礦井提升機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) (2)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論2</b></p><p>　　1.1研究的目的及意義2</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2國

2、內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向3</p><p>　　1.3本文主要工作3</p><p><b>　　2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)工作原理6</p><p>　　2.2系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)和組成9</p><p>　　3 PLC控制電路設(shè)計(jì)13</p>&

3、lt;p>　　3.1 PLC的選型與端口分配13</p><p>　　3.1.1西門子S7-300型PLC14</p><p>　　3.1.2 PLC的端口分配19</p><p>　　3.2 PLC的布線22</p><p>　　3.3信號檢測及顯示電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.3.1指示電路

4、設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.3.2編碼器借口電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.3.3位置信號檢測電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4變頻器控制電路設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.1變頻器的基本原理28</p><p>　　4.2變頻器的選型及外圍電路設(shè)計(jì)30</p><p&g

5、t;　　4.2.1西門子MM440變頻器30</p><p>　　4.2.2變頻器的外圍電路設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.3變頻器的參數(shù)設(shè)置33</p><p>　　4.4制動控制回路38</p><p><b>　　5軟件設(shè)計(jì)43</b></p><p>　　5.1 PLC控制回路

6、程序設(shè)計(jì)43</p><p>　　5.1.1主程序流程圖43</p><p>　　5.1.2 S型速度控制子程序44</p><p>　　5.1.3速度及位置檢測程序設(shè)計(jì)44</p><p>　　5.1.4故障處理子程序46</p><p>　　5.2上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)47</p><p

7、><b>　　結(jié)論51</b></p><p><b>　　致謝52</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></p><p><b>　　附錄54</b></p><p><b>　　1緒論</b>&l

8、t;/p><p>　　1.1研究的目的及意義</p><p>　　礦井提升機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是提升煤炭、礦石，升降人員和下放物料等，在整個煤礦生產(chǎn)中占有十分重要的地位。礦井提升機(jī)安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響全礦的安全生產(chǎn)及礦工生命的安全。</p><p>　　目前國內(nèi)各大煤礦礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的調(diào)

9、速方案大多數(shù)還是采用繼電器—接觸器控制的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式還存在以下問題:</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較

10、高。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。</p><p>　　（6）提升容器通過給定的減速點(diǎn)時(shí)，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。</p><p>　　

11、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障。因此，需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。通過在提升機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)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，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性?？删幊炭刂破?PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲存在計(jì)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

12、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，可控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機(jī)拖動等。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1國外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀</p><p>　?。?）晶閘管—電動機(jī)(SCR—D)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)</p><p>　　其缺點(diǎn)在

13、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。</p><p>　　（2）交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動提升系統(tǒng)</p><p>　　這種拖動系統(tǒng)缺點(diǎn)是：①必須有專用的變頻電源；②在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電機(jī)的過載倍數(shù)有所降低；③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。</p><p>　?。?）微機(jī)控制在提升機(jī)上

14、的應(yīng)用</p><p>　　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)已逐步應(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；②提升行程控制；③提升過程監(jiān)視；④安全回路；⑤制動系統(tǒng)的控制與監(jiān)視；⑥全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2國內(nèi)提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨向</p>

15、<p><b>　?。?）交流拖動方式</b></p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）直流

16、拖動方式</b></p><p>　　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)—直流電動機(jī)機(jī)組(F—D)和晶閘管—直流電動機(jī)(SCR—D)系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）研制與發(fā)展 </b></p><p>　?、賴a(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用；②大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)98％，國內(nèi)正在組

17、織研究這種系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制；③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(shí)現(xiàn)繼電邏輯容易，基本免于維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，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。</p><p><b>　　1.3本文主要工作</b></p><p>　　本文針對傳統(tǒng)、落后的繼電器-接觸器式罐籠運(yùn)行系統(tǒng)，采

18、用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)進(jìn)行基于PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)改造。采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)多段速穩(wěn)定運(yùn)行；采用編碼器、接近開關(guān)等準(zhǔn)確檢測提升容器的位置和速度；采用液壓站和盤形制動器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的工作制動和安全制動；采用先進(jìn)的上位機(jī)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而保證提升機(jī)可靠安全地運(yùn)行。主要內(nèi)容包括：</p><p>　?。?）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）PLC

19、控制回路電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）變頻器主回路電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）系統(tǒng)主程序流程圖的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　礦井提升機(jī)可分為豎井提升機(jī)和斜井提升機(jī)兩種。礦井提

20、升機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(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。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。目前，我國單繩纏繞式提升機(jī)，廣泛采用交流繞線式電動機(jī)拖動。</p><p>　　目前提升機(jī)電

21、控系統(tǒng)組成可簡單的劃分為：控制系統(tǒng)（主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)）、調(diào)速控制系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)、供電系統(tǒng)）、監(jiān)控系統(tǒng)（上位機(jī)、操作臺）。主控系統(tǒng)主要是指完成提升機(jī)加速、等速、減速、爬行到停車整個運(yùn)行過程的開關(guān)量邏輯控制及其必要的保護(hù)并與其他子系統(tǒng)交換信號共同完成對提升機(jī)整機(jī)有效控制的系統(tǒng)；輔控系統(tǒng)是指各路供電電源、控制回路的接口以及輔機(jī)系統(tǒng)的控制等部分；調(diào)速系統(tǒng)是指根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終對提升機(jī)的主拖動電動機(jī)進(jìn)行啟停、加速、減速、穩(wěn)速運(yùn)

