高壓變頻礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、摘 要摘 要礦井提升機(jī)常被人們稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)采用機(jī)械的繼電器-接觸器控制，技術(shù)落后，精度差，保護(hù)不可靠，采用PLC的電控系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式控制系統(tǒng)，從而使礦井提升機(jī)的控制性能得到極大的改善。本文設(shè)計(jì)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，具有數(shù)字行程監(jiān)控、提升機(jī)工作過程控制、安全保護(hù)和遇故障制動(dòng)控制的功能，從而有效的保證提升系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。主控系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC完成各種功能實(shí)現(xiàn)；TDR-J360-RE軸編碼器連接在電機(jī)高速軸作為速度檢測(cè)元件；HIVERT-YVF型變頻器作為系統(tǒng)調(diào)速設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。關(guān)鍵詞 礦井提

2、升機(jī) PLC 變頻調(diào)速 電控系統(tǒng)I目 錄AbstractMine Hoist are often referred to as the throat of mines, which is the most important mining equipment. Traditional mine hoist control system uses mechanical relay - access control. Using the PLC electronic control system to replace the traditional mechanical control syste

3、m because of backward technology, poor accuracy and protection is not reliable .so that the mine hoist control of a performance gains great improvement.The winch designed in this paper upgrade electronic control systems, having digital surveillance programmer to enhance the work of process control,

4、security protection and control function confronting the case of braking failure, and thus effectively raise the guarantee system of safe and reliable operation. Main Control system using Mitsubishi FX2N PLC completed series of function to achieve; TDR-J360-RE-axis encoder connected the high-speed m

5、otor shaft as the speed detection devices; HIVERT-YVF installed with counter-converter system is considered as the Speed Equipment. Thus the security, stability, reliability to the Operation of the entire system is achieved.Key Words Mine Hoist，PLC，F(xiàn)requency Control，Electronic Control system目 錄摘 要 I

6、Abstract II1 緒論 11.1 課題研究的重要性 11.2 課題研究的意義 11.3 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 21.3.1 國外礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 21.3.2 國內(nèi)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 31.4 課題的設(shè)計(jì)目標(biāo) 42 提升電控系統(tǒng)概述 62.1 礦井提升機(jī)工作原理及機(jī)械結(jié)構(gòu) 62.2 提升設(shè)備對(duì)電控系統(tǒng)的要求72.2.1 提升設(shè)備對(duì)電控系統(tǒng)的安全要求72.2.2 提升設(shè)備對(duì)電控系統(tǒng)的性能要求82.3 提升機(jī)的電氣傳動(dòng)82.4 提升機(jī)變頻電控的組成 102.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性 113 PLC在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 133.1 PLC作為控制核心的

7、優(yōu)越性 133.2 由PLC組成的提升機(jī)控制系統(tǒng)功能 144 提升機(jī)主控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 164.1 主控臺(tái)的組成164.2 電控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 174.3 電控系統(tǒng)安全保護(hù)設(shè)計(jì) 174.4 變頻設(shè)備 184.4.1 變頻柜在提升電控系統(tǒng)中的功能 184.4.2 變頻裝置的基本原理 194.5 其他設(shè)備 225 PLC程序設(shè)計(jì) 245.1 行程及速度計(jì)算 245.2 主程序流程圖255.3 I/O口分配 266 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用 276.1 系統(tǒng)操作方法276.2 按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能 286.3 高壓變頻柜的性能 30結(jié) 論32致 謝33參考文獻(xiàn) 34附錄一 PLC程序 35附錄二 電控系統(tǒng)原理圖

8、51河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 緒論1.1 課題研究的重要性礦井提升機(jī)(又稱絞車、卷揚(yáng)機(jī))是礦山生產(chǎn)中至關(guān)重要的大型設(shè)備，是井下與外界的唯一通道，素有“礦山咽喉”之稱。在絕大多數(shù)礦井中，提升設(shè)備的提升量就是礦井的主產(chǎn)量。礦井提升系統(tǒng)對(duì)礦井的生產(chǎn)和安全起著至關(guān)重要的作用，有重要的國民經(jīng)濟(jì)意義。礦井提升系統(tǒng)是24小時(shí)連續(xù)作業(yè)的高強(qiáng)度作業(yè)系統(tǒng)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來很大的損失。據(jù)估算，一個(gè)年產(chǎn)150萬噸的中型煤礦，如果停產(chǎn)一天，將造成約八十萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)將產(chǎn)生二十多萬元的能源浪費(fèi)（通風(fēng)、排水、供電系統(tǒng)都必須正常運(yùn)行）。因此，提升機(jī)的傳動(dòng)及控制裝置一直是各國工控界一個(gè)重要的研究

9、領(lǐng)域，也是各個(gè)國家礦山工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電控系統(tǒng)故障引起的礦井提升事故占一定比例。因?yàn)殡娍叵到y(tǒng)自動(dòng)化程度不夠高，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要大量的操作人員，種種原因?qū)е卢F(xiàn)場(chǎng)事故的頻繁發(fā)生。目前，我國很多礦井提升機(jī)仍然采用傳統(tǒng)的交流提升機(jī)電控系統(tǒng)（以TKA-A為代表）。TKA控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成的有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。它的電氣線路過于復(fù)雜化，系統(tǒng)中間繼電器、電氣接點(diǎn)、電氣連線多，造成提升機(jī)因電氣故障停車事故不斷發(fā)生。我國礦井提升系統(tǒng)發(fā)生的故障中，80%以上是電氣故障。提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)性能，是礦井提升機(jī)發(fā)展的整體水平的標(biāo)志，直接影響礦山生產(chǎn)的效率及安全，提升機(jī)電

