4)易實現(xiàn)電動機的換向，當(dāng)頻率降低至零后即可反向開車，采納限制器變更相序即可實現(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20%～40%。3.2變頻調(diào)速基本原理由電機學(xué)的基本公式:(4.1)式中電動機定子繞組的磁極對數(shù)p肯定，變更電源頻率f，即可變更電動機同步轉(zhuǎn)速。異步電動機的實際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變更。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，電機轉(zhuǎn)速也降低，這種通過變更電源頻率實現(xiàn)的速度調(diào)整過程稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機的限制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)性和過渡特性來看，變頻調(diào)速的限制方式分為以下幾種:（1）V/F限制V/F限制是溝通電機最簡潔的一種限制方法，通過限制過程中始終保持V/F為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而V/F限制是一種開環(huán)的限制方式，速度動態(tài)特性較差，電機轉(zhuǎn)矩利用率低，限制參數(shù)(如加/減速度等)還須要依據(jù)負載的不同來進行相應(yīng)的調(diào)整，特殊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.這種限制方式多用于調(diào)速精度不高的場所。（2）轉(zhuǎn)差頻率限制轉(zhuǎn)差頻率限制是檢測異步電動機的轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)差頻率實行閉環(huán)限制.與V/F限制相比，調(diào)速精度要求較高，且系統(tǒng)簡潔穩(wěn)定，即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，將電動機的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)與效率限制在最佳狀態(tài)。但是采納此法的電動機調(diào)速系統(tǒng)只能是單機運行，同時轉(zhuǎn)差頻率限制未能實施對電機瞬時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)限制，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）矢量限制矢量限制是一種建立在轉(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)電機定子電流轉(zhuǎn)矩重量和磁通重量的解耦的限制方法，可以將作為限制對象的感應(yīng)電機當(dāng)作直流電機來進行限制，實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的限制。目前，好用中多采納轉(zhuǎn)差頻率矢量限制，由于其沒有實現(xiàn)干脆磁通的閉環(huán)限制，無需檢測出磁通，因而簡潔實現(xiàn)。但是其限制器的設(shè)計在某種程度上依靠于電機的參數(shù)，為了削減限制上對電機參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了很多參數(shù)辨識、參數(shù)補償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。(4)干脆轉(zhuǎn)矩限制干脆轉(zhuǎn)矩限制(DTC)也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)限制方法，其克服了坐標(biāo)變換和解耦運算的困難性，干脆對轉(zhuǎn)矩進行限制，通過轉(zhuǎn)矩誤差、磁通限制誤差，按肯定的原則選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)，限制施加在定子端的三相電壓，調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率，達到限制電機轉(zhuǎn)速的目的。由于DTC干脆著眼于轉(zhuǎn)矩限制，對轉(zhuǎn)子參數(shù)變更表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量限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志向。3.3變頻器的選擇選擇變頻器時應(yīng)以負載特性為基本依據(jù)，分析提升機的負載屬于重力，其負載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負載特性。由于恒轉(zhuǎn)矩負載類設(shè)備都存在肯定靜摩擦力，負載的慣量很大，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)矩提升實力和短時過流實力。但當(dāng)?shù)退贂r負載較重的狀況下，為提高轉(zhuǎn)矩提升實力而使電壓補償提的過高，往往簡潔引起過電流愛護動作。選型時應(yīng)充分考慮這些狀況，必要時應(yīng)將通用變頻器的容量提高一檔，或者采納具有矢量限制或干脆轉(zhuǎn)矩限制的通用變頻器。采納矢量限制或干脆轉(zhuǎn)矩限制通用變頻可以在不過電流的狀況下供應(yīng)較大的起動轉(zhuǎn)矩。