22、行控制的系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)是指對電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件，包括提升信號系統(tǒng)工作情況、提升機(jī)運(yùn)行過程中關(guān)鍵參數(shù)、參量的曲線、以及司機(jī)操作的正確性進(jìn)行監(jiān)控和顯示，并進(jìn)行必要的記錄以備系統(tǒng)的查閱之需；操作臺是電控系統(tǒng)的人機(jī)界面，擔(dān)負(fù)著對提升機(jī)進(jìn)行集中控制、監(jiān)視、參量信號顯示的重任。</p><p>　　圖2-1提升機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用單繩纏繞式提升機(jī)（單卷筒），提升過程包括：啟動加

23、速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動段五個主要環(huán)節(jié)。</p><p>　　表2-1礦井提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)工作原理</b></p><p><b>　　提升機(jī)的速度要求：</b></p><p>　　(1)主加速階段t1</p>&l

24、t;p>　　如圖2-2所示，正常提升時(shí)，電動機(jī)產(chǎn)生的力矩比阻力矩大3%～5%，產(chǎn)生比較低的加速度a ≤。當(dāng)V0上升到Vm時(shí)，電動機(jī)運(yùn)行在自然特性曲線上。下放時(shí)，由于負(fù)力較大，需要制動力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。</p><p><b>　　(2)勻速階段t2</b></p><p>　　上升時(shí)，根據(jù)負(fù)載狀況使電動機(jī)保持電動狀態(tài)，且速度Vm=1.12m／

25、s。下放時(shí)，由旋轉(zhuǎn)編碼器反映轉(zhuǎn)子下放速度，當(dāng)速度高于Vm時(shí)，增大勵磁電流If，提高制動力矩，提升容器勻速運(yùn)行。</p><p>　　(3)主減速階段t3</p><p>　　為使提升機(jī)準(zhǔn)確停車，在停車前應(yīng)進(jìn)行減速。減速按照速度圖要求進(jìn)行，由裝在井筒內(nèi)的位置開關(guān)動作發(fā)出信號，PLC 再根據(jù)與電動機(jī)同軸運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行比較發(fā)出指令，增大勵磁電流If，使下放速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低

26、。</p><p><b>　　(4)爬行階段t4</b></p><p>　　V4在 0.3 m/ s左右，此數(shù)值實(shí)際上是一個平均值，因?yàn)樘嵘龣C(jī)由較高的Vm不可能很準(zhǔn)確的變?yōu)樗俣萔4。</p><p><b>　　(5)停車階段t5</b></p><p>　　將控制盤式制動器的液壓站電動機(jī)斷電，

27、抱閘迅速抱住卷筒，提升機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2-2提升機(jī)速度圖</p><p><b>　　提升機(jī)的受力情況：</b></p><p>　　由直線運(yùn)動的運(yùn)動方程可得：</p><p>　　= + ma （2-1）</p><p>　　式

28、中：－提升機(jī)在某運(yùn)動階段的力，N；</p><p>　?。嵘龣C(jī)的靜阻力（包括車重、提升機(jī)重量和繩重），N；</p><p>　　m－把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的部件折算到直線運(yùn)動的變位質(zhì)量，kg；</p><p>　　a－各階段的加速度、減速度值，m/。</p><p>　　當(dāng) a =0時(shí)，= ，勻速運(yùn)行；</p><p>　　a＞

29、0時(shí)，＞，加速運(yùn)行；</p><p>　　a＜0時(shí)，F(xiàn)＜，減速運(yùn)行。</p><p>　　根據(jù)以上分析，F(xiàn) = f（t）的力圖如圖2－3所示：</p><p>　　圖2－3 提升機(jī)力圖</p><p>　　由以上分析可知，調(diào)速系統(tǒng)中變頻器受高壓電后，主控臺通過檢測變頻器的運(yùn)行信號，判斷變頻器已經(jīng)可以運(yùn)行，主控臺在自動模式下，通過控制變頻器，

30、實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)運(yùn)行的五段速度曲線，即啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動段。</p><p>　　啟動加速段：主控臺接受井下操作人員的提升請求命令，對變頻器輸出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)命令，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速時(shí)間運(yùn)行至最低頻率，將運(yùn)行信號反饋給主控臺，此時(shí)作用于滾筒上的抱閘系統(tǒng)處于抱閘狀態(tài)，滾筒靜止，拖動滾筒的電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。主控臺接收到變頻器運(yùn)行信號后，在此稍做延時(shí)，一秒鐘后主控臺驅(qū)動液壓站液壓閥

31、，液壓閥再驅(qū)動滾筒抱閘系統(tǒng)，松開抱閘系統(tǒng)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)結(jié)束，開始旋轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)，滾筒開始運(yùn)行，從而通過鋼繩拖動提升容器上下運(yùn)行。變頻器接受主控臺轉(zhuǎn)速給定信號，按照預(yù)先設(shè)定的加速時(shí)間逐步提高運(yùn)行頻率，滾筒轉(zhuǎn)速逐步提高。</p><p>　　（2）勻速段：當(dāng)轉(zhuǎn)速給定指令提高至50赫茲，變頻器運(yùn)行至50赫茲時(shí)，進(jìn)入勻速段，此階段，變頻器維持最大輸出，滾筒運(yùn)行至最高速度，拖動提升容器在最高速度下運(yùn)行。（3）一次減速段：

32、主控臺通過立井系統(tǒng)的位置傳感器接收提升容器運(yùn)行位置信號，當(dāng)?shù)竭_(dá)一次減速區(qū)間的時(shí)候，主控臺按照預(yù)先設(shè)定的程序減小轉(zhuǎn)速給定指令數(shù)值，變頻器接收到新的轉(zhuǎn)速給定數(shù)值后，執(zhí)行，開始降低運(yùn)行頻率，拖動電機(jī)及滾筒減速運(yùn)行。 （4）勻速爬行段：主控臺通過提升容器的位置傳感信號，通過預(yù)設(shè)數(shù)值，給定變頻器低轉(zhuǎn)速數(shù)值，變頻器在此轉(zhuǎn)速信號下維持低頻率輸出不變，提升容器低速運(yùn)行，進(jìn)入勻速爬行段。（5）二次減速制動段：主控臺通過提升容器的位置傳感信號