10、控系統(tǒng)的技術(shù)水平是現(xiàn)代化礦井建設(shè)的重中之重，已成為考核礦井提升設(shè)備性能的重要內(nèi)容之一。1.2 課題研究的意義我國的礦井提升機(jī)，有相當(dāng)一部分是功率為100KW500KW的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。由于歷史的原因，此部分提升機(jī)一直是沿用交流繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式。此種調(diào)速方式技術(shù)落后，且運(yùn)行效果很不理想。而大于500KW并且希望獲得比較高性能的提升機(jī)則大部分采用直流傳動(dòng)的方案，直流電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，帶來的則是運(yùn)行過程中高昂的維護(hù)費(fèi)用。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，目前已經(jīng)非常成熟，且電氣控制性能與直流傳動(dòng)方案相當(dāng)，并有超過直流傳動(dòng)方案的趨勢(shì)，是在工業(yè)控制領(lǐng)域大量采用的技術(shù)?？煽啃灾笜?biāo)已達(dá)到非常高的

11、程度。因此，用交流變頻器直接驅(qū)動(dòng)鼠籠電動(dòng)機(jī)，應(yīng)作為礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)的首選方案。采用具有能量回饋特性的矢量控制型四象限變頻器，直接驅(qū)動(dòng)鼠籠電動(dòng)機(jī)形成的電控系統(tǒng)，具有類似或優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良機(jī)械特性，具有接近于1的功率因數(shù)和大于95的能量轉(zhuǎn)換效率，節(jié)能效果非常顯著。不僅使提升工藝過程性能優(yōu)良，而且使用維護(hù)簡單，整機(jī)效率也大大提高，將是提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展的方向。隨著3C技術(shù)和半導(dǎo)體電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代礦井提升機(jī)系統(tǒng)正在向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展?，F(xiàn)代化礦井建設(shè)對(duì)人的生命更加重視，對(duì)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和安全可靠性提出了更高的要求。2005年6月國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)煤炭

12、工業(yè)健康發(fā)展的若干意見提出加快高產(chǎn)、高效礦井建設(shè)，提高煤礦裝備現(xiàn)代化、系統(tǒng)自動(dòng)化、管理信息化水平，淘汰落后的技術(shù)裝備與工藝，推動(dòng)煤炭工業(yè)科技進(jìn)步。可見提高電控系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、智能化程度和網(wǎng)絡(luò)化程度具有重大現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在礦產(chǎn)行業(yè)中的應(yīng)用極大地提高了礦業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量、安全性、企業(yè)的自動(dòng)化和管理水平。另外，作為能源工業(yè)尤其是煤炭工業(yè)企業(yè)構(gòu)建煤炭企業(yè)網(wǎng)對(duì)提高其生產(chǎn)效率、效益，增強(qiáng)企業(yè)活力具有十分重要的作用。采用當(dāng)前世界上先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線和自動(dòng)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，研制適合生產(chǎn)需要的網(wǎng)絡(luò)化礦井提升機(jī)電控設(shè)備是進(jìn)

13、行設(shè)備改造和新建礦井設(shè)備選型的理想選擇，也是礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的關(guān)鍵一步，對(duì)企業(yè)乃至整個(gè)礦山行業(yè)有著重大影響。1.3 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)在一定程度上代表一個(gè)國家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平，它的電氣傳動(dòng)及控制裝置也一直是各國電氣傳動(dòng)界的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。因此世界各大公司紛紛將新的、成熟的技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)電控系統(tǒng)。下面就國內(nèi)外礦井提升機(jī)中的應(yīng)用情況作一介紹。1.3.1 國外礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀70年代，國外將可編程控制器應(yīng)用于提升機(jī)控制。80年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計(jì)算機(jī)和PLC的應(yīng)用，使提升機(jī)的控制出現(xiàn)了嶄新的面貌，其自動(dòng)化水平、

14、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度。在80年代，晶閘管交-交變頻的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用在礦井提升機(jī)上，開辟了提升機(jī)的節(jié)能時(shí)代。但就自動(dòng)化程度而言，目前世界上最先進(jìn)的提升設(shè)備電控系統(tǒng)應(yīng)該是瑞典的北方墓律納鐵礦，1臺(tái)大型提升設(shè)備，由兩個(gè)人監(jiān)控即可。集散控制在國外已經(jīng)普遍應(yīng)用。可見，礦井提升機(jī)的綜合自動(dòng)化和智能化程度己達(dá)到很高水平并且正在逐步提高。目前國外提升機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀如下： 近幾年，國際上礦井提升機(jī)正朝著安全可靠，高效益，高自動(dòng)化和大型、特大型的方向發(fā)展。出現(xiàn)了適用于年產(chǎn)7501000萬噸的特大型礦井，開采深度已達(dá)1900余米，單次提升量達(dá)50余噸，提升速度超過25米/秒的提升機(jī)。 在交

15、流變頻裝置中，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(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。 提升行程控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高。目前，一些公司生產(chǎn)的提升控制系統(tǒng)采用微機(jī)控制提升技術(shù)，提升精度已經(jīng)達(dá)到2cm，并且使箕斗（罐籠）提升時(shí)可實(shí)現(xiàn)無爬行提升，大大提高了提升能力，如SIEMENS， ABB等公司已采用32位微機(jī)來構(gòu)成行程給定器。 提升過程監(jiān)視：由于近代提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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

16、：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(hào)的監(jiān)視。并能夠運(yùn)用先進(jìn)的預(yù)測(cè)理論進(jìn)行故障診斷和預(yù)測(cè)，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(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保留或打印輸出。作為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，更為礦業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化提供了技術(shù)支持。 安全回路：安全回路是指提升機(jī)在出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障時(shí)，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(duì)不同故障一般采用不同的處理方法。安全回路極為重要，它是安全保護(hù)的最重要的環(huán)節(jié)之一。英、德幾家公司都采用兩臺(tái)PC微機(jī)構(gòu)成安全回路，使安全

