中文題目：礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)外文題目：THEFReouencyConversionUseonTheSpeedAdjustmentofShaftHoistonTheBasisofPLCControl畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共68頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文13頁）圖紙共2張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要礦井提升機(jī)是礦山最重要的設(shè)備，肩負(fù)著礦石、物料、人員等的運(yùn)輸責(zé)任。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，這類提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)這種情況采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方案對(duì)原有電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高整個(gè)電控系統(tǒng)安全可靠性、控制精度及調(diào)速性能。因此，對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。本文針對(duì)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。事實(shí)表明，采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；變頻調(diào)速；可編程控制器；控制系統(tǒng)AbstractTheshafthoististheforemostequipmentofmines，itiswidelyusedtotransportthematerials，staffandequipment.Thetraditionalshafthoistcontrolsystemisalwayscontrolledbytherelay-contactor，andadoptsthemethodsofconnectseriesadditionalresistantinrotorswindinglooptostartandadjustspeed.Thesystemhasmanydisadvangessuchasbadreliability，complicatedoperation，highfaultrate，largeenergy–wastingandlowefficiency.Accordingtothiskindofcondition,weadoptPLCandTransducertoreformfororiginalcontrolsystem,soastoraisethesafety,reliability,controlprecisionandspeedregulationperformanceofthewholeelectriccontrolledsystem.So,carryingontheresearchontheshafthoistcontrolsystemhasrealisticmeanings，anditisasubjectforresearchbyrelevantexpertsandscholars，bothathomeandabroad.Tothesequestionsexistingintheshafthoistcontro1system，thepaperappliedPLC(ProgrammableLogicController)andfrequencyconvertertothesystem,andcarriedondeeperresearchinfeasibility.Thefactindicates，adoptingcontrolsystem，theshafthoistworksreliably，easytouse，energy-savingwell，andhavedynamicalshownfunction.Keywords：Shafthoist；Frequencyconversion；PLC；controlsystem目錄304091緒論 1299771.1設(shè)計(jì)來源 1188311.2國內(nèi)外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2121411.2.1國內(nèi)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 281321.2.2國外提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 3178801.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義 460191.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 469741.3.2設(shè)計(jì)意義 462782礦井提升機(jī)的選型設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 6284662.1箕斗和電機(jī)的選型設(shè)計(jì) 620032.1.1箕斗的選定 639572.1.2提升機(jī)的簡(jiǎn)單介紹及電動(dòng)機(jī)的選定 7198832.1.3計(jì)算變位質(zhì)量 9303752.2提升電機(jī)的運(yùn)行方式 9266382.3提升機(jī)的速度要求及受力情況 10187412.3.1提升速度圖 10221062.3.2礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)六階段速度圖分析 10274052.3.3加速度的確定 12201632.4提升能力校核 16316482.5電動(dòng)機(jī)等效功率計(jì)算 16298862.5.1運(yùn)動(dòng)力計(jì)算 16131072.5.2等效力計(jì)算 18162782.5.3等效功率 19132102.5.4校核電動(dòng)機(jī)過負(fù)載系數(shù) 19314183礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 20122293.1礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的組成 20219063.2礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)工作原理 21104473.3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成 21263283.3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器簡(jiǎn)介 22134233.3.4高壓提升機(jī)變頻器主要特點(diǎn) 26265613.3.5變頻器參數(shù)設(shè)置 2781833.3.6變頻器外部接線圖設(shè)計(jì) 28198433.3.7變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能 2872373.3.8變頻器聲光報(bào)警回路設(shè)計(jì) 29235463.3.9變頻器制動(dòng)控制回路設(shè)計(jì) 29169853.4PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 3325207PLC概述 33320993.4.1PLC的I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 3471633.4.2PLC的I/O端口統(tǒng)計(jì) 3537253.4.3PLC的選型 36139413.4.4PLC的外部電路接線圖 36163363.4.5PLC外圍電氣控制回路設(shè)計(jì) 37247603.5硬件調(diào)速控制系統(tǒng)保護(hù)措施 41180553.5.1空氣斷路器短路保護(hù) 41320593.5.2熱繼電器過載保護(hù) 4170814礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 42184184.1程序設(shè)計(jì) 43324654.2系統(tǒng)抗干擾措施 46285954.2.1變頻器的抗干擾及防止 46170194.2.2PLC的抗干擾及防止 46266344.3提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖 4777874.4提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序調(diào)試 48143205人機(jī)交互界面 49220405.1觸摸屏概述 5010025.2觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用 50185015.3PWS－3261觸屏簡(jiǎn)介 5175985.4觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 51210486總結(jié) 52446致謝 542416參考文獻(xiàn) 5530332附錄A 573620附錄B 62摘要礦井提升機(jī)是礦山最重要的設(shè)備，肩負(fù)著礦石、物料、人員等的運(yùn)輸責(zé)任。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，這類提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速。這種控制系統(tǒng)存在可靠性差、操作復(fù)雜、故障率高、電能浪費(fèi)大、效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)這種情況采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方案對(duì)原有電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高整個(gè)電控系統(tǒng)安全可靠性、控制精度及調(diào)速性能。因此，對(duì)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個(gè)研究課題。本文針對(duì)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。事實(shí)表明，采用該控制系統(tǒng)，使提升機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；變頻調(diào)速；可編程控制器；控制系統(tǒng)