33、，判斷提升容器即將進(jìn)入預(yù)定停車位置后，給變頻器更低轉(zhuǎn)速信號，變頻器運(yùn)行至最低頻率，當(dāng)提升容器即將到達(dá)預(yù)定位置后，主控臺發(fā)出急停指令，變頻器停止驅(qū)動電機(jī)，同時(shí)控制液壓站，關(guān)斷液壓閥，從而驅(qū)動滾筒抱閘系統(tǒng)，經(jīng)過二級制動，抱閘系統(tǒng)抱死，滾筒靜止，提升容器停運(yùn)。</p><p>　　2.2系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)和組成</p><p>　　根據(jù)礦井提升機(jī)控制工藝要求，要完成任務(wù)有多種選擇方案。</p&g

34、t;<p><b>　　方案一</b></p><p>　　采用繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成主回路，采用點(diǎn)信號來代表各種提升信號和檢測信號。</p><p>　　這種信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,但存在如下缺點(diǎn): </p><p>　　由于無法保留和復(fù)現(xiàn)點(diǎn)數(shù),所以信號識別全憑操作者的聽覺和視覺,容易造成信號的誤認(rèn)和誤傳,因信號的誤認(rèn)和誤傳而

35、導(dǎo)致的提升事故屢見不鮮。</p><p>　　(2) 信號之間、信號系統(tǒng)與提升機(jī)電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖,井口總信號工和司機(jī)的操作不受制約,很容易因誤操作而引發(fā)事故。</p><p>　　(3) 聲光信號一瞬即逝,無據(jù)可查,一旦發(fā)生事故,給事故分析帶來困難,很難找出真正的事故原因,致使同類事故重復(fù)發(fā)生。</p><p>　　(4) 由于信號稍縱即逝,操作人員的精力必須高

36、度集中,加重了工人的負(fù)擔(dān)。</p><p>　　以上缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了提升機(jī)運(yùn)行的安全，傳統(tǒng)的繼電器信號系統(tǒng)為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，元件易發(fā)生故障。工作可靠性差，一旦控制或閉鎖失靈，則事故將不可避免。此信號系統(tǒng)正在被淘汰。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　采用單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，各控制臺通過單片機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)主從式多級通訊

37、。</p><p>　　新型礦井提升機(jī)信號裝置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和漢字顯示技術(shù), 具有聲光兼?zhèn)?、漢字顯示、數(shù)字存儲、故障診斷、安全閉鎖保護(hù)等特點(diǎn)。尤其在通信方面, 采用了數(shù)字通信技術(shù), 只需兩對普通電纜, 且信號種類和數(shù)量不受限制, 提高了信號傳輸?shù)目煽啃院挽`活性, 功能靈活多樣, 擴(kuò)展方便。新型礦井提升機(jī)信號裝置的使用有效地解決了在微機(jī)系統(tǒng)中信號的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問題。</

38、p><p>　　但煤礦工作環(huán)境惡劣,各種電機(jī)的頻繁啟動與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。</p><p><b>　　方案三</b></p><p>　　采用PLC作為信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)，旋轉(zhuǎn)編碼器、接近開關(guān)等傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行。</p><p&g

39、t;　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。它具以下特點(diǎn)：</p><p>　　（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p>

40、;<p>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。</p><p>　　（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) </p><p>　　PLC可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。加上PLC通信能

41、力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（3）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改

42、變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。（4）體積小，重量輕，能耗低 </p><p>　　方案二和方案三的控制系統(tǒng)都比較安全、可靠，且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求。兩者的控制系統(tǒng)一個為單片機(jī)，另一各為PLC。為了進(jìn)行方案確定，我們首先看一下兩者的區(qū)別：單片機(jī)的編程麻煩，可讀性差，實(shí)時(shí)控制不太占優(yōu)勢，但是他的成本低，控制方式比較靈活，而PLC對于實(shí)時(shí)控制來說就比較優(yōu)越，他的編程方式簡單，可以用指令或是梯形圖來進(jìn)行編程，易學(xué)易懂，但是成

43、本較高，適合用于工業(yè)控制。 </p><p>　　對于本設(shè)計(jì)，由于礦井工作環(huán)境比較惡劣，且常用事故發(fā)生，各種電機(jī)的頻繁啟動與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。故可采用方案三作為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。</p><p>　　基于PLC的礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）、動力裝置、液壓站、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁開關(guān)（接近開關(guān)）

44、、減速器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成，其系統(tǒng)框圖如圖所示：</p><p>　　圖2-4 提升機(jī)總體系統(tǒng)框圖</p><p>　　系統(tǒng)框圖中各部分功能如下：</p><p>　?。?）動力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物料的運(yùn)輸任務(wù)。主電機(jī)通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力。對于礦井提升機(jī)這樣的大型機(jī)械來說，在電機(jī)脫離電源后，由于運(yùn)行慣性較大

45、，往往要經(jīng)過一段時(shí)間才能停止轉(zhuǎn)動，這將影響生產(chǎn)效率，甚至威脅到生產(chǎn)人員的生命安全和物料的運(yùn)輸。因此必須在系統(tǒng)里加入制動器，避免產(chǎn)生“蠕動”現(xiàn)象，從而保證運(yùn)輸?shù)娜撕臀锪系陌踩?lt;/p><p>　　（2）液壓站：為提升機(jī)提供制動力，停車時(shí)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(shí)，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。</p><p>