17、回路具有完善的故障監(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(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。1.3.2 國內(nèi)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀我國礦井提升設(shè)備的發(fā)展有近五十年的歷史，其總體技術(shù)水平有了長足的進(jìn)步，但和發(fā)達(dá)國家相比仍有一定差距。主要表現(xiàn)在電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、高壓變頻技術(shù)及提升機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等方面。目前，國內(nèi)年產(chǎn)400萬噸以上的大型和特大型礦井提升機(jī)尚屬空白。對(duì)大型提升機(jī)設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)年產(chǎn)400600萬噸大型、特大型礦井提升機(jī)，成為國家大型礦山的發(fā)展需要。因此，國家機(jī)械工業(yè)“十一五”規(guī)劃已將年產(chǎn)400600萬噸以上煤礦成套設(shè)備列入優(yōu)先支持發(fā)展的重大技術(shù)裝備領(lǐng)域。我國提升

18、電控系統(tǒng)整體上處于中等水平，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 行程控制：提升機(jī)行程控制的水平還較低，對(duì)速度給定以時(shí)間給定和機(jī)械式行程給定為主，而以計(jì)算機(jī)為核心的礦井提升機(jī)行程監(jiān)控和保護(hù)的還沒有得推廣。目前，我國大多采用機(jī)械給定方式。 傳動(dòng)方面：雖然變頻技術(shù)很早就有研究了，但是由于我國礦山的固有特點(diǎn)，采用先進(jìn)的變頻技術(shù)的提升機(jī)并不多，有很大一部分提升機(jī)采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是： 調(diào)速時(shí)，大量的轉(zhuǎn)差電能消耗在回路電阻上，造成能源浪費(fèi)； 調(diào)速性能差，自動(dòng)化程度不高，控制系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致故障率高； 啟動(dòng)過程中造成對(duì)電網(wǎng)較大的沖擊電流，同時(shí)產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，造成設(shè)備使用壽命降低； 安全可靠

19、性差，且維護(hù)工作量大、費(fèi)用高； 機(jī)械特性軟，啟動(dòng)力矩小，帶負(fù)載能力差，無法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。還有一小部分礦井提升采用直流傳動(dòng)設(shè)備。但由于直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，付出的代價(jià)是高昂的維修費(fèi)用。 監(jiān)控方面：自1986年以來，針對(duì)制約提升安全的主要環(huán)節(jié)。陸續(xù)增設(shè)了解決行程安全的深度指示器、自動(dòng)減速、限速等安全監(jiān)測(cè)及后備保護(hù)設(shè)備。初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)提升容器的定點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)及幾項(xiàng)重要安全保護(hù)的監(jiān)控，使提升安全狀況有所改善；由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和智能儀器的發(fā)展以及各種組態(tài)軟件的開發(fā)，監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面越來越友好。近幾年一些大的礦井提升機(jī)生產(chǎn)企業(yè)都開發(fā)了礦井提升系統(tǒng)專用計(jì)算機(jī)軟件。 安全回路：安全保護(hù)、閉鎖及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不夠完

20、善。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的引進(jìn)，使提升機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)得到了一定程度的改善。目前我國對(duì)老式礦井的落后現(xiàn)狀采取信息化和自動(dòng)化的改造政策，如中國神華集團(tuán)神府東勝煤炭有限責(zé)任公司所屬的大柳塔礦，2000年通過綜合自動(dòng)化改造，將信息技術(shù)、高新科技應(yīng)用到礦井的生產(chǎn)和管理中，改造后，在生產(chǎn)規(guī)模、機(jī)械化、自動(dòng)化程度上躍居國內(nèi)領(lǐng)先水平?？偟膩碚f，國家出臺(tái)的一系列有關(guān)煤礦發(fā)展的政策確保了煤礦生產(chǎn)的高速發(fā)展，先進(jìn)的控制設(shè)備和控制策略也正在逐步應(yīng)用，我國的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)開始踏上網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化之路。1.4 課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)從解決實(shí)際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)， 在分析了國內(nèi)外礦井提升機(jī)電

21、控系統(tǒng)的現(xiàn)狀、變頻技術(shù)和PLC技術(shù)特性的前提下，以實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠作為提升機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在PLC電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用現(xiàn)在先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，尋求適合提升機(jī)運(yùn)行工藝的方案。本文以三菱FX2N可編程控制器為核心，采用合康億盛HIVERT-YVF高壓變頻調(diào)速裝置為調(diào)速設(shè)備設(shè)計(jì)提升機(jī)電控系統(tǒng)，其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)PLC對(duì)提升機(jī)行程的監(jiān)控以及安全保護(hù)功能，主要內(nèi)容如下： 系統(tǒng)采用三菱FX2N可編程控制器，以行程控制、速度控制以及安全回路為核心，按照GB 20181-2006 礦井提升機(jī)和礦用提升絞車安全要求、JB 8516-1997礦井提升機(jī)和礦用提升絞車安全要求、JBT4263-2

22、000交流傳動(dòng)礦井提升機(jī)電控設(shè)備技術(shù)條件三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行必要的安全連鎖。 整套系統(tǒng)采用三套軸編碼器，其中兩套安裝于高速軸的軸編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的行程、速度和保護(hù)給定；另外一套用于主令控制器，形成數(shù)字化的主令，用于電機(jī)的調(diào)速控制。 將工業(yè)顯示屏應(yīng)用于提升機(jī)電控系統(tǒng)，顯示提升機(jī)的各種靜、動(dòng)態(tài)參數(shù)。采用GP2500型液晶顯示屏，它的存儲(chǔ)容量大，具有多種數(shù)據(jù)接口及工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以將所有畫面上傳至以太網(wǎng)，并且可完全取代上位機(jī)，和上位監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成雙冗余監(jiān)控，極大提高了系統(tǒng)安全可靠性。 采用具有正弦波特性、功率容量足夠大的不間斷電源UPS為控制回路供電。 變頻裝置選用HIVERT-YVF系列高壓變頻