AbstractTheshafthoististheforemostequipmentofmines，itiswidelyusedtotransportthematerials，staffandequipment.Thetraditionalshafthoistcontrolsystemisalwayscontrolledbytherelay-contactor，andadoptsthemethodsofconnectseriesadditionalresistantinrotorswindinglooptostartandadjustspeed.Thesystemhasmanydisadvangessuchasbadreliability，complicatedoperation，highfaultrate，largeenergy–wastingandlowefficiency.Accordingtothiskindofcondition,weadoptPLCandTransducertoreformfororiginalcontrolsystem,soastoraisethesafety,reliability,controlprecisionandspeedregulationperformanceofthewholeelectriccontrolledsystem.So,carryingontheresearchontheshafthoistcontrolsystemhasrealisticmeanings，anditisasubjectforresearchbyrelevantexpertsandscholars，bothathomeandabroad.Tothesequestionsexistingintheshafthoistcontro1system，thepaperappliedPLC(ProgrammableLogicController)andfrequencyconvertertothesystem,andcarriedondeeperresearchinfeasibility.Thefactindicates，adoptingcontrolsystem，theshafthoistworksreliably，easytouse，energy-savingwell，andhavedynamicalshownfunction.Keywords：Shafthoist；Frequencyconversion；PLC；controlsystem

目錄30409第1章緒論 1299771.1設(shè)計(jì)來源 1188311.2國內(nèi)外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2121411.2.1國內(nèi)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 281321.2.2國外提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 3178801.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義 460191.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 469741.3.2設(shè)計(jì)意義 46278第2章礦井提升機(jī)的選型設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 6284662.1箕斗和電機(jī)的選型設(shè)計(jì) 620032.1.1箕斗的選定 639572.1.2提升機(jī)的簡(jiǎn)單介紹及電動(dòng)機(jī)的選定 7198832.1.3計(jì)算變位質(zhì)量 9303752.2提升電機(jī)的運(yùn)行方式 9266382.3提升機(jī)的速度要求及受力情況 10187412.3.1提升速度圖 10221062.3.2礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)六階段速度圖分析 10274052.3.3加速度的確定 12201632.4提升能力校核 16316482.5電動(dòng)機(jī)等效功率計(jì)算 16298862.5.1運(yùn)動(dòng)力計(jì)算 16131072.5.2等效力計(jì)算 18162782.5.3等效功率 19132102.5.4校核電動(dòng)機(jī)過負(fù)載系數(shù) 1931418第3章礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 20122293.1礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的組成 20219063.2礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)工作原理 21104473.3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成 21263283.3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器簡(jiǎn)介 22134233.3.4高壓提升機(jī)變頻器主要特點(diǎn) 26265613.3.5變頻器參數(shù)設(shè)置 2781833.3.6變頻器外部接線圖設(shè)計(jì) 28198433.3.7變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能 2872373.3.8變頻器聲光報(bào)警回路設(shè)計(jì) 29235463.3.9變頻器制動(dòng)控制回路設(shè)計(jì) 29169853.4PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 3325207PLC概述 33320993.4.1PLC的I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 3471633.4.2PLC的I/O端口統(tǒng)計(jì) 3537253.4.3PLC的選型 36139413.4.4PLC的外部電路接線圖 36163363.4.5PLC外圍電氣控制回路設(shè)計(jì) 37247603.5硬件調(diào)速控制系統(tǒng)保護(hù)措施 41180553.5.1空氣斷路器短路保護(hù) 41320593.5.2熱繼電器過載保護(hù) 417081第4章礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 42184184.1程序設(shè)計(jì) 43324654.2系統(tǒng)抗干擾措施 46285954.2.1變頻器的抗干擾及防止 46170194.2.2PLC的抗干擾及防止 46266344.3提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序梯形圖 4777874.4提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的程序調(diào)試 4814320第5章人機(jī)交互界面 49220405.1觸摸屏概述 5010025.2觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用 50185015.3PWS－3261觸屏簡(jiǎn)介 5175985.4觸摸屏在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 51210486總結(jié) 52446致謝 542416參考文獻(xiàn) 5530332附錄A 573620附錄B 621緒論1.1設(shè)計(jì)來源礦井提升機(jī)在礦井中擔(dān)負(fù)著升降人員、提升礦物、運(yùn)送材料以及升降設(shè)備、工具等任務(wù)，它是聯(lián)系礦井地面與井下的重要運(yùn)輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一，在整個(gè)礦井生產(chǎn)中占有重要地位，它被人們稱為礦山的“咽喉設(shè)備”。就其耗電量來說，提升機(jī)的耗電量大約占全礦井用電量的15％左右。但礦井提升機(jī)的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，牽引電機(jī)頻繁的前進(jìn)和后退，經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，電制動(dòng)不斷轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，這嚴(yán)重影響到提升過程的可靠與安全。因此，研制并制造既安全可靠又節(jié)省能源的提升機(jī)是煤炭安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。從20世紀(jì)80年代末，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的可編程序控制器得到了快速的發(fā)展，使之在概念、設(shè)計(jì)、性能、性價(jià)比等有了重要突破，尤其使得PLC和變頻器在提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。因?yàn)镻LC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大，適應(yīng)面廣、設(shè)計(jì)調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；而且變頻器調(diào)速具有優(yōu)異的調(diào)速性能、平穩(wěn)的起制動(dòng)性能、工作效率比較高、功率因數(shù)，節(jié)能效果也較明顯；從而使得礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的可靠性、安全性、自動(dòng)化水平都得到了大大的提高。我們都知道礦井提升機(jī)是聯(lián)系井下和地面的提升機(jī)械。按工作方式分類如下：1.單繩纏繞式提升機(jī)：它是較早的一種，工作原理比較簡(jiǎn)單，它是把鋼絲繩的一端固定并纏繞在提升機(jī)的滾筒上，另一端繞過井架上的天輪懸掛提升容器，利用滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同，將鋼絲繩纏上或是放出，完成提升或下放重物的任務(wù)。在我國豎井、斜井、中小型礦井及鑿井中較適用，目前在礦井提升機(jī)中占有較大比重。2.多繩纏繞式提升機(jī)：多繩摩擦式提升機(jī)的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示器、制動(dòng)裝置及導(dǎo)向輪等。多繩摩擦式提升機(jī)是多根鋼絲繩掛在卷筒上，當(dāng)卷筒（摩擦輪）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)依靠鋼絲繩依靠鋼絲繩與摩擦輪上的襯塊之間的摩擦力帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)行。這種提升機(jī)由于具有安全可靠、體積小、質(zhì)量小，更適用于深井提升等優(yōu)點(diǎn)，在我國目前的礦井提升機(jī)也已得到廣泛應(yīng)用。內(nèi)裝式提升機(jī)：內(nèi)裝式提升機(jī)是將拖動(dòng)電機(jī)直接裝在摩擦輪內(nèi)部，使電機(jī)轉(zhuǎn)子與摩擦輪成為一體。是世界上近年來研制成功的一種全新的新型提升機(jī)。它的摩擦輪相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，主軸相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)定子。同時(shí)，主軸可做成空心軸作為冷卻風(fēng)道，這樣既達(dá)到了使用內(nèi)部電動(dòng)機(jī)冷卻的目的，減少了設(shè)備結(jié)構(gòu)重量，又減少了提升系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。內(nèi)裝式提升機(jī)的問世，是提升機(jī)領(lǐng)域里的一個(gè)新的里程碑，是提升機(jī)的機(jī)械與電氣高度一體化的完美結(jié)合，它體積小，重量輕，基礎(chǔ)設(shè)施要求也簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用低，與傳統(tǒng)的提升機(jī)相比，它的各項(xiàng)指標(biāo)都顯示了較高的優(yōu)越性。