對于升降類恒轉(zhuǎn)矩負載，如提升機、電梯等，這類負載的特點是啟動時沖擊電流大，在其下降過程中須要肯定制動轉(zhuǎn)矩，同時會有能量回饋，因此要求變頻器有肯定余量。系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)留意適當(dāng)增大異步電動機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1.1～1.5倍異步電動機的容量。3.3.1變頻器的選型提升機普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子與丹麥的丹佛斯等。本系統(tǒng)選用西門子6SE70變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書與輔件舉薦值，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。制動運行的方式:對于不常常制動的設(shè)備可以選擇變頻器+制動單元+制動電阻的方式;對于常常制動的設(shè)備采納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干脆連接，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系列變頻器具有多種限制方式:可以設(shè)定為VVVF限制、開環(huán)矢量限制、閉環(huán)矢量限制中的一種。閉環(huán)矢量限制的性能最好，必需接入測速裝置;6SE70系列變頻器的全部設(shè)備均有故障自診斷功能。6SE70裝置本身供應(yīng)了多種牢靠有效的故障愛護措施。同時也供應(yīng)了簡潔好用的故障查詢手段，裝置可以記錄同時發(fā)生的多個故障(最多達8個)，并可以保存最近8次所發(fā)生過的故障代碼。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)電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難準(zhǔn)確表達變頻器的實力。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)體變頻器裝置負載實力的關(guān)鍵量。負載電流不超過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級溝通異步電動機的功率。由于同容量電動機，其極數(shù)不同，電動機額定電流不同。隨著電動機極數(shù)的增多，電動機額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動機額定電流為依據(jù)。同時，對于原來采納變頻器的改造項目，變頻器的容量選擇也不能以電動機額定電流為依據(jù)。這是因為，電動機的容量選擇在考慮最大負載，富有系數(shù)，電動機規(guī)格等因素，往往電動機的容量富有較大，工業(yè)用電動機常常在50%～60%額定負荷下運行。若以電動機額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量，留有富有量太大，造成經(jīng)濟上奢侈，而牢靠性并沒有因此而得到提高。變頻器與電動機的匹配主要是電動機的額定電壓與電流，假如電動機額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了，但假如大了，只好用大一級的變頻器。對于鼠籠式異步電動機，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于電動機的最大正常工作電流1.1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)性和牢靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動機兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟性好而且輸出波形更好。提升機平均起動轉(zhuǎn)矩一般來說可為額定力矩值的1.3～1.6倍?？紤]到電源電壓波動因素與需通過125%超載試驗要求等因素，其最大轉(zhuǎn)矩必需有1.2倍的負載力矩值，以確保其平安運用的要求。等額變頻器僅能供應(yīng)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容量來獲得20%力矩值。提升機構(gòu)變頻器容量依據(jù)負載功率計算，并考慮2倍的平安力矩。若用在電機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。3.3.3變頻器主電路設(shè)計與參數(shù)設(shè)定變頻器可以輸出頻率可調(diào)的溝通電源，在變頻器的限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(0～12V)來限制變頻器的頻率。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)電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難準(zhǔn)確表達變頻器的實力。還可以將多臺變頻器的直流母線干脆連接，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)以負載特性為基本依據(jù)，分析提升機的負載屬于重力，其負載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負載特性。