礦井提升機(jī)1.1礦井提升機(jī)概述在進(jìn)行使用礦井提升機(jī)的過(guò)程當(dāng)中，其包含較多的組成部分，例如在礦井提升機(jī)的內(nèi)部包含電機(jī)機(jī)械以及液壓裝置，廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)場(chǎng)合當(dāng)中，例如煤礦生產(chǎn)，鐵礦生產(chǎn)，以及有色金屬生產(chǎn)當(dāng)中是進(jìn)行貨物運(yùn)輸?shù)闹匾煌üぞ?，在生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，需要相關(guān)的操作人員對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行操作，利用礦井提升機(jī)也是進(jìn)行地下挖煤的重要裝置，在進(jìn)行控制的時(shí)候，對(duì)于電氣系統(tǒng)的要求比較高，需要系統(tǒng)連續(xù)制動(dòng)以及連續(xù)啟動(dòng)，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行當(dāng)中，系統(tǒng)的運(yùn)行效率將會(huì)直接決定工廠的效益，同時(shí)電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會(huì)直接影響著工作效率。在進(jìn)行使用礦井提升機(jī)的過(guò)程當(dāng)中，礦井提升機(jī)能夠連接地上以及地下可以實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)輸，并且還能夠完成相應(yīng)的推送任務(wù)，就像原始的木桶打水一樣來(lái)完成任務(wù)，在進(jìn)行工作的時(shí)候，按照相應(yīng)的工作模式進(jìn)行劃分。其工作方式主要有以下幾項(xiàng)：①纏繞式提升機(jī)：是利用鋼絲繩或是鏈子的提升作用來(lái)達(dá)到運(yùn)輸重物的機(jī)械設(shè)備，操作較為簡(jiǎn)單方便[4]。其分為單繩纏繞式和多繩纏繞式兩種的提升機(jī)。其中單繩纏繞式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格經(jīng)濟(jì)、維護(hù)容易，工作簡(jiǎn)單可靠性強(qiáng)，但是體積很大，使用十分不方便。多繩纏繞式在進(jìn)行投入使用中，尾繩不平衡，會(huì)造成損耗減少其使用年限[５]。②摩擦升降機(jī)摩擦提升機(jī)優(yōu)點(diǎn)很多，有很高的安全性、設(shè)備較輕、工作時(shí)能耗很低、價(jià)格十分經(jīng)濟(jì)[6]。③內(nèi)置電梯德國(guó)AEG公司首先生產(chǎn)出的內(nèi)置提升機(jī)，是將卷筒與主提升機(jī)的合成，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格經(jīng)濟(jì)。1.2國(guó)外礦井提升機(jī)的發(fā)展在礦井系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，其重要的組成部分便是礦井提升機(jī)，礦井提升機(jī)最早的時(shí)候起源于英國(guó)。由于英國(guó)較早的進(jìn)入到了工業(yè)化社會(huì)，因此在進(jìn)行煤礦生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，需要使用到大量的礦井運(yùn)輸機(jī)，對(duì)于礦井提升機(jī)的研究也較為深入，并且在上世紀(jì)中期就廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今，隨著國(guó)外調(diào)速系統(tǒng)不斷的創(chuàng)新改進(jìn)，分為以下幾種類型[7]：（1）繞組異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的控制調(diào)速系統(tǒng)[8]。這種系統(tǒng)調(diào)速主要是通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電路當(dāng)中所串聯(lián)的附加電阻來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，其操作簡(jiǎn)單，在很多的場(chǎng)合當(dāng)中均得到了大量的應(yīng)用，在進(jìn)行調(diào)速時(shí)這種調(diào)速方式將會(huì)消耗大量的能量并且在進(jìn)行調(diào)速時(shí)，其調(diào)速性能也是比較差的，運(yùn)行效率非常低，也非常的不穩(wěn)定，因此在后來(lái)的調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中也開始逐漸舍棄這種調(diào)速方式。（2）晶閘管電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱SCR-D）直流低速直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[9]。大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，SCR-D已經(jīng)取代了大部分交流提升機(jī)。百分之九十以上使用直流提升機(jī)，為了使系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，很多傳輸系統(tǒng)使用低速直接連接類型[10]。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，并且大多數(shù)公司的產(chǎn)品并且其工作狀態(tài)及類型相同。