46、;　?。?）變頻器：是動力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機(jī)，以達(dá)到控制交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　?。?）操作臺：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(shí)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。</p><p>　?。?）控制監(jiān)視系統(tǒng)

47、：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)和故障狀態(tài)。提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視：提升過程中各工況參數(shù)(如速度)監(jiān)視；各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號的監(jiān)視。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)行存儲、保留或打印輸出。用旋轉(zhuǎn)編碼器來測試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　控制系統(tǒng)工作

48、原理：當(dāng)操作人員聽到提升請求信號時(shí)，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。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，以驅(qū)動變頻器工作。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(jì)計(jì)算提升機(jī)的速度及行走距離，監(jiān)視器可以實(shí)時(shí)顯示提升機(jī)速度和位置。同時(shí)接近開關(guān)（磁開關(guān)）可以檢測提升容器在井筒中運(yùn)行的位

49、置，并將這些電信號傳送給PLC，PLC通過該信號可以實(shí)現(xiàn)啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段、二次減速制動段的五段速運(yùn)行。操作人員通過操作臺向PLC發(fā)送控制提升機(jī)運(yùn)行的控制命令。控制監(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC的通信，將電動機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。</p><p>　　3 PLC控制電路設(shè)計(jì)</p><p

50、>　　可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。</p><p>　　基本結(jié)構(gòu)：PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖3－1所示： </p&g

51、t;<p>　　圖3－1 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　工作原理：整個掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段，全過程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。在通信服務(wù)階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令、更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和

52、通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。</p><p>　　3.1 PLC的選型與端口分配</p><p>　　德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300

53、，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。</p><p>　?。?）SIMATIC S7-200 PLC</p><p>　　S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。</p><p>　?。?）SIMATIC S7-

54、300 PLC</p><p>　　S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。S7-300操作系

55、統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通

56、信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）SIMATIC S7-400 PLC</p><p>　　S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。適用于對可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p&g

57、t;　　本設(shè)計(jì)選用SIMATIC（西門子）S7-300 PLC。</p><p>　　3.1.1西門子S7-300型PLC</p><p>　　西門子S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）、信號模塊（SM）、通信處理器（CP）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）組成。</p><p>　　圖3-2 S7-300基本結(jié)構(gòu)圖&

58、lt;/p><p>　　S7-300 PLC具有以下顯著的特點(diǎn)：</p><p>　?。?）循環(huán)周期短、處理速度高</p><p>　?。?）指令集功能強(qiáng)大、可用于復(fù)雜功能</p><p>　　（3）產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊、可用于空間有限的場合</p><p>　?。?）模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝</p><p&g

59、t;　?。?）有不同檔次的CPU、各種各樣的功能</p><p>　?。?）模塊和I/O模塊可供選擇</p><p>　　（7）無需電池備份，免維護(hù)，可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型。</p><p>　　由于礦井提升機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性和對安全可靠性的嚴(yán)格要求，并考慮到經(jīng)濟(jì)成本問題，本設(shè)計(jì)采用CPU 315-2DP，其技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。</p>

60、<p>　　表3-1 CPU 315-2DP技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表3-2 SM321數(shù)字量輸入模塊技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表3-3 SM322數(shù)字量輸出模塊技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表3-4 SM331模擬量輸入模塊技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表3-5 SM332模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)</p>&

61、lt;p>　　高速計(jì)數(shù)模塊FM350-1的特點(diǎn)：</p><p>　?。?）計(jì)數(shù)通道數(shù)為1</p><p>　?。?）支持的信號：5V增量、24V增量、24V脈沖帶方向、24V脈沖和內(nèi)部1MHz脈沖</p><p>　?。?）比較值個數(shù)：2個，DO點(diǎn)個數(shù)：2個</p><p>　?。?）支持的最高脈沖頻率可選，24V脈沖最高為200kH

62、z，5V差分信號是500kHz</p><p>　?。?）比較DO輸出支持“死區(qū)”功能</p><p>　?。?）支持鎖存(Latch)功能</p><p>　?。?）支持鎖存觸發(fā)(Latch/Retrigger)功能</p><p>　　（8）支持過程中斷和診斷中斷</p><p>　　表3-6 FM350-1接線

63、管腳定義</p><p>　　3.1.2 PLC的端口分配</p><p>　　圖3-3 S7-300模塊圖</p><p>　　S7-300的信號模塊的字節(jié)地址與模塊所在的機(jī)架號和槽號有關(guān)，位地址與信號線接在模塊上的哪一個端子有關(guān)。對于數(shù)字量模塊，從0號機(jī)架的4號槽開始,每個槽位分配4B（4個字節(jié)）的地址，相當(dāng)于32個I/O點(diǎn)。最多可能有32個數(shù)字量模塊，共占用3

64、2*4B=128B。模擬量模塊以通道為單位，一個通道占一個字地址，或兩個字節(jié)地址。S7-300為模擬量模塊保留了專用的地址區(qū)域，字節(jié)地址范圍為IB256—767?？梢杂醚b載指令和傳送指令訪問模擬量模塊。一個模擬量模塊最多有8個通道，從256開始，給每一個模擬量模塊分配16B（8個字）的I/O模塊的字節(jié)地址。</p><p>　　表3-7 S7-300模塊地址</p><p>　　表3-8

65、PLC端口分配</p><p>　　3.2 PLC的布線</p><p>　　圖3-4 PLC的外圍接線圖</p><p>　　3.3信號檢測及顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1指示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了AD16-22系列指示燈，AD16-22系列指示燈采用高亮度純色LED發(fā)光芯片為光源，