它不但對(duì)提升機(jī)制造業(yè)產(chǎn)生了巨大影響，也對(duì)礦井提升機(jī)的使用，維修引起了變革，迫使人們用全新的概念去評(píng)價(jià)提升機(jī)的性能，重視內(nèi)裝式提升機(jī)的研制。1.2國內(nèi)外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)的現(xiàn)代化的不斷提高，人們對(duì)礦井提升設(shè)備的運(yùn)行特性曲線以及工作特性的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，提升設(shè)備及拖動(dòng)控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種各樣的新技術(shù)，新工藝逐漸的被應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中。尤其是模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、可編程控制系統(tǒng)在提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用將成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。下面就國內(nèi)外礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)情況作一簡(jiǎn)單的介紹。1.2.1國內(nèi)礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀在煤礦實(shí)際生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)起著十分重要的作用，它是礦山生產(chǎn)的過程中必不可少的設(shè)備。提升機(jī)電控裝置的技術(shù)性能，不僅直接影響礦山生產(chǎn)的效率及安全和可靠性，而且代表著礦井提升機(jī)發(fā)展的整體水平。如今，我國礦井提升機(jī)85%以上是采用單機(jī)容量在1000KW以下傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)來拖動(dòng)，采用轉(zhuǎn)子串、切電阻調(diào)速，用繼電器—接觸器構(gòu)成邏輯控制裝置來控制。其中一半以上為電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組(F-D機(jī)組)供電，采用晶閘管整流傳動(dòng)(SCR-D)的只占一小部分。但傳統(tǒng)交流拖動(dòng)系統(tǒng)的顯著缺點(diǎn)是：調(diào)速性能較差，調(diào)速時(shí)能量要大量消耗在電阻上，不僅給定方式落后，而且控制精度低，安全保護(hù)和監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)也不完善，安全可靠性差，維護(hù)工作量大，運(yùn)行還不經(jīng)濟(jì)。由于異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的特性曲線軟，在次同步狀態(tài)下無法產(chǎn)生有效的制動(dòng)力矩，因此無法準(zhǔn)確地控制提升機(jī)的停車位置?，F(xiàn)在多采取動(dòng)力制動(dòng)或低頻拖動(dòng)加制動(dòng)的方式來完成減速、爬行和停車等過程。目前在用的動(dòng)力制動(dòng)及低頻電源大多數(shù)為采用模擬技術(shù)控制的晶閘管裝置，但是仍存在調(diào)試?yán)щy、維護(hù)量大的問題。傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差的另一原因就是安全保護(hù)、閉鎖及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不完善，均為單線控制系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數(shù)都共用一套線路，互相影響。1985年以來，面對(duì)制約提升安全的重要環(huán)節(jié)，陸續(xù)增設(shè)了深度指示器、自動(dòng)減速、限速等安全監(jiān)測(cè)以及后備保護(hù)功能，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)的雙線制，使得提升安全狀況有所提高。對(duì)提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)技術(shù)改造的過程中，不僅要有領(lǐng)先于國際先進(jìn)水平的工作意識(shí)，也要考慮我國實(shí)際的國情，憑借自己的力量，去加強(qiáng)與先進(jìn)國家的合作，虛心學(xué)習(xí)引進(jìn)、消化吸收、合作制備、聯(lián)合改造創(chuàng)新等多種形式，從而實(shí)現(xiàn)符合中國國情的煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)代化的夢(mèng)想。1.2.2國外提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀國外從60年代末開始，隨著微機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并己逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中了?，F(xiàn)在看來，國外己達(dá)到很成熟的階段，使整個(gè)拖動(dòng)控制產(chǎn)生一次偉大的變革。具體應(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，提升工藝過程大都采用微機(jī)來控制。由于微機(jī)功能強(qiáng)大，使用靈活方便，運(yùn)算速度快捷，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷短路斷路等功能，而這是采用模擬控制所無法實(shí)現(xiàn)的。(2)提升行程控制提升機(jī)的控制從最本質(zhì)上說其實(shí)是一個(gè)對(duì)位置的控制，必須要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)能夠準(zhǔn)確的停車，準(zhǔn)確度要高，目前的控制誤差不超過2cm。當(dāng)采用微機(jī)控制，可通過采集各種傳感信號(hào)，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、滾筒、鋼絲繩磨損等。將這些信號(hào)進(jìn)行處理，可以計(jì)算出提升機(jī)的準(zhǔn)確的位置而施以保護(hù)和控制。在箕斗提升時(shí)可實(shí)現(xiàn)無爬行提升，大大的提高了提升能力。如SIEMENS,ABB,AEG等公司己采用32位微機(jī)來構(gòu)成行程給定器。而且還提供性能不盡相同的機(jī)械行程控制器。多數(shù)過程控制用微機(jī)作監(jiān)視，行程控制也采用獨(dú)立的微機(jī)來完成，從而提高了系統(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)設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)安全與可靠性，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)監(jiān)視；b、各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；c、各傳感器(如井筒同步開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。使得各種故障在出現(xiàn)之前就給處理了，防止機(jī)械事故的發(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。甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，投入到礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。(4)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)，這個(gè)過程極為重要。，對(duì)不同的故障，我們一般采用不同的處理方法來確保人員和設(shè)備的安全。安全回路是保護(hù)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如今很多公司都采用兩臺(tái)PLC微機(jī)來構(gòu)成安全回路，使安全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)故障都能精確地實(shí)施安全制動(dòng)。(5)全數(shù)字化系統(tǒng)調(diào)速控制西歐一些國家如德國AEG公司、西門子公司以及ABB公司已經(jīng)將交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和全數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用于提升機(jī)上。尤其全數(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)整容易、與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)便捷等優(yōu)點(diǎn)。但是此類系統(tǒng)要求維護(hù)人員具有更高的技術(shù)水平和計(jì)算機(jī)知識(shí)才行。然而，當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)行程控制水平還是很低的，速度給定環(huán)節(jié)依然以時(shí)間給定和機(jī)械式行程給定為主要工作方式，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)的研究成果還處于萌芽與測(cè)試階段。截至目前，還未見到采用智能控制裝置來實(shí)現(xiàn)高性能的行程控制系統(tǒng)的成套配置裝置，而有些先進(jìn)國家已經(jīng)逐漸進(jìn)入工業(yè)4.0，先進(jìn)水平可想而知。但對(duì)于我國的礦井提升機(jī)系統(tǒng)來說，如何實(shí)現(xiàn)高性能的行程控制與制動(dòng)控制系統(tǒng)可靠安全是一個(gè)目前亟需解決的首要問題。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義1.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)是以某煤礦主立井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)為背景，在已經(jīng)很成熟但調(diào)速方法較落后、設(shè)備陳舊的交流拖動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)速度、行程，制動(dòng)控制中的應(yīng)用，詳細(xì)的敘述新型礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有：(1)礦井提升機(jī)電控調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；(2)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件的選型設(shè)計(jì)；(3)調(diào)速控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)；(4)對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行分析校驗(yàn)；1.3.2設(shè)計(jì)意義當(dāng)前國內(nèi)提升機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)絕大多數(shù)還是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入電阻，用分段控制的交流繞線式電機(jī)和繼電器接觸器來控制系統(tǒng)。