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：有完善的保護(hù)系統(tǒng)，工作方便、體積較小、價(jià)格經(jīng)濟(jì)；工作效率較高、工作時(shí)耗能低；零件簡(jiǎn)單，如出現(xiàn)故障需要維修時(shí)容易檢查發(fā)現(xiàn)，維修的效率提高；由此可見(jiàn)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且安全穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、節(jié)約資源，是煤礦節(jié)約電能消耗的最佳方式[11]。但是功率因數(shù)較低，無(wú)功功率影響較大，高次諧波對(duì)電網(wǎng)影響較大。（3）交流變頻調(diào)速同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)。該種電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候具有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如在調(diào)速的時(shí)候可以進(jìn)行寬范圍的調(diào)速，并且能夠滿足大多數(shù)礦井的需求，在使用該種調(diào)速方式的時(shí)候，可以通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)速策略，使得電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠按照平滑的曲線方式進(jìn)行調(diào)速，并且其具備較高的功率因數(shù)，能夠有效的節(jié)省電能[12]。微機(jī)的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，微機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛使用于提升機(jī)系統(tǒng)。在部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到成熟水平主要有下面幾個(gè)方面[13]。a、微機(jī)控制中的改進(jìn)過(guò)程b、對(duì)于行程控制進(jìn)行提升c、對(duì)于過(guò)程監(jiān)控進(jìn)行提升d、保護(hù)電路安全e、制動(dòng)系統(tǒng)的控制和監(jiān)控1.3國(guó)內(nèi)礦井提升機(jī)的發(fā)展目前我國(guó)所使用到的電機(jī)控制系統(tǒng)，其容量一般情況下會(huì)少于1000kw，再進(jìn)行利用轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速的時(shí)候，該種調(diào)速方式會(huì)使用大量的繼電器以及大量的接觸器來(lái)進(jìn)行構(gòu)成[14]。傳統(tǒng)的調(diào)速方式，在進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候較為簡(jiǎn)單，也具備明顯的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，例如其缺點(diǎn)是能夠在調(diào)速的過(guò)程當(dāng)中具備較大差的調(diào)速性能，并且在調(diào)速時(shí)也會(huì)耗費(fèi)大量的電能，這種調(diào)速方式比較落后，因此在很多的場(chǎng)合當(dāng)中，對(duì)于高精度調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不再采用該種調(diào)速方式。國(guó)內(nèi)在進(jìn)行設(shè)計(jì)提升機(jī)系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，由于其技術(shù)發(fā)展較慢，因此與國(guó)外的先進(jìn)提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)存在著較大的差距。其主要的是進(jìn)行電機(jī)速度給定方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候無(wú)法滿足高精度調(diào)速的需求，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的礦井提升機(jī)，還需要實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且還需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，我國(guó)在進(jìn)行使用該類提升機(jī)的時(shí)候，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度形成控制的要求，因此對(duì)于礦井提升機(jī)速度方面的研究一直以來(lái)都是熱議的問(wèn)題，近幾年來(lái)我國(guó)針對(duì)于礦井提升機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，在使用控制方式以及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的時(shí)候，開始利用新型的控制算法來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