66、壽命長，耗能低，體積小，重量輕，頭部風(fēng)格多樣，亮度高，可靠性好，造型美觀。為了更好的表示各種狀態(tài)，所涉及的指示如表3-9所示：</p><p><b>　　表3-9 指示說明</b></p><p>　　AD16-22B/R23和AD16-22B/G23指示燈的主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　工頻耐壓：2.5KV(交流有效值 )，1mi

67、n。</p><p><b>　　絕緣電阻≥2MΩ。</b></p><p>　　交流指示燈允許電壓波動±20%。</p><p>　　連續(xù)工作壽命≥30000H。</p><p>　　光亮度≥100cd/㎡。</p><p>　　相比漏電起痕指數(shù)CTI≥100。</p>

68、<p>　　頭部防護(hù)等級IP65，可定制IP67。</p><p>　　使用頻率AC50～60Hz。</p><p>　　燈電壓AC.DC 24V。</p><p>　　圖3-5 指示電路原理圖 </p><p>　　3.3.2編碼器借口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了顯示提升容器的運(yùn)行速度和距離，我們需要

69、進(jìn)行速度測量，本設(shè)計(jì)采用了歐姆龍公司生產(chǎn)的E6B2-CWZ6C型編碼器，與高速計(jì)數(shù)模塊FM350-1的連線圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 編碼器接口電路原理圖</p><p>　　接線時(shí)，根據(jù)顏色進(jìn)行區(qū)分。各顏色含義如表3-10所示。</p><p>　　表3-10 旋轉(zhuǎn)編碼器的端子分配</p><p>　　表3-11 E6

70、B2-CWZ6C型編碼器技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.3.3位置信號檢測電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在提升機(jī)運(yùn)行的過程中，由于要實(shí)現(xiàn)變速，需要檢測下過卷、啟動加速、勻速、一次減速、爬行勻速、二次減速制動、上過卷信號。本設(shè)計(jì)采用TCK－1型磁開關(guān)來檢測這些信號。TCK－1型磁開關(guān)，又稱單點(diǎn)磁性開關(guān)。當(dāng)外界有磁場作用于傳感器時(shí)，開關(guān)動作。用于多繩和單繩提升機(jī)作磁性井筒開關(guān)，也適用于其他機(jī)

71、械設(shè)備作磁性接近開關(guān)。它使用了先進(jìn)的弱磁傳感器和微電子器件，具有高的磁靈敏度、高的分辨率和寬的反應(yīng)頻率。電路設(shè)計(jì)采用了高抗干擾技術(shù)。輸出有交流固體開關(guān)和電磁繼電器觸點(diǎn)兩種方式。輸出開關(guān)容量大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了高可靠技術(shù)。每種功能都設(shè)置了兩套電路，并聯(lián)連接。只要不是相同功能的兩電路同時(shí)失效，開關(guān)可以正常工作。產(chǎn)品有通用型和防爆型兩類，適用于各種礦井。 TCK磁性開關(guān)由于綜合采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，所以取得了較高的技術(shù)指標(biāo)和性能，能在礦井井筒中

72、不用維修、安全可靠地工作。TCK磁性開關(guān)是保護(hù)提升機(jī)安全運(yùn)行的一種新型井筒開關(guān)。</p><p>　　表3-12 TCK－1主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　永磁鐵磁場源使用方法:把專用永磁鐵固定在提升容器側(cè)壁上,磁性開關(guān)安裝在井筒罐道梁、井口或井架定點(diǎn)位置上，使開關(guān)端面?zhèn)鞲衅鲗χ盆F上下運(yùn)行軌道空間。提升過程中，容器上的磁鐵運(yùn)行到達(dá)磁性開關(guān)位置時(shí)，開關(guān)動作，發(fā)出減速、停車等位置信號。這種

73、用法磁場源是永磁鐵，作為動件，磁性開關(guān)作為靜件,和機(jī)械式碰撞開關(guān)作用一樣,但無機(jī)械接觸,而是靠磁場作用。 永磁鐵磁場法動作距離大，能達(dá)到500mm，定位精度高，位置重復(fù)誤差小于5mm，而且與提升速度無關(guān)。這種做法配套使用TS型和TNS型專用永磁鐵，要求不同動作距離，請按表3-13配套選用相應(yīng)的永磁鐵。</p><p>　　表3-13永磁鐵的選型</p><p>　　一般應(yīng)用只要一塊永磁鐵，

74、在一個定點(diǎn)位置安裝一臺磁開關(guān)，使用多個開關(guān)可以得到準(zhǔn)確的多點(diǎn)位置信號。</p><p>　　位置信號檢測電路的原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 位置信號檢測電路原理圖</p><p>　　4變頻器控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將電壓和頻率恒定的工頻電源變換為電壓和頻率可調(diào)的變頻電源。

75、通用變頻器主要采用交－直－交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。通用變頻器通常都是由主回路和控制回路兩部分組成。主回路包括整流部分、直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)、制動或回饋環(huán)節(jié)等部分；控制回路主要處理變頻器的核心軟件算法、電流電壓信號檢測傳感、控制信號的輸入/輸出、電路驅(qū)動和電路保護(hù)。</p><p>　　圖4-1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)

76、 </p><p>　　變頻器按中間直流環(huán)節(jié)方式分類：</p><p><b>　　(1)電流型變頻器</b></p><p>　　當(dāng)交－直－交變壓變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對負(fù)載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置

77、叫做電流源型變頻器。</p><p><b>　　(2)電壓型變頻器</b></p><p>　　在交－直－交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器。</p><p>　　4.1變頻器的基本原理</p>

78、<p>　　交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。異步電動機(jī)定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中——定子繞組電源頻率;</p><p><b&g

79、t;　　P—電機(jī)磁極對數(shù)。</b></p><p><b>　　異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　則異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　?。?-3）</b><