這種控制方式設(shè)備陳舊、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、技術(shù)落后，總之問題很多，具體如下：(1)在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)電阻，大量電能被消耗，這會(huì)造成能源的浪費(fèi)。(2)電子分級(jí)切換，是為有級(jí)調(diào)速，這樣運(yùn)行不平穩(wěn)，電氣及機(jī)械沖擊明顯；(3)繼電器、接觸器動(dòng)作頻繁，電弧會(huì)燒蝕觸點(diǎn)，使用壽命降低，維修成本增加。(4)系統(tǒng)安全性、可靠性也不高（如交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題），容易引起設(shè)備故障。(5)電動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。(6)提升容器通過預(yù)定好的減速點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)載的不同，將得到不同的減速值，就不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行過程，最終使停車位置不準(zhǔn)確，不能正常裝卸載貨物或人員。以上得問題將使得提升機(jī)的可靠性以及安全性得不到保證。所以，更加安全可靠的控制系統(tǒng)的研制，將變得很重要，這會(huì)使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性得到改善。在提升機(jī)控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻器調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，是對(duì)原有提升機(jī)控制系統(tǒng)的升級(jí)與換代。本設(shè)計(jì)從解決實(shí)際礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的問題出發(fā)，控制單元采用當(dāng)今工控適配的PLC控制；電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選用領(lǐng)先的變頻傳動(dòng)裝置；優(yōu)化了礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的性能。改進(jìn)了原來電控調(diào)速用的交流接觸器及電阻，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了許多；調(diào)速連續(xù)方便，可分段預(yù)置頻率；能根據(jù)負(fù)荷情況來連續(xù)平滑的進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，無機(jī)械沖擊的現(xiàn)象；實(shí)現(xiàn)并完成了低頻低壓的軟啟動(dòng)和軟停止，使停車運(yùn)行更加平穩(wěn)；啟動(dòng)和加速過程對(duì)電流沖擊小，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無級(jí)平滑地升至最高速。目前，這一控制方法是現(xiàn)代交流調(diào)速中相對(duì)較先進(jìn)的調(diào)速控制方式之一。但安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用、高效依然是本設(shè)計(jì)的任務(wù)和追求的目標(biāo)。2.礦井提升機(jī)的選型設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析假設(shè)某煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量:,采用立井開采已知數(shù)據(jù)：提升機(jī)工作制度為每年工作日；每日工作小時(shí)數(shù)；(3)單水平提升，井筒深度；(4)箕斗卸載高度,裝載高度；(5)散煤容重密度；(6)一套箕斗提升設(shè)備，采用多繩摩擦式提升機(jī)。根據(jù)這個(gè)煤礦的實(shí)際生產(chǎn)情況，并且廣泛調(diào)查國內(nèi)外礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r來設(shè)計(jì)出適合該煤礦的安全可靠、效率高的提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。2.1箕斗和電機(jī)的選型設(shè)計(jì)2.1.1箕斗的選定(1)提升高度：(2)經(jīng)濟(jì)提升速度：(3)一次提升循環(huán)估算時(shí)間：(4)初估算加速度：(5)每小時(shí)提升次數(shù)：(6)每小時(shí)提升量：(7)一次合理提升量：要考慮到為以后礦井生產(chǎn)能力的加大留有余地，選擇JDS16，有效容積為。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，考慮到實(shí)際的提升速度得低于8m/s，因此，取過卷高度H=8m,天輪直徑來確定井架高度。2.1.2提升機(jī)的簡(jiǎn)單介紹及電動(dòng)機(jī)的選定礦井提升設(shè)備的主要組成部分有：提升鋼絲繩、提升容器、提升機(jī)（包括拖動(dòng)系統(tǒng)）、井架、天輪、導(dǎo)向輪及裝卸載設(shè)備等等。由于井筒條件及選用的提升容器和提升機(jī)的類型不盡相同，所以可組成的礦井提升系統(tǒng)各有特點(diǎn)。最為常見的提升系統(tǒng)有：豎井單繩纏繞式箕斗提升系統(tǒng)、豎井多繩摩擦式箕斗提升系統(tǒng)、豎井單繩纏繞式罐籠提升系統(tǒng)、豎井多繩摩擦式罐籠提升系統(tǒng)、斜井串車提升系統(tǒng)、斜井箕斗提升系統(tǒng)。礦井提升機(jī)是一個(gè)完整的機(jī)械-電氣系統(tǒng)，主要由以下這幾部分組成。(1)工作機(jī)構(gòu)主要是指主軸裝置和主軸承，主軸裝置：主軸、卷筒、滾動(dòng)軸承、支輪、制動(dòng)輪、調(diào)繩離合器。(2)制動(dòng)系統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)裝置由制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)裝置組成，它們是提升機(jī)不可缺少的重要組成部分之一，還是最后一道安全保障裝置。制動(dòng)裝置的可靠性直接影響到提升機(jī)是否能安全運(yùn)行。提升機(jī)制動(dòng)器的功能就是剎住提升機(jī)的卷筒，使提升機(jī)停止繼續(xù)運(yùn)行。(3)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括減速器和聯(lián)軸器。減速器的功能是減速和傳遞動(dòng)力，聯(lián)軸器的作用是用來聯(lián)接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，并且傳遞機(jī)械動(dòng)力。(4)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)是礦井提升機(jī)在礦井提升運(yùn)行的過程中，連續(xù)不斷的向軸承和嚙合齒面壓送潤(rùn)滑油，來保證軸承和齒輪的正常工作。但潤(rùn)滑系統(tǒng)一定要與自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖，就是當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)失靈時(shí)，主電動(dòng)機(jī)能夠斷電，來確保機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。(5)觀測(cè)和操縱系統(tǒng)觀測(cè)和操縱系統(tǒng)主要由斜面操縱臺(tái)，深度指示器和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成。深度指示器的作用是顯示提升容器當(dāng)前的運(yùn)行位置，當(dāng)容器接近井口卸載位置和井底車場(chǎng)時(shí)，發(fā)出減速和制動(dòng)信號(hào)，使得礦井提升機(jī)迅速制動(dòng)停止。(6)拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)包括拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、變頻器、PLC電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)等。礦井提升機(jī)的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的功能與作用是：在提升機(jī)不參與工作的情況下，發(fā)生故障的時(shí)候能夠自動(dòng)將主電動(dòng)機(jī)斷開，同時(shí)進(jìn)行安全制動(dòng)以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的安全保護(hù)的作用。提升機(jī)系統(tǒng)圖如圖2-1所示：表2-1立井雙箕斗底卸式提升系統(tǒng)圖Table2-1doubleshaftskipunloadinghoistingsystemdiagram(1)確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)考慮到箕斗容積選用比較大，故選預(yù)定的同步轉(zhuǎn)速為(2)電機(jī)功率確定由可以大致估定電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)為，所以實(shí)際最大提升速度為則電動(dòng)機(jī)功率取礦井阻力系數(shù)，箕斗提升K=1.15，減速器傳動(dòng)效率（減速度傳動(dòng)效率，單級(jí)傳動(dòng)=0.92，雙級(jí)傳動(dòng)時(shí)=0.85）為。Q為一次提升貨物重力，動(dòng)力系數(shù)。根據(jù)以上這些的計(jì)算，最終選擇YR2500-6/1430大型三相異步電動(dòng)機(jī)，查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，其技術(shù)參數(shù)如下見表2-3。表2-2YR2500-6/1430型電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)Table2-2technicalparametersofYR2500-6/1430motor額定功率=2500kw額定轉(zhuǎn)速=1000r/min過負(fù)載系數(shù)=2.0轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=12480kg.