23、設(shè)備，主電路開關(guān)元件為IGBT。其產(chǎn)品采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，具有很高的可靠性。2 提升電控系統(tǒng)概述2.1 礦井提升機(jī)工作原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)礦井提升機(jī)是連接礦井井下和地面的工作機(jī)械，是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動(dòng)容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來?，F(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械。圖2-1-1摩擦式礦井提升機(jī)礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。按鋼絲繩的提升方式分

24、為纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個(gè)容器。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升，提升繩的兩端各連接一個(gè)容器，或一端連接容器另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦

25、式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機(jī)。如圖2-1-2所示，這是一種落地摩擦式主礦井提升機(jī)。起始時(shí)，箕斗處在上限位位置，當(dāng)開車信號(hào)發(fā)出后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，箕斗下降至下限位后停車，同時(shí)箕斗上閥門打開，裝料裝置向箕斗中裝煤；裝滿煤后電機(jī)正轉(zhuǎn)，提升機(jī)上升，提升至上限位位置時(shí)停車，箕斗下閥門打開，通過卸料裝置將煤存放在煤倉中。平衡重用于保持箕斗與提升繩另一端的對(duì)重平衡，使箕斗平穩(wěn)運(yùn)行。圖2-1-2 落地摩擦式礦井提升機(jī)2.2 提升設(shè)備對(duì)電控系

26、統(tǒng)的要求2.2.1提升設(shè)備對(duì)電控系統(tǒng)的安全要求根據(jù)JBT4263-2000交流傳動(dòng)礦井提升機(jī)電控設(shè)備技術(shù)條件在如下情況時(shí)，電控系統(tǒng)應(yīng)具有可靠的安全制動(dòng)并發(fā)出事故報(bào)警。 提升容器過卷時(shí)，應(yīng)能防止將電動(dòng)機(jī)過卷方向電路接通的誤操作; 當(dāng)提升機(jī)速度超過規(guī)定的額定速度的115%時(shí); 閘瓦磨損超過允許值時(shí)； 提升電動(dòng)機(jī)過流或失壓時(shí); 深度指示器失靈時(shí)； 制動(dòng)油壓過壓時(shí); 測(cè)速回路故障時(shí); 控制線路短路或失壓時(shí); 單繩提升機(jī)，當(dāng)鋼絲繩松馳超過規(guī)定值時(shí)； 當(dāng)司機(jī)腳踏緊急停車開關(guān)時(shí)。2.2.2提升設(shè)備對(duì)電控系統(tǒng)的性能要求對(duì)于單水平提升系統(tǒng)，在每次提升循環(huán)中，容器的上升或下降的運(yùn)動(dòng)距離是相同的；對(duì)于多水平提升系統(tǒng)

27、，每次提升循環(huán)中，容器的運(yùn)動(dòng)距離不一定相同。但無論哪種情況，提升機(jī)在工作過程中都有固定的循環(huán)運(yùn)行方式，即按照一定的速度圖進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行方式和礦山企業(yè)的固有特點(diǎn)，綜合提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及礦山生產(chǎn)固有的特點(diǎn)，提升機(jī)工藝對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下: 能夠四象限運(yùn)行。只有這樣，提升機(jī)才能根據(jù)負(fù)載變化及工作需要，按給定速度圖自動(dòng)地工作在正向或反向、電動(dòng)或制動(dòng)等工作狀態(tài)。 有較好的起動(dòng)性能。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，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(dòng)，有較高的過載能力。 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，調(diào)速方便，能滿足各種運(yùn)行方式及提升階段(如加速、減速、等

28、速、爬行等)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。 操作方式轉(zhuǎn)換容易。要能夠方便地進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換。 要設(shè)置準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置，以實(shí)現(xiàn)加、減速時(shí)的平穩(wěn)運(yùn)行。 要設(shè)置完善的故障監(jiān)視、安全聯(lián)鎖、信號(hào)報(bào)警及閘控電路，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。 特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過大，影響系統(tǒng)正常工作。當(dāng)負(fù)載超過一定的限度時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)，迅速安全制動(dòng)停車。 采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備。要易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，并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(fèi)用。2.3 提升機(jī)的電氣傳動(dòng)提升機(jī)的電氣傳

29、動(dòng)方案大體上可分為四類： 繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)這是礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)發(fā)展的第一階段，時(shí)間大約在20世紀(jì)50年代至60年代初期。采用這種方案，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是靠改變轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)的附加電阻來實(shí)現(xiàn)的。這種方案為有級(jí)調(diào)速，調(diào)速時(shí)能耗大。屬轉(zhuǎn)子功率消耗型調(diào)速方案。為在低同步狀態(tài)下產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，需采用動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)方案，應(yīng)設(shè)置輔助電源和定子繞組的二次切換操作裝置。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便，在我國中、小型礦山企業(yè)應(yīng)用較為普遍。缺點(diǎn)是調(diào)速性能差、運(yùn)動(dòng)效率低、運(yùn)行狀態(tài)切換死區(qū)大、調(diào)速不平滑等。 發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)此方案亦屬于礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)發(fā)展的第一階

30、段，20世紀(jì)60年代前的大型礦井提升機(jī)基本上都采用這種方案，該方案的特點(diǎn)是主提升電動(dòng)機(jī)由專設(shè)的直流發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電，通過調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁大小來改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓，屬于調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。采用該方案可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，電動(dòng)狀態(tài)與制動(dòng)狀態(tài)的切換快速平滑，能很好地滿足四象限平滑調(diào)速的要求。由于引入了速度閉環(huán)控制，故可達(dá)到較高的調(diào)速精度，同時(shí)，這種系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的無功沖擊小，功率因數(shù)高。缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低、占地面積大、噪聲大、維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高等。 晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)20世紀(jì)60年代初到70年代，伴隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶閘管變流裝置供電的直流可逆調(diào)速系統(tǒng)得到迅速發(fā)展和普及，這是