由于恒轉(zhuǎn)矩負載類設(shè)備都存在肯定靜摩擦力，負載的慣量很大，在啟動時要求有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報警輸出口與制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報警和平安制動，更有效的對限制系統(tǒng)進行平安愛護，變頻調(diào)速主控電路如圖3-1所示。3-1變頻調(diào)速主控電路圖聲光報警回路：變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點30B-30C串聯(lián)在KM1的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時，報警輸出的常閉觸點動作，使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進行平安愛護。為了愛護報警輸出的觸點，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容汲取電路（即RC震蕩電路）。同時（常開）觸點30B-30C閉合，將報警指示燈HL和電笛HA接通，進行聲光報警。與此同時，斷電器KA1得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報警能持續(xù)下去，直到工作人員按下ST1停為止，報警才能解除。制動限制回路：提升機負載由于慣性較大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至0Hz時，常常停不住，而有“蠕動”(也稱爬行)現(xiàn)象，在礦山提升機這種大負載機械中，蠕動現(xiàn)象有可能造成特別危急的后果。為此，變頻器調(diào)速時應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功能。有關(guān)功能的參數(shù)系統(tǒng)存儲在裝置中的參數(shù)組的結(jié)構(gòu)菜單中，因而，一個菜單代表裝置全部參數(shù)中的一套參數(shù)，一個參數(shù)有可能列入幾個菜單。參數(shù)表指明一個參數(shù)作列入的菜單，通過配置給每個菜單的菜單號，使其賦值生效。參數(shù)設(shè)置步驟分為三類:(1)參數(shù)復(fù)原到工廠設(shè)置工廠設(shè)置時裝置全部參數(shù)被定義的初始狀態(tài)，裝置在這個設(shè)置下進行供貨。(2)應(yīng)用參數(shù)設(shè)置步驟簡潔應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常用于已精確了解裝置的應(yīng)用條件且無需測試以與須要相關(guān)擴展參數(shù)進行補充的狀況:(3)用的參數(shù)設(shè)置專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常常用于實現(xiàn)不能確定了解裝置的運用條件且詳細的參數(shù)調(diào)整必需在本機上完成的狀況。在參數(shù)設(shè)置中用到的是專家應(yīng)用、專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置主要分為以下幾個步驟:功率部分的定義(P060=8)、電子板的定義(P060=4)、系統(tǒng)定義(P060=5)、功能調(diào)整。第4章PLC在提升機變頻限制系統(tǒng)中的應(yīng)用4.1PLC概述國際電工委員會（IEC）于1982年11月1985年1月對可編程序限制器作了如下的定義：“可編程序限制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采納可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、依次限制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的吩咐，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，限制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序限制器與其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)限制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計。具有其他工業(yè)設(shè)備難以具備的特點：PLC具有以下特點:(1)牢靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采納了光電隔離、濾波的多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采納E2PROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。(2)限制功能強。PLC所采納的CPU一般是具有較強位處理功能的位處理機，為了增加其困難限制功能和聯(lián)網(wǎng)通信等管理功能，可以采納雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的加強。(3)編程便利易學(xué)。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場運用的電器限制圖特別相像，理解方式也相同，特別適合現(xiàn)場人員學(xué)習(xí)。(4)模塊化結(jié)構(gòu)，擴展實力強。依據(jù)現(xiàn)場須要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于限制從幾個I/O點到幾百個I/O點的限制系統(tǒng)。