電動(dòng)機(jī)效率=94.0%電壓V=6kv(3)電動(dòng)機(jī)作用于滾筒上的額定拖動(dòng)力：2.1.3計(jì)算變位質(zhì)量變位質(zhì)量見式(2.1.3)式(2.1.3)=8803.6（kg/m）2.2提升電機(jī)的運(yùn)行方式提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式，主要根據(jù)系統(tǒng)的力圖來確定：加速階段：提升時(shí)為正力，電動(dòng)加速。下放時(shí)為負(fù)力，如果負(fù)力值較小，可考慮自由下落加速，并配合使用盤式制動(dòng)器來制動(dòng)，如果負(fù)力值較大，則采用動(dòng)力制動(dòng)加速。勻速階段：提升時(shí)為正力，采用電動(dòng)拖動(dòng)。下放時(shí)為負(fù)力，采用能耗制動(dòng)、閉環(huán)控制，單閉環(huán)速度控制系統(tǒng)由與距離有關(guān)的理想速度給定電路、速度負(fù)反饋電路、PID調(diào)節(jié)器、移相觸發(fā)電路及雙向可控硅能耗制動(dòng)電路組成，下放速度由PID調(diào)節(jié)。主減速階段：提升時(shí)為正力，采取逐級(jí)接入轉(zhuǎn)子附加電阻和機(jī)械制動(dòng)的方式。下放時(shí)為負(fù)力，一方面接入轉(zhuǎn)子附加電阻，另一方面增大制動(dòng)電流并輔以機(jī)械制動(dòng)方式減速。爬行階段：當(dāng)為正力時(shí)，轉(zhuǎn)子接入幾段附加電阻，用PLC控制運(yùn)行；當(dāng)為負(fù)力時(shí)，在能耗制動(dòng)方式下接入轉(zhuǎn)子附加電阻。2.3提升機(jī)的速度要求及受力情況2.3.1提升速度圖提升速度圖的確定：多繩摩擦輪提升機(jī)的速度圖和單繩纏繞式提升機(jī)相同。即箕斗提升采用六階段速度圖；罐籠提升采用五階段速度圖。由于多繩提升機(jī)多用于較深的礦井，更多的是在大型礦井使用，因此，電動(dòng)機(jī)功率大都比較大，使用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的可能性較單繩提升機(jī)為大。當(dāng)采用直流拖動(dòng)時(shí)，速度圖的加速段可能有二種：一是等加速度：另一種是變加速度，又稱為拋物線加速度。拋物線加速度有以下特點(diǎn)：加速階段與等速階段的功率式連續(xù)變化的，加速段的尖峰功率較小，因此，要求電動(dòng)機(jī)及變流設(shè)備的過載能力較小，加速段啟動(dòng)功率也小。加速階段的時(shí)間較長(zhǎng)，大約為等加速度所需時(shí)間的二倍，因此，在同樣的條件下，提升能力較小。由于箕斗提升一般要求有最小的一次提升時(shí)間，因而限制了拋物線加速度的速度圖的使用，只有在副井提升，對(duì)一次提升時(shí)間要求不嚴(yán)格的情況下，才考慮選用拋物線加速度的速度圖，以降低電動(dòng)機(jī)，電源設(shè)備的過載和電網(wǎng)的高峰負(fù)荷。由于本文中屬于主井箕斗提升，因而使用等加速度的速度圖。2.3.2礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)六階段速度圖分析初加速階段t0由于這時(shí)井上空箕斗在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行，故加速度不可過高，以免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生過大沖擊，《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，箕斗滑輪離開曲軌時(shí)的加速度V0≤1.5m/s。(2)主加速階段t1正常提升時(shí)，電動(dòng)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≤0.3m/s2。當(dāng)V0上升到Vm時(shí)，電動(dòng)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(dòng)力來維持穩(wěn)定的下放速度和規(guī)定的減速度。(3)勻速階段t2上升時(shí)，根據(jù)負(fù)載狀況使電動(dòng)機(jī)保持電動(dòng)狀態(tài)，且速度Vm=7.84m／s。下放時(shí)，由測(cè)速發(fā)電機(jī)反映轉(zhuǎn)子下放速度，當(dāng)速度高于Vm時(shí)，增大勵(lì)磁電流，提高制動(dòng)力矩，使觀覽車在斜坡上勻速運(yùn)行。(4)主減速階段t3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，由裝在斜坡上的位置開關(guān)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)，PLC再根據(jù)與電動(dòng)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(lì)磁電流，使下放速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低。(5)爬行階段t4V4在0.3m/s左右，此數(shù)值實(shí)際上是一個(gè)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。(6)停車階段t5將盤式制動(dòng)器的KT線圈斷電，抱閘迅速抱住卷筒，提升機(jī)停轉(zhuǎn)。采用的六階段速度圖，如下圖2-3所示：表2-3提升機(jī)的六階速度圖Table2-3sixorderspeedchartofthehoist2.3.3加速度的確定（1)初加速度箕斗提升初加速度的確定，見式()式()==0.479（m/）式中：——箕斗脫離卸載軌時(shí)的速度，為了保證提升開始時(shí)，空箕斗對(duì)卸載曲軌及井架的沖擊不致過大，箕斗離開卸載曲軌的速度被限制在≤1.5，取=1.5（m/s）；——箕斗在卸載曲軌中的行程，目前大量通用的箕斗卸載曲軌行程為h0=2.13m，新標(biāo)準(zhǔn)系列箕斗的卸載曲軌行程為2.35m，所以初加速度a0一般采用0.5m/s2。按防滑條件計(jì)算在計(jì)算容器最小自重時(shí)已定。綜合考慮上述三個(gè)條件，按其中最小者確定主加速度的大小。所以綜上所述，本設(shè)計(jì)加速度=0.8是可取的。（2)提升減速度的確定根據(jù)防滑條件查表,最終選取=1.120（）（3)爬行速度和距離根據(jù)爬行距離及速度選擇表，按自動(dòng)控制：（m/s）；=3（m）（4)速度圖計(jì)算已知：7.84（m/s）；=584（m）；=1.5（m/s）；=2.35（m）；（）；（）；（）；（m/s）；=3（m）1)初加速階段：卸載曲軌中初加速時(shí)間見式()式()==5（s）箕斗在卸曲軌內(nèi)的行程見式()式()==3.75（m）2)正常加速階段：時(shí)間見式()式()==8（s）距離見式()式()==37.4（m）3)正常減速階段：時(shí)間見式()式()==6.6（s）距離見式()式()==27.5（m）4)爬行階段：時(shí)間見式()式()==6（s）5)制動(dòng)階段（抱閘停車）：末減速度：，一般取0.3～0.5（m/），本設(shè)計(jì)取=0.5（m/）時(shí)間見式()式()==1（s）6)等速階段：距離見式(0)式(0)==512.4（m）時(shí)間見式(1)式(1)==65.4（s）（5)提升一次循環(huán)所需時(shí)間提升一次循環(huán)所需時(shí)間(除去休止時(shí)間)，見式(2)式(2)=92（s）提升一次循環(huán)所需時(shí)間，見式(3)式(3)=92+16=108（s）2.4提升能力校核年實(shí)際提升能力見式(2.4)式(2.4)==313.7（萬噸/年）>300（萬噸/年）因此提升能力校核合格。2.5電動(dòng)機(jī)等效功率計(jì)算2.5.1運(yùn)動(dòng)力計(jì)算因?yàn)樘嵘龣C(jī)的尾繩等重，所以根據(jù)平衡系統(tǒng)來計(jì)算，=01)提升開始，運(yùn)動(dòng)力見式()式()==23606.8（kg）2)初加速終了，運(yùn)動(dòng)力見式()=式()=23606.8（kg）3)加速開始，運(yùn)動(dòng)力見式()式()==26247.88（kg）4)加速終了，運(yùn)動(dòng)力見式()式()=26247.88（kg）5)等速開始，運(yùn)動(dòng)力見式()式()==19205（kg）6)等速終了，運(yùn)動(dòng)力見式()式()=19205（kg）7)減速開始，由于為自由滑行，運(yùn)動(dòng)力見式()（kg）式()8)減速終了，變?yōu)樽杂苫校\(yùn)動(dòng)力見式()（kg）式()9)爬行開始，運(yùn)動(dòng)力見式()式()==9860.0（kg）10)爬行終了，運(yùn)動(dòng)力見式(0)式(0)=9860.0（kg）11)制動(dòng)減速開始時(shí)，運(yùn)動(dòng)力見式(1)式(1)==5458.2（kg）12)制動(dòng)終了，運(yùn)動(dòng)力見式(2)式(2)=5458.2（kg）表2-3力圖Table2-3forcediagram2.5.2等效力計(jì)算1)求，見式()式()==——各個(gè)運(yùn)行階段力的平方與該段時(shí)間成績(jī)的總和。2)等效時(shí)間，見式()式()==84.1（s）3)等效力，見式()式()==19808.8（kg）2.5.3等效功率等效功率，見式()式()==1970.3（kw）<2124（kw）2.5.4校核電動(dòng)機(jī)過負(fù)載系數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的過負(fù)載系數(shù)，見式()式()==1.187<0.752=1.5所以預(yù)選的電動(dòng)機(jī)能夠滿足提升要求。3.礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的組成礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成：動(dòng)力裝置、液壓站、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、操作臺(tái)、PLC、控制監(jiān)視系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖3-1所示：圖3-1礦井提升機(jī)系統(tǒng)框圖Figure3-1minehoistsystemblockdiagram系統(tǒng)框圖中各部分功能如下：(1)動(dòng)力裝置：由主電機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器和底座組成，主要為了完成人和物料的運(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(dòng)力。而對(duì)于礦井提升機(jī)這樣的大型運(yùn)輸機(jī)械來講，當(dāng)電機(jī)脫離電源后，由于運(yùn)行慣性較大，往往要經(jīng)過一段時(shí)間才能夠停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這會(huì)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正常運(yùn)輸。所以必須在系統(tǒng)里加入制動(dòng)器，避免產(chǎn)生“蠕動(dòng)”的現(xiàn)象，從而確保運(yùn)輸?shù)娜撕臀锪系耐？