31、礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)發(fā)展的第二階段。為獲得可逆運(yùn)行特性，以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行和調(diào)速，這種系統(tǒng)通常有兩種控制方案：電樞換向的可逆調(diào)速系統(tǒng)和磁場(chǎng)換向的可逆調(diào)速系統(tǒng)。在電樞換向的可逆調(diào)速系統(tǒng)中，勵(lì)磁電流的大小和方向是恒定的，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小和方向靠改變電樞變流器輸出電流的大小和方向來實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩反向快，但需設(shè)置正、反向兩組電樞整流器，造價(jià)相對(duì)較高。在磁場(chǎng)換向的可逆調(diào)速系統(tǒng)中，電樞電流的方向是不變的，轉(zhuǎn)矩極性的改變是靠改變勵(lì)磁電流的方向來實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩的反向過程，即勵(lì)磁電流的反向過程較長。為了縮短反向過程的時(shí)間需采取強(qiáng)勵(lì)措施，但優(yōu)點(diǎn)是直流主回路只需設(shè)置一組整流器，造價(jià)相對(duì)較低。由于礦井提升機(jī)對(duì)快

32、速性的要求不算太高，所以在容量較大時(shí)，為減少投資，往往采用磁場(chǎng)換向的可逆調(diào)速方案。與發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速方案相比，晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)具有效率高、噪聲小、調(diào)速范圍大、快速性好等優(yōu)點(diǎn)；但這種系統(tǒng)存在元件過載能力差、功率因數(shù)低、有沖擊性無功功率等缺點(diǎn)。 交-交變頻交流調(diào)速系統(tǒng)交-交變頻交流調(diào)速系統(tǒng)于20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用于礦井提升機(jī)，這是提升機(jī)電氣傳動(dòng)發(fā)展的第三階段。這種方案是將三相交流電源從固定的電壓和頻率直接變換成電壓和頻率可調(diào)的三相交流電源，而實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。它的最大優(yōu)點(diǎn)是只進(jìn)行一次能量變換，所以效率較高。交-交變頻器由三組可逆整流器組成，其三相移相信號(hào)為一組頻率與

33、幅值可調(diào)的三相正弦信號(hào)，因此結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。這種方案調(diào)速的實(shí)質(zhì)是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，控制主提升電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定了定、轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)矢量的大小與相對(duì)位置。按照控制變量的不同，這種系統(tǒng)一般分為電壓控制型和電流控制型兩類，這兩類控制方式各有許多優(yōu)點(diǎn)，但共同的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)控制性能較差。為了改善動(dòng)態(tài)性能，可采用對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓與電流實(shí)行磁通方向的矢量變換控制。在本系統(tǒng)中采用交交變頻調(diào)速，方便的實(shí)現(xiàn)四象限控制，并且可以獲得較大的調(diào)速范圍，節(jié)省能源。2.4 提升機(jī)變頻電控的組成變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)適用于地面或井下非防爆場(chǎng)合中50KW5000KW，用鼠籠式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的各種型號(hào)提升機(jī)。變頻電控系

34、統(tǒng)主要由智能型變頻主控臺(tái)、變頻調(diào)速柜、高壓開關(guān)柜、軸編碼器、制動(dòng)潤滑泵站和各外部控制端子構(gòu)成，如圖2-4所示。軸編碼器圖2-4 礦井提升機(jī)變頻電控系統(tǒng) 智能型變頻主控臺(tái)（BPDK- ZKT）主控臺(tái)是變頻電控系統(tǒng)的控制中心。該設(shè)備采用操作臺(tái)式結(jié)構(gòu)，除位置、速度、溫度、壓力、電流等必要的信號(hào)采集傳感器和終端執(zhí)行設(shè)備外，所有控制回路都裝到操作臺(tái)中。司機(jī)可操作主控臺(tái)上的開關(guān)及按鈕來控制提升機(jī)運(yùn)行，并通過指示燈和人機(jī)界面及時(shí)了解提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。此人機(jī)界面采用GP2500型液晶彩色顯示屏，可顯示提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及各種控制元器件的工作情況，具有上位監(jiān)控功能。主控臺(tái)采用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠

35、的可編程控制器，按安全回路雙線制的設(shè)計(jì)原則，配以多種檢測(cè)控制組件完成了提升機(jī)運(yùn)行過程中應(yīng)有的邏輯控制、時(shí)間和速度控制，具有按行程的速度給定、PID速度閉環(huán)控制以及上述各種情況下的安全保護(hù)。具有邏輯編程簡單、安全保護(hù)可靠、狀態(tài)顯示齊全、語言報(bào)警等功能，并能實(shí)現(xiàn)與調(diào)度室計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，提高了礦井管理水平的現(xiàn)代化。 變頻調(diào)速柜（BPDK-BPG）變頻調(diào)速柜是該系統(tǒng)的調(diào)速設(shè)備，由北京合康億盛科技有限公司HIVERT-YVF系列全數(shù)字、矢量控制型變頻調(diào)速裝置及其它必要的電器組成，用于向鼠籠式交流電機(jī)供電，構(gòu)成高性能、數(shù)字化的變頻調(diào)速系統(tǒng)。它將50Hz工頻變成050Hz連續(xù)可調(diào)的變頻電源，以滿足礦井提升機(jī)工