(5)與外部設(shè)備連接便利。采納統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動端子排，供應(yīng)不同的端子功能適合用于多種電氣規(guī)格。(6)適用與惡劣的工業(yè)環(huán)境。采納封裝的方式，適合于各種振動、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合。(7)體積小、重量輕、功耗低、性價比高。修理便利，功能更改敏捷。4.2本系統(tǒng)中PLC的選型與特點三菱PLC有如下系列:Q系列,AnS系列，QnA系列，A系列和FX系列前四個系列的PLC為模塊型?？砂匆笈渲?。FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。Q4AR系列為雙機熱備系列，最大輸入輸出點數(shù)為8192點。A系列PLC的最大輸入輸出點數(shù)為2048點。F系列程控器的最大輸入輸出點數(shù)為256點。

三菱小型FX2N系列程控器的輸入輸出點最大不超過256點。每臺主機可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過8個。FX系列PLC依據(jù)輸入輸出點數(shù)不同與功能分為多個不同的系列：輸入出點數(shù)在30點以內(nèi)可運用FX1S系列

輸入出點數(shù)在128點以內(nèi)可運用FX1N系列

輸入出點數(shù)在256點以內(nèi)可運用FX2N系列

FX2N系列是PLCFX家族中最先進的系列。基本單元(16～128點)有繼電器或晶體管輸出,最多可擴展到256點。內(nèi)置有8K步RAM(最多可擴展到16K步)可選用存儲卡盒,有RAM,EPROM和EEPROM。FX2N系列PLC的特點：(1)高速的運算速度基本指令：0.08微秒/指令，應(yīng)用指令：1.52至幾百微秒/指令。(2)更敏捷的配置除了具有滿足特殊要求的大量特殊功能模塊外，六個基本FX2N單元中的每個單元可以擴充到256個I/O?？稍黾右粋€通道,如:連接一臺人機界面顯示單元DU，另外一個連接編程器或連二臺DU。

(3)豐富的軟元件3072點協(xié)助繼電器(M)、256點計時器、235點計數(shù)器、8000數(shù)據(jù)寄存器和1000點狀態(tài)繼電器(S)。4.3PLC限制系統(tǒng)設(shè)計4.3.1PLC的I/O安排為提高系統(tǒng)牢靠性，PLC的輸入輸出信號均采納肯定的信號隔離方式:輸入信號，開關(guān)量信號通過繼電器隔離安排，電平信號通過信號安排板隔離安排;輸出信號，通過中間繼電器轉(zhuǎn)接來限制執(zhí)行對象。在設(shè)計時需統(tǒng)計I/O的總量，包括開關(guān)量和模擬量，以確定選用PCL的模塊數(shù)量以與型號。詳細安排如下表，F(xiàn)X2N-A-1系列PLC限制系統(tǒng)的輸入信號與地址編號如表4-1所示。表4-1輸入點地址編碼名稱地址編碼名稱地址編碼電機A軸編碼器（速度）X0半自動X24電機B軸編碼器（速度）X1主系統(tǒng)X25電機B軸編碼器（深度）X2備系統(tǒng)X26輥筒編碼器（速度）X3人員X27深指編碼器（速度）X4材料X30心跳脈沖輸入X10調(diào)繩X31驗繩X11正常X32KP開關(guān)X12調(diào)閥X33修理X13G1X34應(yīng)急X14G2X35上過卷X15G3X36無過卷X16G4X37下過卷X17調(diào)繩限制開關(guān)通X401#KT轉(zhuǎn)換開關(guān)X20調(diào)繩限制開關(guān)斷X412#KT轉(zhuǎn)換開關(guān)X21故障復(fù)位X42手動X22半自動運行X43自動X23深度清零X44語音復(fù)位X45深指上井口開關(guān)X63急停X46深指下井口開關(guān)X64備用X47井筒上過卷X65三倍靜力矩試驗按鈕X50井筒下過卷X66主令零位停車X51井筒上終端X67主令上升X52井筒下終端X70主令下降X53井筒上減速點X71緊閘開關(guān)X54井筒下減速點X72松閘開關(guān)X55井筒上井口開關(guān)X73深指上過卷X56井筒下井口開關(guān)X74深指下過卷X57井筒上校正開關(guān)X75深指上終端X60井筒下校正開關(guān)X76深指下終端X61閘瓦開關(guān)X77深指減速點X62FX2N-B-1系列PLC的限制系統(tǒng)的輸入信號與地址編號如表4-2所示。表4-2輸入點地址編碼名稱地址編碼名稱地址編碼松繩開關(guān)X0KT2出口壓力開關(guān)X14深指失效1X1制動油溫度開關(guān)X15深指失效2X2壓差發(fā)訊器信號1X16電機風(fēng)機運行反饋X3壓差發(fā)訊器信號2X17變頻運行反饋X4潤滑油欠壓信號1X20主電失壓X5潤滑油欠壓信號2X21變頻故障X6潤滑油過壓信號X22A管電子壓力繼電器X7壓差開個信號X23電子溫度繼電器開關(guān)X10液位限制上限X24緊閘反饋繼電器X11液位限制下限X25松閘反饋繼電器X12液量開關(guān)X26KT1出口壓力開關(guān)X13制動閥運行反饋X27FX2N-C-1PLC的限制系統(tǒng)的輸入信號與地址編號如表4-3所示。表4-3輸入點地址編碼名稱地址編碼名稱地址編碼制動泵故障反饋X0調(diào)繩閥鎖開關(guān)X10潤滑泵運行反饋X1硬解除二級制動中繼X11潤滑泵故障反饋X2備用1X12后備愛護開關(guān)X3備用2X13提示信號X4備用3X14平安繼電器反饋X5備用4X15調(diào)繩離合器1X6閘控開關(guān)X16調(diào)繩離合器2X7FX2N-B-1限制系統(tǒng)的輸出信號與地址編號如表4-4所示。