堪踩?2)液壓站：它是提升機(jī)制動(dòng)的動(dòng)力來源，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加制動(dòng)力，然后取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，要先對(duì)電機(jī)施加直流制動(dòng)過程，再松開機(jī)械抱閘，防止箕斗溜車，來確保系統(tǒng)安全可靠地工作。(3)變頻調(diào)速器：它是動(dòng)力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能，以此提供給交流電動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。(4)操作臺(tái)：操作臺(tái)上實(shí)際是有兩個(gè)手柄，分別掌控速度輔助給定和制動(dòng)力給定。它是整個(gè)礦井提升機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的控制核心部位，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，還可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制指令，來實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)勻速運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制功能。(5)控制監(jiān)視系統(tǒng)：它是操作人員和控制系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)之間的紐帶，可以在線監(jiān)測(cè)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)。提升過程采用的微機(jī)主要來完成如下參數(shù)的監(jiān)視：1、提升過程中各個(gè)工況參數(shù)監(jiān)視；2、各個(gè)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；3、各傳感器（如位置開關(guān)、停車開關(guān)）信號(hào)的監(jiān)視。系統(tǒng)框圖中是用旋轉(zhuǎn)編碼器來測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速的。3.2礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)工作原理礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)部大多數(shù)是采用矢量來控制的，當(dāng)提升機(jī)操作人員聽到開車信號(hào)時(shí)候，按下啟動(dòng)按鈕，PLC控制將三相動(dòng)力電源由隔爆接線腔R，S，T3個(gè)接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，再松開液壓制動(dòng)閥并且將主令控制器推到反向（或正向），大功率變頻可以將工頻三相交流經(jīng)過交—直轉(zhuǎn)換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)來進(jìn)行逆變，使得輸出是某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U，V，W來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器輸出頻率的變化，將直接導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，二者之間的關(guān)系近似于線性。這樣，就起到了調(diào)節(jié)速度的作用。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定了S形速度曲線，由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口來輸出，以此達(dá)到驅(qū)動(dòng)變頻器的工作；對(duì)變頻器輸出頻率的調(diào)整與控制，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況需要，由操作臺(tái)的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(cè)出主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少，并將此信號(hào)傳送到可編程控制器中，然后PLC通過該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算出提升機(jī)的行走距離。操作人員通過操作臺(tái)向PLC發(fā)送控制提升機(jī)運(yùn)行的控制命令?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC通信，將電動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)都呈現(xiàn)出來，并對(duì)礦車的位置及速度進(jìn)行時(shí)時(shí)不間斷的監(jiān)控。使得操作人員分析故障、判斷故障和處理提供理論依據(jù)。3.3礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成3.3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器簡(jiǎn)介變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷結(jié)果將工頻電源更換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在所使用的變頻器主要采用交-交和交-直-交方式,交-直-交先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫矗缓笤侔阎绷麟娫崔D(zhuǎn)變成頻率、電壓均可以人為控制的交流電源去供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般是由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四部分組成。整流部分分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，而且輸出是PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖的無功功率。其結(jié)構(gòu)圖如下圖3-2所示：表3-2變頻器結(jié)構(gòu)圖Table3-2converterstructurechart在異步電動(dòng)機(jī)定子的對(duì)稱的三相繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，在電動(dòng)機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速:式中-定子繞組電源頻率，-電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率:；異步電機(jī)轉(zhuǎn)速：；由上式可知，異步電機(jī)調(diào)速方法有如下幾種(1)變同步轉(zhuǎn)速:變極、變頻。(2)變轉(zhuǎn)差率：定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串級(jí)調(diào)速。轉(zhuǎn)差功率：式中–電磁功率，-轉(zhuǎn)子銅損。由上面的公式能夠看出，變極調(diào)速與變頻調(diào)速都是轉(zhuǎn)差功率不變型，無論其轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗是基本不變的。尤其在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速憑借其優(yōu)異的調(diào)速性能、平穩(wěn)的起動(dòng)和制動(dòng)性能、比較高的工作頻率、功率因數(shù)、明顯的節(jié)能效果和廣泛的適用范圍已被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前景的調(diào)速方法。而隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的高速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也不容小覷，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)能、提高工藝流程和改善工作環(huán)境的一種重要方式。礦井提升機(jī)構(gòu)平均的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般為額定力矩值的1.3-1.6倍。但考慮到電源電壓的波動(dòng)因素以及需要通過125%超載試驗(yàn)要求等因素，所以最大轉(zhuǎn)矩必須有1.8-2倍的負(fù)載力矩值，來確保其安全使用的要求。而等額變頻器僅僅能提供小于150%的超載力矩值，但可以通過提高變頻器容量或同時(shí)加大變頻器和電機(jī)的容量來獲得200%的力矩值。此時(shí)變頻器容量：式中：–電機(jī)功率因數(shù)；-提升額定負(fù)載所需功率；-電機(jī)效率；-變頻器容量；-系數(shù)，；提升機(jī)構(gòu)變頻器容量根據(jù)負(fù)載功率來進(jìn)行計(jì)算，并考慮多于2倍的安全力矩。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再考慮電流驗(yàn)證，在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的情況下，變頻器的容量選擇要保證，而且變頻器的額定電流應(yīng)大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流，并且變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率要大于該電動(dòng)機(jī)實(shí)際的功率。同時(shí)礦用提升機(jī)屬于頻繁起動(dòng)、加減速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，其變頻器容量的選定應(yīng)該根據(jù)加速、等速、減速等各種運(yùn)行狀態(tài)下的電流值進(jìn)行選定，我們按下式確定：式中：:變頻器額定輸出電流；:各運(yùn)行狀態(tài)的平均電流；:各運(yùn)行狀態(tài)下的時(shí)間；：安全系數(shù)；考慮到礦用電機(jī)性能上的差異及機(jī)械負(fù)載帶來的波動(dòng)，變頻器的容量等于電動(dòng)機(jī)容量的1.4倍，根據(jù)系統(tǒng)的電機(jī)功率，綜合考慮以上各種因素所帶來的影響，最終本設(shè)計(jì)選用西門子GM150系列通用變頻器。3.3.2提升機(jī)速度給定方案的確定及設(shè)計(jì)在速度給定方案上，目前主要有兩種給定方式，時(shí)間給定，行程給定，兩種方式各有優(yōu)劣。以時(shí)間為給定方式的速度控制，易產(chǎn)生誤差，特別是在減速段，這對(duì)礦井提升機(jī)的安全性有很大的不利影響，而以行程為給定方式的速度控制，其誤差會(huì)即時(shí)被調(diào)節(jié)糾正，或不再經(jīng)過積分?jǐn)U大，因此控制精度高，能滿足提升安全的需要。但初加速時(shí)刻的行程為零，此時(shí)速度給定也為零，若按行程給定的方式則會(huì)出現(xiàn)無法開車的狀況。