36、藝要求，同時(shí)完成提升機(jī)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，其設(shè)置與保護(hù)為： 采用優(yōu)化SPWM控制技術(shù)，改善電流波形減輕負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)顫動(dòng)； 具有靜音控制特性，能有效降低電動(dòng)機(jī)發(fā)熱造成的能源損耗； 具有PID閉環(huán)控制功能； 具有瞬時(shí)停電再啟動(dòng)，多段速度設(shè)定，跳躍頻率設(shè)定，S曲線加減速及速度反饋控制； 保護(hù)功能齊全，具有完善的軟、硬件保護(hù)功能，如過熱、電流短路、接地、過壓、欠壓、電動(dòng)機(jī)過載、電涌保護(hù)、主器件自保護(hù)等。 高壓開關(guān)柜（BPDK-KGG）高壓開關(guān)柜用于提升機(jī)6KV的配電，在系統(tǒng)中起通斷、控制或保護(hù)等作用。主要包括高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)與接地開關(guān)、高壓負(fù)荷開關(guān)等部分。是高壓變頻礦井提升系統(tǒng)的重要組成部分，占有非常

37、重要的地位。 軸編碼器（TDR-J360-RE）軸編碼器連接在高速軸上，用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過PLC實(shí)現(xiàn)PID回路控制，保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；用于行程檢測(cè)，通過PLC處理，實(shí)現(xiàn)減速點(diǎn)測(cè)量和提升機(jī)位置顯示。 制動(dòng)泵站(BPDK-ZKBZ)制動(dòng)液壓泵站是液壓制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)和控制設(shè)備，與液壓盤型制動(dòng)器、液壓彈簧閘等液壓制動(dòng)器配套使用，根據(jù)主機(jī)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)松閘、合閘，并控制松閘、合閘的快慢和制動(dòng)力的大小。與礦用提升機(jī)系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)諸如緊急制動(dòng)、二級(jí)制動(dòng)等不同制動(dòng)模式；力求用最可靠、最簡單的元件實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)模式，減少故障率，減小維護(hù)工作量，降低配件消耗；設(shè)有雙泵雙電機(jī)，一套工作，一套備用，在其中一

38、套出現(xiàn)故障的情況下，不影響主機(jī)的正常運(yùn)行。2.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性目前，礦用提升機(jī)普遍使用交流繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別是負(fù)載變動(dòng)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)恒減速控制，經(jīng)常會(huì)造成過放和過卷事故。提升機(jī)頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)工作過程會(huì)使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，且轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜。這種轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，起動(dòng)電流和換檔電流沖擊大；中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全，對(duì)再生能量處理不力。提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，接觸器、電阻器、繞線電動(dòng)機(jī)電刷等容易損壞，故障率高，影響生產(chǎn)效益，特別是在煤礦生產(chǎn)中不能實(shí)現(xiàn)防爆要求。相比串

39、電阻調(diào)速系統(tǒng)的問題，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)體現(xiàn)了其良好的性能。變頻器的調(diào)速控制可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，能很好的防止提升機(jī)過卷和過放事故發(fā)生。變頻器的調(diào)速還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，節(jié)省了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電動(dòng)機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生。3 PLC在礦井提升系統(tǒng)中的應(yīng)用老式的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成的有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)可靠性差、控制精度低，而且硬件接線繁雜、故障率高。本次設(shè)計(jì)采用可編程序控制器( PLC) 著重解決以上問題，取代傳統(tǒng)的繼電器

40、邏輯控制回路，使原系統(tǒng)中大量的時(shí)間繼電器、中間繼電器和計(jì)數(shù)器等硬件由軟件來實(shí)現(xiàn)，在大大減小體積的同時(shí)，更提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性，降低故障率。3.1 PLC 作為控制核心的優(yōu)越性PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行工作的連續(xù)長期性，使得PLC在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有許多其他控制器無法相比的特點(diǎn)。1 可靠性和抗干擾能力強(qiáng)PLC為了滿足在工業(yè)環(huán)境下的

41、要求，采取了如下硬件和軟件措施：第一，采用光電耦合隔離RC濾波器，有效防止了干擾信號(hào)的進(jìn)入。第二，內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。第三，采用優(yōu)良的開關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。第四，具有良好的自診斷功能，可以對(duì)CPU等內(nèi)部電路機(jī)型檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。第五，對(duì)程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進(jìn)行后備，一旦斷電或停止運(yùn)行，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。第六，采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，排除因器件問題而造成的故障。第七，采用了冗余技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了可靠性。2 安裝簡便且維護(hù)工作量小PLC一般不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端子相連，系統(tǒng)便可投入

42、運(yùn)行，安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多。由于PLC本身故障率很低，又有完善的自診斷功能和顯示功能，一旦發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供信息，迅速查明原因。如果PLC本身故障，則可用更換模塊的方法排除故障。這樣提高了維護(hù)的工作效率，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。3 通用性強(qiáng)且使用方便PLC產(chǎn)品已系列化和模塊化，其配備的各種I/O模塊和配套部件，可供用戶選擇使用，可以很方便地組合成能滿足不同控制要求的控制系統(tǒng)。用戶不需要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。4 先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)組合靈活方便PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接進(jìn)來。系統(tǒng)的功能

43、和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實(shí)際要求自行組合，這樣便可實(shí)現(xiàn)用戶要求的合理的性能價(jià)格比。5 對(duì)生產(chǎn)工藝改變的適用性強(qiáng)PLC實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其控制操作的功能是通過軟件編程來確定的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需改變PLC的程序。3.2 由PLC組成的提升控制系統(tǒng)功能變頻電控系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)見圖3-2。圖3-2 PLC控制系統(tǒng) 安裝在提升機(jī)上的軸編碼器與容器提升速度、容器提升位置成正比，用于提升機(jī)速度與行程的采集與顯示，并可作為速度閉環(huán)控制的反饋量。 控制功能：根據(jù)提升機(jī)起動(dòng)、等速運(yùn)行、減速、停車、換向及安全保護(hù)的設(shè)計(jì)要求，改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)必要的電氣聯(lián)鎖和保