表4-4輸出點地址編碼名稱地址編碼深度速度數(shù)顯表RCKY0深度速度數(shù)顯表SCKY1深度數(shù)顯表Y2速度數(shù)顯表Y3主PLC心跳輸出Y4FX2N-A-1限制系統(tǒng)的輸出信號與地址編號如表4-5所示。表4-5輸出點地址編碼名稱地址編碼名稱地址編碼電磁閥中繼G3Y0檢繩故障Y21電磁閥中繼G4Y1深指失效指示Y22電磁閥中繼G5Y2制動油過壓指示Y23電磁閥中繼G6Y3等速段超速指示Y24語音報警1Y4減速段超速指示Y25語音報警2Y5爬行段超速指示Y26語音報警3Y6閘瓦磨損指示Y27軟平安回路中繼Y7離合器打開Y30減速點打鈴Y10離合器合上Y31電機風(fēng)機運行輸出Y11變頻正轉(zhuǎn)輸出中繼Y40PLC監(jiān)視輸出Y12變頻反轉(zhuǎn)輸出中繼Y41主允許一次提升輸出Y13變頻預(yù)留Y42制動泵運行輸出Y14變頻多段速1Y43潤滑泵運行輸出Y15變頻多段速2Y44閘控輸出Y16變頻多段速3Y45一次提升故障指示Y204.3.2PLC接線圖第5章PLC限制程序設(shè)計5.1PLC軟件概述與提升機PLC限制要求三菱PLC的編程軟件有幾種，在此用到的是Gxdeveloper，是一款可兼容三菱各種型號PLC的編程軟件，有離線仿真功能。(1)GX開發(fā)器1)開發(fā)器(GPPW)可以用于生成涵蓋全部三菱電機PLC設(shè)備的軟件包。運用軟件可以為Fx/AQnA/Q系列PLC生成程序。2)開發(fā)器(GPPW)運用Widnows操作平臺以提高工作效率，便于調(diào)試操作和修理操作。3)梯形圖、指令表、或者是SFC(時序功能圖)進行編程。4)可以與原先包括基于DOS操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相兼容。5)維護包括監(jiān)控和程序/參數(shù)上載和下載，通過調(diào)制解調(diào)器通訊即可實現(xiàn)。(2)提升機PLC限制系統(tǒng)要求1)提升機速度(PLC)限制方式提升速度的給定方式有兩種:一種是給定速度為時間的函數(shù)，v=f(t);另一種是給定速度為行程的函數(shù)，v=f(s)。為了提高提升機運行速度限制的精度，在速度給定電路中增加了加速變更率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度，而且還要限制加速度的變更率。為了提升機運行的平安牢靠，采納行程給定和時間給定串級連接。在速度圖中不出現(xiàn)折線，實現(xiàn)S形速度給定曲線。2)提升機行程(PLC)限制方式通過井筒開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器檢測提升行程。其中一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升機的主軸上，另一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動機軸上，天輪軸上的安裝旋轉(zhuǎn)編碼器作為行程檢測后備器件。井筒開關(guān)用來校正行程顯示和限制信號，使行程限制和顯示誤差縮小到允許范圍。5.2程序設(shè)計(1)軟件結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)限制核心主要由PCL和上位機組成，因此，軟件包括PLC限制軟件和上位機組態(tài)軟件。PLC軟件的主要功能是對提升機的啟動、加速、減速、停車等過程限制、信號采集、邏輯處理。PLC軟件設(shè)計采納模塊化結(jié)構(gòu)，程序編制采納梯形圖。上位機軟件主要對系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障狀態(tài)實時監(jiān)控，對運行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)進行存儲和記憶。PLC軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計是依據(jù)提升機工藝和限制要求，將限制任務(wù)和過程分解為很多子過程和子任務(wù)，再對各個子過程和子任務(wù)進行模塊設(shè)計、功能說明，形成一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)。如圖5-1所示。圖5-1PLC軟件結(jié)構(gòu)圖(2)設(shè)計思路軟件部分說明由于限制工藝比較困難，本程序采納主子程序模塊化依次結(jié)構(gòu)進行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成:參數(shù)設(shè)定、上位機顯示、故障存儲、運行數(shù)據(jù)存儲、中間量這五部分，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的限制程序?qū)崿F(xiàn)自動限制，系統(tǒng)編程敏捷，修改程序便利，僅需修改子程序梯形圖程序就可變更限制功能，便于現(xiàn)場維護管理，使提升機運行平安性和牢靠性得到了大幅度提高。主程序和部分子程序分別介紹如下:1）限制程序限制子程序流程圖如圖5-2所示。提升信號、工作手柄以與所選擇的工作方式，驅(qū)動變頻器實現(xiàn)提升下放操作，完成對絞車的啟動、加速、等速、減速、停止等運行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率限制。故障時，通過對液壓站電磁閥的限制，實施一二級平安制動。主要輸出驅(qū)動限制功能為:a電機變頻調(diào)速限制；b制動泵液壓泵的限制；c液壓站電磁閥的限制；d調(diào)繩調(diào)閘操作；e平安愛護、平安制動。