因此在選定速度控制方案的時(shí)候，考慮到各方面的因素，在對(duì)梯形圖進(jìn)行S形轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，在提升加速階段，采用以時(shí)間為給定方式的速度控制，在提升機(jī)減速采用以行程為給定方式的速度控制。礦井提升機(jī)的工作過程是提升容器在井筒中往返運(yùn)動(dòng)的過程，通常以提升容器的運(yùn)動(dòng)速度或電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率與時(shí)間的關(guān)系來表示其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如圖2-1所示為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)提升機(jī)的運(yùn)行曲線。表3-3提升機(jī)的運(yùn)行曲線Table3-3Hoistoperationcurve在圖2-1中，提升機(jī)無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)其工作過程是相同的，都有起動(dòng)、加速、中速運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、低速運(yùn)行、制動(dòng)停車等七個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行的時(shí)間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度，加速度及立井的深度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行狀況由程序來控制。圖中各個(gè)階段的工作情況說明如下：(1)未松閘之前0～t0：為給變頻器的轉(zhuǎn)矩上升留有一定時(shí)間，在提升機(jī)啟動(dòng)之前，先將提升機(jī)鎖死一段時(shí)間，待變頻器將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩提升到150%左右時(shí)，再松閘，防止溜車現(xiàn)象發(fā)生。(2)第一次加速階段t0：電機(jī)以0.5m/s每秒的加速度帶動(dòng)提升機(jī)運(yùn)行，直至電機(jī)頻率達(dá)到25Hz。(3)中速階段t0～t1：此階段中提升機(jī)不變的速度在井筒中運(yùn)行,此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行頻率保持在25Hz，提升機(jī)速度保持在2.5m/s。(4)第二次加速階段t1:在電機(jī)以25Hz平穩(wěn)運(yùn)行時(shí),若一切正常,無故障,則再次加速到最高頻率,以50Hz運(yùn)行。(5)高速階段t2:此時(shí)電機(jī)以50Hz的頻率平穩(wěn)運(yùn)行。(6)減速階段t3：此時(shí)提升機(jī)運(yùn)行到減速點(diǎn)(本設(shè)計(jì)中假設(shè)運(yùn)行至225m時(shí)開始減速)，電機(jī)開始以0.5m/s的加速度減速運(yùn)行，直至電機(jī)頻率降至10Hz。(7)低速階段t4：此時(shí)提升機(jī)低速爬行,電機(jī)以10Hz頻率繼續(xù)運(yùn)行。(8)停車階段t5：此時(shí)提升機(jī)剎車，停止運(yùn)行(本設(shè)計(jì)中假設(shè)運(yùn)行至584m時(shí)立即制動(dòng)停車，并抱閘)。注：以上為PLC自動(dòng)操作程序工作,其中加速和減速段的時(shí)間均在變頻器上設(shè)置。3.3.3各計(jì)時(shí)器的時(shí)間計(jì)算在本設(shè)計(jì)中,礦井為立井,且深度為550m,為保證安全，礦井提升機(jī)的最大速度在此選擇為5m/s,即當(dāng)電機(jī)以50Hz，高速運(yùn)行時(shí),其轉(zhuǎn)速按1000r/min選擇電機(jī)的軸比系數(shù),相應(yīng)的中速階段按2.5m/s選擇，變頻器頻率給定為25Hz，低速階段按速度為1m/s選擇。根據(jù)以上的設(shè)定，計(jì)算各個(gè)階段的時(shí)間如下表3-4（井深按550m取）：Accordingtotheabovesetting,thetimeofeachphaseiscalculatedasfollowstable3-4(welldepthby550m):運(yùn)行階段時(shí)間設(shè)定實(shí)際位置井底上升井上下降0～t0松閘階段2s井下停車點(diǎn)井上停車點(diǎn)t0加速階段5s0m-3.75m0m-3.75mt1加速階段8s3.75m-41.15m3.75m-41.15mt2高速階段65.4s41.15m-553.55m41.15m-553.55mt3減速階段6.6s553.55m-581.05m553.55m-581.0mt4低速階段6s581.05m-584m581.05m-584mt5制動(dòng)階段>2s井上停車點(diǎn)井下停車點(diǎn)各行程開關(guān)的設(shè)置根據(jù)以上的計(jì)算設(shè)定各行程開關(guān)的位置如下表3-5：Accordingtotheabovecalculation,thepositionofthetravelswitchisasfollows:3-5:行程開關(guān)位置（井上算起）行程開關(guān)位置（井上算起）上過卷-3m下減速點(diǎn)545m上停車點(diǎn)-2m下制動(dòng)點(diǎn)550m上制動(dòng)點(diǎn)0m下停車點(diǎn)552m上減速點(diǎn)5m下過卷553m3.3.4高壓提升機(jī)變頻器主要特點(diǎn)(1)高壓主回路與控制器之間為多路光纖連接，安全且可靠；(2)全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏，安裝、設(shè)定、調(diào)試很簡(jiǎn)便，功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)也簡(jiǎn)單；(3)高電壓源型的變頻器，直接6KV，10KV輸入和輸出，不需要輸出變壓器；(4)可以滿足電動(dòng)機(jī)的四象限的工作要求；(5)輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因素補(bǔ)償和諧波抑制等裝置；(6)輸出階梯SPWM波形，無須輸出濾波裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無損害，諧波少，減少軸承和減速器等所帶來的機(jī)械振動(dòng)；(7)強(qiáng)大的CPU處理能力，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)需要；(8)自帶風(fēng)冷和水冷設(shè)施，完善的變頻器參數(shù)設(shè)定功能，優(yōu)異的性能和性價(jià)比；(9)具備RS485通訊接口，標(biāo)準(zhǔn)Modbus/Profibus等通信規(guī)約，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，可以接受和輸出標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)信號(hào)；(10)完整的故障監(jiān)測(cè)電子電路、精確的故障定位和報(bào)警保護(hù)功能；3.3.5變頻器參數(shù)設(shè)置根據(jù)提升機(jī)的速度要求來確定變頻器的參數(shù)，設(shè)置如下表所示：表3-6變頻器參數(shù)設(shè)置Table3-6inverterparametersettings參數(shù)名稱參數(shù)號(hào)設(shè)置參數(shù)應(yīng)用對(duì)象P02051控制方式P13000工作地區(qū)P01000上限頻率P108250Hz下限頻率P10800Hz上升時(shí)間P1120300s下降時(shí)間P1121200s自動(dòng)檢測(cè)方式P19102根據(jù)變頻器的調(diào)速原理，在變頻器輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由PLC輸出的模擬量，就是我們所說的電壓或電流信號(hào)來控制變頻器的輸出頻率，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的控制。本設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)是采用PLC+D/A模塊配合變頻器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，通過PLC輸出電壓信號(hào)（0-10V）來控制變頻器的頻率變化。此時(shí)變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比例的關(guān)系。3.3.6變頻器外部接線圖設(shè)計(jì)變頻器能夠輸出頻率可以改變的交流電源，而且在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報(bào)警輸出及制動(dòng)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報(bào)警器和安全制動(dòng)等功能，能夠更加有效的對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，外部接線圖如圖3-7所示：圖3-7提升機(jī)系統(tǒng)變頻器外部接線圖Figure3-7theexternalwiringdiagramoftheinverterexternalconverter3.3.7變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主電路如圖3-8所示：圖3-8變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主電路圖Figure3-8maincircuitofvariablefrequencyspeedcontrolsystem①空氣斷路器：過流過載保護(hù)；②交流接觸器：切斷電源和啟動(dòng)；③交流電抗器La：降低諧波，抑制浪涌電壓，以改善功率因數(shù)；④噪聲濾波LB：減小無線電干擾；⑤電抗器LA：減小干擾和振動(dòng)；⑥熱繼電器FR：斷相保護(hù)，過載保護(hù)；3.3.8變頻器聲光報(bào)警回路設(shè)計(jì)(1)變頻器的報(bào)警是輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)“NC-COM”串聯(lián)在KM1的線圈電路中，當(dāng)變頻器因?yàn)楣收隙荒苷９ぷ鲿r(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警；同時(shí)報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使KM1線圈沒有電，將變頻器與電源斷開，從而進(jìn)行安全保護(hù)。為了保護(hù)報(bào)警輸出的觸點(diǎn)，在接觸器的線圈兩端處，并聯(lián)阻容來吸收電路（即RC震蕩電路）。(2)聲光報(bào)警電路是由報(bào)警輸出的動(dòng)合（即常開）觸點(diǎn)“NO-COM”來控制，當(dāng)變頻器跳閘時(shí)，觸點(diǎn)“NO-COM”閉合，使報(bào)警指示燈HL和電笛HA接通，觸發(fā)聲光報(bào)警。與此同時(shí)，斷電器KA1通電，其觸點(diǎn)將聲光報(bào)警電路鎖住，使變頻器斷電后，聲光報(bào)警能持續(xù)下去，一直到工作人員按下ST1為止，報(bào)警才得以解除。