80、;/p><p>　　由上式可知，異步電動機(jī)調(diào)速方法有如下幾種</p><p>　　a.變同步轉(zhuǎn)速:變極p、變頻、</p><p>　　b.變轉(zhuǎn)差率s:定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。</p><p>　　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:</p>

81、<p><b>　?、賃/F控制</b></p><p>　　U/F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U/F為常數(shù)，來保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而U/F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(shí)由于定子電阻和逆變器等器件開關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。這

82、種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場所。</p><p><b>　　②轉(zhuǎn)差頻率控制</b></p><p>　　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U/F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(shí)轉(zhuǎn)差頻率控制未能實(shí)施對電機(jī)瞬時(shí)

83、轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)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)。</p><p><b>　?、凼噶靠刂?lt;/b></p><p>　　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(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，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(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。目前，實(shí)用

84、中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒有實(shí)現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實(shí)現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計(jì)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。</p><p><b>　?、苤苯愚D(zhuǎn)矩控制</b></p><p>　　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

85、坐標(biāo)變換和解禍運(yùn)算的復(fù)雜性，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。</p><p>　　4.2變頻器的選型及外圍電路設(shè)計(jì)&

86、lt;/p><p>　　4.2.1西門子MM440變頻器</p><p>　　MICROMASTER 440變頻器適用于各種變速驅(qū)動裝置。由于它具有高度的靈活性因而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。它尤其適合用于吊車和起重系統(tǒng)、立體倉儲系統(tǒng)、食品、飲料和煙草工業(yè)以及包裝工業(yè)的定位系統(tǒng)。</p><p><b>　　主要特征：</b></p>

87、<p>　　①調(diào)試簡單；②模塊化的結(jié)構(gòu)，因而其配置具有最大的靈活性；③6個可編程，帶隔離的數(shù)字輸入；④2個可標(biāo)定的模擬輸入(0V至10V, 0mA至20mA)，它們也可作為第7和第8個數(shù)字輸入；⑤2個可編程的模擬輸出(0mA 至 20mA)；⑥3個完全可編程的繼電器輸出 (30V 直流/5A ，阻性負(fù)載；250V交流 /2A，感性負(fù)載)；⑦當(dāng)使用較高的開關(guān)頻率時(shí)，電機(jī)可以低噪音運(yùn)行(在開關(guān)頻率較高的情況下，要降格使用)；⑧完

88、善的變頻器和電動機(jī)保護(hù)功能</p><p><b>　　保護(hù)功能：</b></p><p>　?、龠^載能力；②過壓/ 欠壓保護(hù)；③變頻器過溫保護(hù)；④使用PTC 通過數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動機(jī)過熱保護(hù)；⑤接地故障保護(hù)；⑥短路保護(hù)；⑦電動機(jī)過熱保護(hù)；⑧閉鎖電動機(jī)保護(hù)；⑨防止電動機(jī)失速；⑩參數(shù)聯(lián)鎖</p><p>　　表4-1 MICROMASTER 440

89、 變頻器的技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　4.2.2變頻器的外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-2 變頻器的外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3變頻器的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　通常一臺新的MM440變頻器一般經(jīng)過如下三個步驟進(jìn)行調(diào)試:</p><p>　　參數(shù)復(fù)位，是將變頻器參數(shù)恢復(fù)到出廠狀態(tài)下的默認(rèn)值的操

90、作。一般在變頻器出廠和參數(shù)出現(xiàn)混亂的時(shí)候進(jìn)行此操作。</p><p>　　快速調(diào)試狀態(tài)，需要用戶輸入電機(jī)相關(guān)的參數(shù)和一些基本驅(qū)動控制參數(shù)，使變頻器可以良好的驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。一般在復(fù)位操作后，或者更換電機(jī)后需要進(jìn)行此操作。</p><p>　　功能調(diào)試，指用戶按照具體生產(chǎn)工藝的需要進(jìn)行的設(shè)置操作。這一部分的調(diào)試工作比較復(fù)雜，常常需要在現(xiàn)場多次調(diào)試。</p><p>　　

91、（1）參數(shù)復(fù)位：如圖4-3所示。</p><p><b>　　圖4-3 參數(shù)復(fù)位</b></p><p>　?。?）快速調(diào)試：指通過設(shè)置電機(jī)參數(shù)和變頻器的命令源及頻率給定源，從而達(dá)到簡單快速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的一種操作模式。如表4-2所示。</p><p><b>　　表4-2 參數(shù)設(shè)置</b></p><p&g

92、t;　?。?）功能調(diào)試：根據(jù)需要設(shè)置控制的方式和各種工藝參數(shù)。</p><p><b>　?、匍_關(guān)量輸入功能</b></p><p>　　MM440包含了六個數(shù)字開關(guān)量的輸入端子，每個端子都有一個對應(yīng)的參數(shù)用來設(shè)定該端子的功能。</p><p>　　表4-3 開關(guān)量輸入?yún)?shù)設(shè)置</p><p><b>　　說明

93、：</b></p><p>　　1. 開關(guān)量的輸入邏輯可以通過P0725 改變</p><p>　　2. 開關(guān)量輸入狀態(tài)由參數(shù)r0722 監(jiān)控，開關(guān)閉合時(shí)相應(yīng)筆劃點(diǎn)亮</p><p><b>　?、陂_關(guān)量輸出功能</b></p><p>　　可以將變頻器當(dāng)前的狀態(tài)以開關(guān)量的形式用繼電器輸出，方便用戶通過輸出繼