程序置有半自動運行(主井提升可實現(xiàn)自動運行)、手動運行、檢修運行、應(yīng)急運行等四種運行方式。在正常狀況下可采納半自動或手動運行；檢修運行時系統(tǒng)自動給定一個檢修速度(0.3m/s)低速運行:當(dāng)故障時，在系統(tǒng)愛護停機后，故障被確認但不能馬上解除，此時可采納應(yīng)急運行方式，應(yīng)急運行速度不超過0.5m/s。圖5-2限制子程序流程圖2)深度、速度檢測子程序速度檢測采納光電旋轉(zhuǎn)編碼器雙線輸入。利用高速計數(shù)模塊對編碼器信號計數(shù)，其中一路編碼器信號用于行程速度愛護，一路用于顯示與監(jiān)測。兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進行比較，當(dāng)比較結(jié)果發(fā)生不一樣時，程序會發(fā)出故障平安制動指令。3)程序軟平安回路功能設(shè)置在PLC軟平安回路中具有如下愛護接點:過卷愛護、主電源失壓、制動油過壓、后備愛護、變頻故障、操作臺急停信號、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號、深指失效、松閘愛護、錯向愛護、編碼器失效、PLC故障、溜車故障。以上任一故障發(fā)生均會斷開平安回路實現(xiàn)平安制動。此外，主令零位、工作閘零位與平安回路閉鎖。4）愛護設(shè)置子程序?qū)Ω鞣N愛護點(減速點開關(guān)、過卷開關(guān)、終點開關(guān)、解除二級制動中繼接點等)除在外部設(shè)置硬接點外，在程序中也設(shè)置軟開關(guān)進行雙重愛護，在程序中設(shè)置的愛護如下:過卷愛護，當(dāng)提升容器超出正常停車位置0.5m時，過卷愛護動作，實現(xiàn)平安制動。等速段超速、減速段超速、爬行段超速愛護。程序中設(shè)置各種運行方式下的速度愛護包絡(luò)線，對各種狀況的超速全程監(jiān)控，任何超速均會斷開平安回路，實現(xiàn)平安制動。自動減速功能，當(dāng)提升容器到達減速位置時，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并起先減速。深指失效愛護，程序通過讀取深度指示器上編碼器的數(shù)值，與其它編碼器的數(shù)值進行比較，當(dāng)推斷深指失效時，自動斷電并實現(xiàn)平安制動。變頻故障愛護，程序不斷監(jiān)測變頻器運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)覺變頻故障時，自動斷電并實現(xiàn)平安制動。松繩愛護，程序不斷監(jiān)測松繩開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)覺松繩故障時，斷開平安回路，實現(xiàn)平安制動。溜車愛護功能，當(dāng)提升機無運行指令而有運行速度時，系統(tǒng)自動斷開平安回路，實現(xiàn)平安制動。潤滑油過壓/欠壓、潤滑油超溫、閘瓦磨損、制動油超溫愛護功能。這類故障發(fā)生在運行中，則允許本次提升完成，但不允許下次開車。開車前出現(xiàn)這類故障，則不允許再開車。PLC是本限制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要限制電路如圖5—3所示，主要的限制功能有如下幾項：主令操作限制、愛護監(jiān)視限制。主令操作限制，對系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)提升機與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并變更相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機依據(jù)預(yù)定的力圖和速度圖平安運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PLC依據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)S形速度給定限制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn)S形曲線。PLC還完成各種愛護監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(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，通過報警回路報警或平安回路實現(xiàn)抱閘停車愛護。1、起動，停車(1)多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運行功能，所以應(yīng)對限制系統(tǒng)加入愛護功能。當(dāng)須要開機運行時，按下起動按鈕SB1，其輸出繼電器KM1便吸合，置于電源與變頻器之間的常開觸點閉合，將三相AC380V動力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實現(xiàn)機械抱閘制動后，可以將變頻器與動力電源脫開，按下停止按鈕SB2，使繼電器KM1失電，其常開觸點斷開，變頻器便與動力電源脫開。圖5-3PLC外部接線(2)梯形圖與編程語言二、上提升，下放在限制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器K1的常閉觸頭限制反轉(zhuǎn)繼電器K2的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器K2的常閉觸頭限制正轉(zhuǎn)繼電器K1的線圈。從而達到互鎖作用。