44、護(hù)功能。 保護(hù)及聯(lián)鎖功能：安全制動(dòng)時(shí)，配合液壓站安全閥使提升機(jī)實(shí)現(xiàn)一級(jí)或二級(jí)制動(dòng)：同時(shí)變頻器進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)，工作閘繼電器及制動(dòng)油泵等控制回路斷電，使制動(dòng)油壓降為零。 任何情況下，只有司機(jī)接到開車信號(hào)后，才能提升運(yùn)行。 當(dāng)提升過程中發(fā)生潤滑油壓力過高、過低，潤滑油濾油器或液壓站濾油器堵塞或油溫過高時(shí)，顯示屏上有相應(yīng)的故障顯示，點(diǎn)亮相應(yīng)信息燈，告知司機(jī)可以完成本次提升工作，當(dāng)故障接觸后才允許司機(jī)進(jìn)行下一次提升工作。 當(dāng)提升基因發(fā)生故障在中途停車，而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)按上次開車方向選擇開車，并且只能低速開車；若提升容器不在減速行程內(nèi)，由井口發(fā)出開車信號(hào)，允許司機(jī)高速開車

45、。 全礦停電時(shí)，由PLC保證提升機(jī)能實(shí)現(xiàn)二級(jí)制動(dòng)，并做好提升的后備保護(hù)。4 提升機(jī)主控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 主控臺(tái)的組成主控系統(tǒng)主要由三菱FX2N系列PLC、顯示器、開關(guān)、按鈕、主令控制器、報(bào)警器、指示燈、接觸器、電磁閥等部件構(gòu)成。如圖4-1所示。指示燈數(shù)字顯示蜂鳴器顯示器輸 輸入 PLC 出端 端行程開關(guān)壓力傳感器溫度傳感器速度傳感器執(zhí)行元件接觸器電磁閥離合器主令控制器手閘控制器開關(guān)按鈕圖4-1 提升機(jī)主控臺(tái)系統(tǒng)框圖在本系統(tǒng)中使用了三菱FX2N-64MT作為主控機(jī)，保證系統(tǒng)工作可靠、安全；采用特殊模塊FX2N-4AD用于將檢測(cè)制動(dòng)油壓、潤滑油壓、電機(jī)電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)行顯示、保護(hù)；FX2N-

46、4DA將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。具體配置如表4-1所示。 表4-1 主控臺(tái)PLC模塊組成序號(hào)名稱類型規(guī)格數(shù)量1通訊模塊FX2N-485DB12接口模塊FX2N-64MT13AD轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD14DA轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4DA14.2 電控系統(tǒng)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下三大功能：控制提升機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；監(jiān)視提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)采取相應(yīng)措施;自動(dòng)檢測(cè)故障，并發(fā)出聲光報(bào)警；本系統(tǒng)設(shè)定三種工作模式，分別是全自動(dòng)模式、半自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。全自動(dòng)模式。司機(jī)在看到允許開車信號(hào)以后，按下開車按鈕，由主控系統(tǒng)自動(dòng)判斷開車方向，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)開車、加速、等速、減速、停車的全過程，監(jiān)視提

47、升機(jī)運(yùn)行過程中的安全狀況，發(fā)現(xiàn)問題自動(dòng)采取相應(yīng)措施，完全不用司機(jī)參與控制的工作模式。在所有設(shè)備、儀器儀表工作狀態(tài)正常，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度沒有特殊要求，一般采用這種工作方式。半自動(dòng)模式。由司機(jī)通過操作手柄控制提升機(jī)運(yùn)行的方向、速度和停車，由主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速控制，監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)行過程中的安全狀況，發(fā)現(xiàn)問題自動(dòng)采取相應(yīng)對(duì)策的工作模式。在對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度有特殊要求、或者某些設(shè)備、儀器儀表工作狀態(tài)不正常而沒有投入時(shí)，一般采取這種工作模式。手動(dòng)模式。司機(jī)控制提升機(jī)運(yùn)行的方向，完全控制提升機(jī)開車、加速、等速、減速、停車的全過程，并負(fù)責(zé)監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)行過程中的安全狀況，發(fā)現(xiàn)問題由司機(jī)采取相應(yīng)對(duì)策的工作模式。在主

48、控系統(tǒng)PLC部分被切除（PLC部分發(fā)生故障、或者因某些重要設(shè)備、儀器儀表工作狀態(tài)不正常而導(dǎo)致PLC禁止開車）時(shí)，一般采用這種工作模式。4.3 電控系統(tǒng)安全保護(hù)設(shè)計(jì)提升機(jī)運(yùn)行的安全問題，是提升機(jī)電控系統(tǒng)首先要考慮的，在本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了由PLC主控系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等實(shí)施的多重監(jiān)視保護(hù)措施。其中，主控系統(tǒng)的保護(hù)是最全面、最可靠的。在提升機(jī)運(yùn)行過程中，主控系統(tǒng)在檢測(cè)到故障后，會(huì)根據(jù)故障采取不同措施進(jìn)行處理，包括進(jìn)行安全制動(dòng)、一級(jí)制動(dòng)、二級(jí)制動(dòng)、故障指示燈提示等。行程檢測(cè)行程是電控系統(tǒng)進(jìn)行容器位置、速度計(jì)算以及下達(dá)減速、停車命令最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。容器行程、速度出現(xiàn)問題，將直接影響提升機(jī)運(yùn)行的安全。本系統(tǒng)采