另外繼電器線圈和電笛線圈的兩端，也需要并聯(lián)阻容來吸收電路，以保護(hù)變頻器內(nèi)部報(bào)警繼電器的觸點(diǎn)。3.3.9變頻器制動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)由于提升機(jī)負(fù)載慣性較大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至0Hz時(shí)，往往停不住，而出現(xiàn)“蠕動(dòng)”(即爬行)現(xiàn)象，在礦山提升機(jī)這種大負(fù)載機(jī)械中，蠕動(dòng)現(xiàn)象所造成后果是十分危險(xiǎn)的。因此，變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)設(shè)置能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)的功能，以避免出現(xiàn)爬行的現(xiàn)象。a.能耗制動(dòng)電路的作用在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)，是通過慢慢減小變頻器的頻率來實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)：(1)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)在頻率剛減小的那一瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也隨之發(fā)生下降，但由于有機(jī)械慣性的存在，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并沒有改變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的相位發(fā)生了有180°的改變，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。但從電動(dòng)機(jī)的角度來看，是處于再生制動(dòng)狀態(tài)。(2)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)過與逆變管反并聯(lián)的續(xù)流二極管全波整流后反饋給直流電路，由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，盡管各部分電路還在消耗著電能，但電容上仍有短時(shí)間的電荷堆積，這就形成了“泵生電壓”，使直流電壓升高。而過高的直流電壓對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有影響，會(huì)使各部分器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓超過一定值時(shí)，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，拖動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降過程中所減少的動(dòng)能，通過電動(dòng)機(jī)“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。換句話說，是通過消耗能量而獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的，所以說是屬于能耗制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)用于消耗電動(dòng)機(jī)而再生電能的電路，就是我們常說的能耗制動(dòng)電路。b.能耗制動(dòng)電路的構(gòu)成(1)制動(dòng)電阻能耗制動(dòng)電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，圖中的BR就是制動(dòng)電阻，它是用于將電動(dòng)機(jī)的再生電能轉(zhuǎn)變成熱能而消耗掉。其選擇方法如下：的阻值在通常情況下，它的大小將使制動(dòng)電流不超過變頻器額定電流的一半，這是最為合適的取法，即：的功率由于的工況屬于短時(shí)工作狀態(tài)，其標(biāo)稱功率可以比長(zhǎng)期通電時(shí)消耗的功率小許多：(2)制動(dòng)單元制動(dòng)單元的功能是，當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的值時(shí)，接通耗能電路，使直流回路通過，從而釋放出電能。制動(dòng)單元的組成如圖3-4所示：圖3-9能耗制動(dòng)和制動(dòng)單元電路圖Figure3-9energyconsumptionbrakeandbrakeunitcircuitdiagram功率管用于接通與切斷耗能電路，它是制動(dòng)單元的主體電壓取樣與比較電路，由于的驅(qū)動(dòng)電路是低壓電路，故只能按比例的取出的一部分作為采樣電壓，和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行核對(duì)，以此得到控制導(dǎo)通或截止的指令信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路用于接收“取樣與比較電路”給出的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)通與截止。(3)功率管的常用器件是GTR或IGBT。它的主要參數(shù)的一般選擇方式如下：a）擊穿電壓在電源電壓為時(shí)，選即可。b）集電極最大電流按正常電壓下流經(jīng)的電流的兩倍來考慮與選擇：c.直流制動(dòng)單元能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)配合著使用，以能達(dá)到理想的制動(dòng)效果為目的。直流制動(dòng)原理：所謂的直流制動(dòng)，其實(shí)就是向電動(dòng)機(jī)的定子繞組內(nèi)通入直流電流，使異步電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)。具體的操作過程是，將電機(jī)與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)直接導(dǎo)入直流電流，此時(shí)由于定子磁場(chǎng)是靜止的，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向正好是相反的，所以稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。然而轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較快，所產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也比較強(qiáng)烈，這樣就可縮短停機(jī)時(shí)間。此外，直流磁場(chǎng)本身就具有吸住轉(zhuǎn)子的功能，這樣可以有效地消除轉(zhuǎn)子的蠕動(dòng)。直流制動(dòng)功能預(yù)置(1)直流制動(dòng)的起始頻率，直流制動(dòng)通常都是和再生制動(dòng)配合來使用的。即：首先用再生制動(dòng)方式將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降至較低的轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)迅速停住。轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為直流制動(dòng)的起始頻率。預(yù)置起始頻率的主要根據(jù)是負(fù)載對(duì)制動(dòng)時(shí)間的要求，要求制動(dòng)時(shí)間越短，得到的起始頻率就越高。(2)直流制動(dòng)強(qiáng)度取決于預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓或直流電流的大小，它最終決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度。預(yù)置直流制動(dòng)電壓(或制動(dòng)電流)的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，直流制動(dòng)強(qiáng)度(或)也應(yīng)該越大。一般情況下，直流電壓以不超過50V為最佳狀態(tài)。(3)直流制動(dòng)時(shí)間即施加直流制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。預(yù)置直流制動(dòng)時(shí)間的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“蠕動(dòng)”現(xiàn)象，以及對(duì)克服“蠕動(dòng)”應(yīng)滿足的要求，要求越高者應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些。直流制動(dòng)功能是由預(yù)置參數(shù)設(shè)置，如圖3-5所示：圖3-10直流制動(dòng)功能預(yù)置Figure3-10DCbrakefunctionpreset3.4PLC在提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC概述自1968年第一臺(tái)PLC問世以來，之后接近半個(gè)世紀(jì)年的快速發(fā)展，PLC現(xiàn)如今已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工程可編輯控制器，可以毫不客氣的說PLC才是真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。而初期PLC只僅僅是用于邏輯控制的場(chǎng)合，用它來替代繼電器控制盤，但現(xiàn)在PLC已經(jīng)進(jìn)入了包括過程控制、位置控制、矢量控制等場(chǎng)合的所有可控制的領(lǐng)域?，F(xiàn)在的PLC不僅繼續(xù)保留了原來邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也吸收了其它控制設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，在許多控制場(chǎng)合只用PLC就可以構(gòu)成包括邏輯控制、工程控制、數(shù)據(jù)采集及控制、圖形工作站的目的。而且PLC經(jīng)濟(jì)合算、體積小巧、設(shè)計(jì)調(diào)試也方便的優(yōu)點(diǎn)。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，PLC及有關(guān)外部設(shè)備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連接構(gòu)成一個(gè)整體、滿足易于擴(kuò)充其功能的原則來設(shè)計(jì)，并通過數(shù)字式或輸入輸出控制各類型的機(jī)械或者生產(chǎn)過程。它的基本功能有：邏輯控制功能、定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能、不僅控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、過程控制功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、監(jiān)控功能、斷電記憶功能、故障診斷功能。PLC主要有中央處理器（C