94、電器的狀態(tài)來監(jiān)控變頻器的內(nèi)部狀態(tài)量。而且每個輸出邏輯是可以進(jìn)行取反操作，即通過操作P0748 的每一位更改。</p><p>　　表4-4 開關(guān)量輸出參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　?、勰M量輸入功能</b></p><p>　　MM440變頻器有兩路模擬量輸入，相關(guān)參數(shù)以in000 和in001 區(qū)分，可以通過P0756 分別設(shè)置每個通道

95、屬性。</p><p>　　表4-5 模擬量輸入?yún)?shù)設(shè)置</p><p>　　說明：帶“監(jiān)控”是指模擬通道具有監(jiān)控功能，當(dāng)斷線或信號超限，報(bào)故障F0080。</p><p><b>　?、苣M量輸出功能</b></p><p>　　MM440變頻器有兩路模擬量輸出，出廠值為0~20mA 輸出，可以標(biāo)定為4~20mA 輸出

96、（P0778 ＝4 ），如果需要電壓信號可以在相應(yīng)端子并聯(lián)一支500 歐姆電阻。需要輸出的物理量可以通過P0771 設(shè)置。輸出信號標(biāo)定為0~50 Hz 輸出4~20mA。</p><p>　　表4-6 模擬量輸出參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　⑤多段速功能</b></p><p>　　多段速功能，也稱作固定頻率，就是設(shè)置參數(shù)P1000=3

97、的條件下，用開關(guān)量端子選擇固定頻率的組合，實(shí)現(xiàn)電機(jī)多段速度運(yùn)行。通過二進(jìn)制編碼選擇 + ON 命令（P0704 - P0706 = 17 ）方法實(shí)現(xiàn)。使用這種方法最多可以選擇7個固定頻率。本設(shè)計(jì)采用五段速即5個固定頻率，各個固定頻率的數(shù)值如表4-7所示。</p><p>　　表4-7 多段速功能參數(shù)設(shè)置</p><p>　?、尥＼嚭椭苿樱和＼囍傅氖菍㈦姍C(jī)的轉(zhuǎn)速降到零速的操作。</p

98、><p>　　表4-8 停車和制動參數(shù)設(shè)置</p><p>　?、咦詣釉倨饎雍筒蹲皆倨饎?lt;/p><p>　　自動再起動：變頻器在主電源跳閘或故障后重新起動的功能。需要啟動命令在數(shù)字輸入并且保持常ON才能進(jìn)行自動再啟動。</p><p>　　捕捉再起動：變頻器快速地改變輸出頻率，去搜尋正在自由旋轉(zhuǎn)的電機(jī)的實(shí)際速度。一旦捕捉到電機(jī)的速度實(shí)際值，使電

99、機(jī)按常規(guī)斜坡函數(shù)曲線升速運(yùn)行到頻率的設(shè)定值。</p><p>　　表4-9 變頻器再啟動參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　4.4制動控制回路</b></p><p>　　礦井提升機(jī)制動裝置是礦井提升機(jī)的重要保護(hù)裝置。制動裝置的作用可歸納為：</p><p>　?、僭谔嵘K了或提升機(jī)不工作時(shí)，可靠地閘住提升機(jī)；<

100、/p><p>　?、谧鳛榘踩珯C(jī)構(gòu)，在發(fā)生緊急事故時(shí)，對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)；</p><p>　　③對雙卷筒提升機(jī)，在打開調(diào)繩離合器，更換水平、調(diào)節(jié)繩長時(shí)，能閘住活卷筒、松開死卷筒，以便進(jìn)行調(diào)繩操作。</p><p>　　現(xiàn)在礦井提升機(jī)的制動裝置多為盤式閘制動系統(tǒng)，它主要由制動器和液壓站組成。盤形制動器是應(yīng)用于礦井提升機(jī)剎車系統(tǒng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)確的名稱應(yīng)為：常閉式后置油

101、缸盤形制動器，目前采用較多的是后置式油缸，在提升機(jī)啟動時(shí)，液壓站輸出壓力油打開制動器，提升機(jī)開始工作，工作制動時(shí)，液壓站根據(jù)工況升高或降低壓力，制動器就會提供與之相反的制動力，在事故狀態(tài)下，液壓站壓力回到殘壓，制動器以最大制動力在最短時(shí)間內(nèi)讓提升機(jī)停車．盤形制動器是礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)的重要部件，用于工作制動和安全制動。</p><p>　　表4-10 YZ型液壓制動器技術(shù)參數(shù)表</p><p&

102、gt;　　液壓站主要由油箱、電接點(diǎn)壓力溫度計(jì)、網(wǎng)式過濾器、電動機(jī)、紙質(zhì)濾油器、壓力表、電液調(diào)壓裝置、電磁閥、溢流閥、減壓閥、彈簧蓄力器等部件組成。</p><p>　　液壓站主要用于控制盤形制動器，其主要作用是：</p><p>　?、倏梢詾楸P形制動器提供不同油壓值的壓力油，以獲得不同的制動力矩。</p><p>　?、谠谑鹿薁顟B(tài)下，可以使制動器的油壓迅速降到預(yù)先調(diào)

103、定的某一值，經(jīng)過延時(shí)后，制動器的全部油壓迅速回到零，使制動器達(dá)到全制動狀態(tài)。</p><p>　?、塾糜趩卫K雙筒提升機(jī)的液壓站供給控制提升機(jī)調(diào)繩裝置所需要的壓力油。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用RH-6.3型提升機(jī)盤式制動器高可靠性液壓站。</p><p>　　圖4-4 液壓站系統(tǒng)配置圖</p><p>　　圖4-5 液壓站系統(tǒng)原理圖<

104、;/p><p>　　1 電動機(jī) 2 油泵 3 粗濾油器 4 電液比例溢流閥 5 精濾油器 6 液控閥 7 油箱 8 油壓表 9 溢流閥 10 電接點(diǎn)壓力表 11 單向節(jié)流閥 12 蓄能器 13 制動器油缸 G1—G7 二位二通電磁閥 G8、G9三位四通電磁閥</p><p>　　表4-11 液壓站各電磁閥工作狀況</p><p>　　液壓站的工