其動作過程如：當(dāng)要下放礦車或送工人到井下時，按下下降按鈕，繼電器K2吸合，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。此時變頻器REV與CM端相連，電機反轉(zhuǎn)下放重物。同時斷開繼電器K1回路，形成下降閉鎖；當(dāng)按下上升按鈕時，K2吸合，斷開K1回路，形成上升閉鎖。此時FWD與CM相連，電機正轉(zhuǎn)上提煤車。當(dāng)按下停止按鈕時，全部繼電器常閉觸頭閉合，為下一次提升做打算。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換(1)工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機轉(zhuǎn)速需在工頻運行或變頻出現(xiàn)故障時進行自由切換。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運行。此時繼電器KM2得電，KM3失電；置于變頻器與電機之間的KM2常開觸點閉合，跨過變頻器，連接電機與三相動力電源的KM3常開觸點斷開。變頻器接入調(diào)速回路，并接受操作臺限制信號與PLC反饋信號，進行調(diào)速限制。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或須要對電機進行點動調(diào)整時，按下工頻按鈕，使KM2斷開，KM3閉合，電機進入工頻狀態(tài)。這樣便于檢修和故障解除。(2)梯形圖與編程語言5.3系統(tǒng)抗干擾措施可編程限制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，工作環(huán)境中各種干擾對系統(tǒng)設(shè)備的正常運行存在著嚴(yán)峻的影響。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮系統(tǒng)的抗干擾措施?？垢蓴_的主要措施有：(1)數(shù)據(jù)采集采納屏蔽電纜，全部屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用芯線也要一端接地這樣可擴大屏蔽作用，并抑制芯線間干擾。必要時可采納帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜。(2)數(shù)據(jù)采集采納屏蔽電纜，全部屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用信號回路匯線接地，輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起，信號電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè)。(3)數(shù)據(jù)采集采納屏蔽電纜，全部屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用全部機柜、操作臺等均需愛護接地，臺柜內(nèi)需有獨立的PLC直流地、機殼平安地、電纜屏蔽地接地端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離。電源柜、動力柜、變頻柜進線方式均為:下進下出。(4)數(shù)據(jù)采集采納屏蔽電纜，全部屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用引至PLC柜的電纜要盡量遠離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。(5)數(shù)據(jù)采集采納屏蔽電纜，全部屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用同一電同等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸。因此對數(shù)字信號和模擬信號，在任何狀況下，都必需分開電纜進行傳輸。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開。盡量縮短模擬量I/O信號線的長度，并采納雙芯屏蔽線作為信號線。(6)數(shù)據(jù)采集采納屏蔽電纜，全部屏蔽電纜層匯線接地，多芯電纜中的備用保證PLC柜良好的通風(fēng)環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場，要充分考慮四周環(huán)境的影響，盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動、熱源或潮濕的地方。結(jié)論本文主要為礦井提升機設(shè)計一套PLC限制的變頻調(diào)速限制系統(tǒng)，設(shè)備包括系統(tǒng)操作臺、變頻柜、電源柜、動力柜與PLC實現(xiàn)提升機速度的可調(diào)整，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的須要。依據(jù)要求，此系統(tǒng)能達到現(xiàn)場的運行狀況、運行數(shù)據(jù)都可以在司機限制室駕馭，用戶在限制室可以通過操作臺或人機界面來設(shè)置提升機的運行頻率、啟動和停止電機，并且各環(huán)節(jié)故障信息可以在操作臺或人機界面上反映出來，以用來提示用戶。對本文在礦井提升機限制系統(tǒng)探討中，采納變頻器和可編程序限制器相結(jié)合的方法，取得了肯定的成果，通過對已改造的提升機設(shè)備進行調(diào)研以與相關(guān)文獻的閱讀可以看出PLC限制的變頻調(diào)速提升機有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。采納PLC后，克服了