49、將兩套高速軸編碼器安裝在提升機(jī)的高速軸上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的行程、速度和保護(hù)給定，將數(shù)字信號(hào)傳送到主控PLC和變頻柜控制器上，用來測(cè)量提升機(jī)的行程和速度，具有很高的測(cè)量精度；同時(shí)兩個(gè)軸編碼器互相獨(dú)立，相互監(jiān)視，一旦出現(xiàn)問題，立即安全制動(dòng)。提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)對(duì)提升容器運(yùn)行過程中的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題后，根據(jù)情況采取不同措施進(jìn)行處理，這些監(jiān)測(cè)包括：超速，提升容器在速度曲線的等速段高速運(yùn)行時(shí)，提升容器的最大運(yùn)行速度超過設(shè)計(jì)規(guī)定值。本設(shè)計(jì)設(shè)定提升機(jī)的最大速度是3.6m/s，一旦檢測(cè)出提升容器最大運(yùn)行速度超過3.6m/s的115時(shí)%，為確保人員或物料的安全，采取二級(jí)制動(dòng)。過速，在提升容器進(jìn)入速度曲線的

50、減速階段或者爬行階段，以超過設(shè)定值速度15%的速度向井口（井底）運(yùn)行，視為過速，應(yīng)采取一級(jí)制動(dòng)。正、反向過卷，提升容器運(yùn)行超過上、下井口位置0.5米為正、反向過卷，應(yīng)采取一級(jí)制動(dòng)。松繩，提升機(jī)運(yùn)行過程中，鋼絲繩在松弛狀態(tài)下突然受力而產(chǎn)生的事故，應(yīng)采取一級(jí)制動(dòng)。錯(cuò)向操作，當(dāng)開車方向與打點(diǎn)信號(hào)方向不同時(shí)，屬錯(cuò)向操作。這可能是司機(jī)操作失誤，也可能是某種特殊情況的要求，這時(shí)將以聲光報(bào)警的形式提示司機(jī)，由司機(jī)決定如何操作。設(shè)備、儀器儀表檢測(cè)與提升機(jī)運(yùn)行相關(guān)的設(shè)備、儀器儀表很多，主控系統(tǒng)不斷檢測(cè)它們的工作狀況，一旦發(fā)生故障，根據(jù)故障嚴(yán)重程度分別采取相應(yīng)措施。采取安全制動(dòng)。即安全回路動(dòng)作，并切斷電路，這是針

51、對(duì)最嚴(yán)重的故障采取的措施。這是不管箕斗（罐籠）在什么位置，速度有多大，都將立即被迫停止運(yùn)動(dòng)。要全抱閘的情況有：潤滑油泵故障、主回路過壓、變頻柜故障等。采取一級(jí)制動(dòng)。即立即制動(dòng)，并對(duì)電機(jī)抱閘，使箕斗（罐籠）快速停止。采取一級(jí)制動(dòng)的情況有：過卷、減速段過速、等速段超速、松繩、制動(dòng)油過壓等。采取二級(jí)制動(dòng)。即系統(tǒng)自動(dòng)降低速度，然后再施閘停車。采取二級(jí)制動(dòng)的情況有：制動(dòng)油故障、閘磨損等。限制一次開車。即本次提升機(jī)運(yùn)行到結(jié)束點(diǎn)亮故障指示燈，下次排除故障、按下故障消除按鈕后再開車。要采取一級(jí)制動(dòng)的情況有：潤滑油超溫、制動(dòng)油超溫等。4.4 變頻設(shè)備4.4.1變頻柜在提升電控系統(tǒng)中的功能本系統(tǒng)采用的合康億盛HI

52、VERT-YVF型高壓變頻柜，接口電路實(shí)現(xiàn)了變頻器與控制系統(tǒng)的連接，包括正、反轉(zhuǎn)控制、多段速、停車和速度調(diào)節(jié)。 正、反轉(zhuǎn)主令控制器給出“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”命令后，如果沒有給出“松閘”信號(hào)，變頻器會(huì)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保松開制動(dòng)閘過程中重車不下滑。在給出“松閘”信號(hào)后，變頻器開始運(yùn)行。制動(dòng)油泵開啟后，若不小心松開制動(dòng)閘觸動(dòng)“松閘”行程開關(guān)，變頻器接收到“松閘”信號(hào)，同時(shí)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保重車不下滑。當(dāng)重車在井筒中間停車時(shí)，變頻器由高速至停機(jī)后，隨之施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械制動(dòng)起作用后，方去掉直流制動(dòng)，使重車靠機(jī)械抱閘的作用停止。 多速段變頻器內(nèi)部預(yù)置了三個(gè)速度段，

53、分別對(duì)應(yīng)于變頻器運(yùn)行頻率15Hz、25Hz、35Hz，以適應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求。各速度段對(duì)應(yīng)頻率可以分別設(shè)置，以滿足各種工況運(yùn)行需要。 自動(dòng)減速變頻器接收到系統(tǒng)給出的減速信號(hào)后，啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的減速程序，按照設(shè)定要求將提升機(jī)的運(yùn)行速度逐漸降低。 緊急停車變頻器提供了緊急停車信號(hào)輸入端子，急停信號(hào)動(dòng)作后，變頻器立即停止輸出，電機(jī)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后依靠機(jī)械制動(dòng)裝置停車。4.4.2變頻裝置的基本原理1 控制原理HIVERT-YVF采用轉(zhuǎn)子帶速度反饋的矢量控制技術(shù)。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的定位坐標(biāo)下電機(jī)定子電流分解成勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流。維持勵(lì)磁電流不變，控制轉(zhuǎn)矩電流也就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制。實(shí)際運(yùn)用中給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值通過PID調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流It 。經(jīng)過矢量變換將It、Im變換為電機(jī)三相給定電流Ia*、Ib*、Ic*，他們與電機(jī)運(yùn)行電流相比較生成三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖4-4-2-1 控制原理 主電路HIVERT-YVF系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT。HIV