105、作過程主要包括兩方面的內(nèi)容：工作制動和安全制動。液壓站采用可編程控制器（PLC）控制，其工作原理根據(jù)液壓站動作過程進(jìn)行編程，電磁閥的動作狀態(tài)如表4-11所示。</p><p><b>　?。?）正常工作制動</b></p><p>　　當(dāng)提升機(jī)開車時(shí)，給液壓站的電動機(jī)1供電，油泵2啟動，液壓站中的電磁閥由可編程控制器（PLC）控制，G1、G2、G3、G4、G6、G7通

106、電（動作狀況見表），司機(jī)推動可調(diào)閘手柄，提升電控系統(tǒng)發(fā)出一個增大的電壓值，這個電壓進(jìn)入液壓站電控柜中的放大板，并控制電液比例溢流閥4來調(diào)整系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)油壓增大到一定值。壓力油一部分進(jìn)入A、B管打開提升機(jī)制動器，提升機(jī)即可開車運(yùn)行；另一部分壓力油進(jìn)入蓄能器13，為安全制動儲備壓力能。當(dāng)提升機(jī)停車時(shí)，操作人員拉回可調(diào)閘手柄，提升電控系統(tǒng)發(fā)出一個減小的電壓值，使系統(tǒng)油壓減小，完全拉回手柄，PLC控制電磁閥G6、G7斷電，系統(tǒng)油壓降為零，制

107、動住提升機(jī)，等待下一次提升。</p><p><b>　?。?）安全制動</b></p><p>　　安全制動分為兩種情況：一種是提升容器運(yùn)行在井筒中時(shí)，提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時(shí)的井中安全制動；另一種是提升容器已經(jīng)接近井口時(shí)，提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時(shí)的井口安全制動。</p><p>　　①井中安全制動：提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，AC接點(diǎn)信號閉合，為滿足制動

108、減速度的要求，采用二級制動。這時(shí)液壓站中電動機(jī)1斷電，油泵2停止供油，電磁閥由可編程控制器（PLC）控制，G1、G2、G6、G7斷電（動作狀況見上表），B管中的油壓降為零，由B管控制的一半制動器施閘，產(chǎn)生制動力矩；而控制A管的電磁閥G3、G4依舊通電，G5通電，這時(shí)A管和溢流閥9以及蓄能器13相通，使管路產(chǎn)生和溢流閥9相對應(yīng)的并維持穩(wěn)定的油壓值，由A管控制的另一半制動器也施閘產(chǎn)生相應(yīng)的制動力矩。兩部分制動力矩之和要滿足制動減速度的要求，

109、這就是第一級制動。G5、G3、G4經(jīng)可編程控制器（PLC）延時(shí)一定時(shí)間后斷電，所有制動器全部施閘，使提升機(jī)停車，這是第二級制動。</p><p>　?、诰诎踩苿樱禾嵘龣C(jī)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，為了防止惡性事故的發(fā)生而采用井口安全制動。提升容器到位信號已經(jīng)閉合，AC接點(diǎn)信號閉合，液壓站中電動機(jī)1斷電，油泵2停止供油，電磁閥由可編程控制器（PLC）控制，G1、G2、G3、G4、G6、G7斷電（動作狀況見上表），A、B管的

110、油壓迅速降為零，所有制動器全部施閘，制動住提升機(jī)。</p><p>　　調(diào)繩功能：當(dāng)提升絞車需要調(diào)繩時(shí)，打到“離開”按鈕時(shí)，這時(shí)電動機(jī)、電磁閥G8通電，調(diào)整可調(diào)閘手柄，使系統(tǒng)壓力上升，將離合器打開；打到“調(diào)繩”按鈕，此時(shí)電磁閥G2、G6、G7通電，調(diào)整可調(diào)閘手柄，系統(tǒng)壓力上升，固定卷筒的閘打開，可動車進(jìn)行調(diào)繩；調(diào)繩完畢，打到“合上”按鈕，此時(shí)電磁閥G9通電，其余電磁閥斷電，離合器復(fù)位合上。</p>

111、<p>　　（3）電磁閥檢測信號：液壓站中每一個電磁閥都有一個閥芯檢測傳感器，當(dāng)電磁閥正常工作，而閥芯沒有到位或被卡，檢測傳感器會發(fā)出故障信號，并通過可編程控制器（PLC）報(bào)警并在液晶屏上顯示發(fā)生故障的電磁閥，以便對其進(jìn)行維修。</p><p>　　（4）過壓報(bào)警：當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，壓力超出系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，過壓電接點(diǎn)壓力表接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生報(bào)警信號，對液壓系統(tǒng)及制動裝置起到保護(hù)，且便于維修。</p&g

112、t;<p>　?。?）壓差報(bào)警信號：當(dāng)慮油器出現(xiàn)阻塞時(shí)會出現(xiàn)進(jìn)出口壓力差，此時(shí)慮油器上的壓差開關(guān)動作，在液晶屏上產(chǎn)生故障報(bào)警信號，以便對其進(jìn)行維修。</p><p>　　（6）溫度報(bào)警信號：當(dāng)油箱7中的液壓油溫度過高，溫度報(bào)警信號閉合，并通過PLC及液晶屏報(bào)警或顯示故障模式。</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p>&l

113、t;p>　　最大工作油壓 6.3 MPa</p><p>　　油泵最大供油量 14 L/min</p><p>　　一級制動油壓值 0～5 MPa</p><p>　　二級制動延時(shí)時(shí)間 0～10