2礦井提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)要求及組成提升機(jī)系統(tǒng)的速度控制十分重要，必須對(duì)其進(jìn)行電氣控制分析，以滿足實(shí)際工作需要，在進(jìn)行電氣控制分析的時(shí)候，主要將系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)分析以及動(dòng)態(tài)分析。提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的給定速度u=f(t)如圖2-1所示，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式:(2-1)起動(dòng)機(jī)在進(jìn)行靜態(tài)分析的時(shí)候，需要對(duì)其負(fù)載靜態(tài)力進(jìn)行相應(yīng)的探究，該種靜態(tài)力主要是由其中機(jī)卷筒所承受的靜態(tài)張力差來(lái)進(jìn)行決定的，在系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定的情況下，靜態(tài)力是進(jìn)行提升物體的相應(yīng)靜態(tài)負(fù)荷，由于起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行提升的時(shí)候，主要分為靜態(tài)載荷以及動(dòng)態(tài)載荷，因此指定的速度區(qū)間里，需要對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行分開表示。通過(guò)分析狀態(tài)，在動(dòng)態(tài)載荷以及靜態(tài)載荷來(lái)確定系統(tǒng)的參數(shù)信息，并且根據(jù)該參數(shù)信息來(lái)決定系統(tǒng)的輸出控制量[15]。動(dòng)力裝置：系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)動(dòng)力裝置的時(shí)候，主要包含主電動(dòng)機(jī)以及系統(tǒng)當(dāng)中的動(dòng)力模塊，為了能夠保證系統(tǒng)能夠安全制動(dòng)，還使用到了制動(dòng)模塊。變頻調(diào)速：在系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速的過(guò)程當(dāng)中，由于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)需要采用變頻器，因此變頻器性能的好壞將會(huì)對(duì)調(diào)速產(chǎn)生較大的影響，采用矢量控制技術(shù)能夠有效的提升，電機(jī)控制速度的穩(wěn)定性，但是該種控制技術(shù)需要使用控制單元，向變頻器發(fā)送相應(yīng)的控制指令，才能夠使其系統(tǒng)能夠進(jìn)行癥狀反轉(zhuǎn)以及速度的改變，提升機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的時(shí)候，盡可能的需要滿足曲線速度的運(yùn)行條件，并且在調(diào)速的階段還需要穩(wěn)定的進(jìn)行運(yùn)行，變頻器調(diào)速系統(tǒng)其本身具有多種狀態(tài)，例如變頻器本身具有過(guò)壓欠壓以及過(guò)流和缺項(xiàng)的設(shè)計(jì)方式。變頻器系統(tǒng)進(jìn)行工作的過(guò)程當(dāng)中，閘門控制信號(hào)需要將其輸出到PLC系統(tǒng)當(dāng)中，使用PLC系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的采集，利用PLC系統(tǒng)的控制使該系統(tǒng)能夠進(jìn)行制動(dòng)，這也能夠避免提升機(jī)系統(tǒng)在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)溜車的現(xiàn)象，能夠有效的解決電機(jī)調(diào)速控制的缺點(diǎn)。操作臺(tái)：在進(jìn)行提升機(jī)系統(tǒng)控制的過(guò)程當(dāng)中，提升臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)控制的重要組成部分，可以使用提升臺(tái)來(lái)對(duì)礦井提升機(jī)，發(fā)出操作指令，例如能夠使礦井提升機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)或者停止以及速度的改變。監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)也是十分重要的環(huán)節(jié)，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行時(shí)操作人員需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作控制，并且還需要監(jiān)控礦井提升機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，確保工作處于正常狀態(tài)，有些礦井提升機(jī)在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，需要對(duì)礦井提升機(jī)的電壓電流以及功率等實(shí)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)故障狀態(tài)的時(shí)候，該裝置系統(tǒng)還能夠?qū)ζ涔收线M(jìn)行相應(yīng)的分析，并且進(jìn)行報(bào)警處理。信號(hào)控制：如果要對(duì)提升機(jī)進(jìn)行信號(hào)控制，那么該信號(hào)控制將要來(lái)自于不同工作的操作部位，例如潤(rùn)滑站、井桶和液壓站等等，這些信號(hào)主要包含系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及礦井提升機(jī)的相關(guān)運(yùn)行及保護(hù)信號(hào)，在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，將系統(tǒng)通過(guò)注入的方式引入到主控制裝置當(dāng)中，針對(duì)這些參數(shù)信號(hào)統(tǒng)一進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的邏輯運(yùn)算，并且能夠與控制的裝置進(jìn)行信號(hào)的比較，最后將會(huì)生成PLC的控制指令，在進(jìn)行各種信號(hào)處理分析的過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)故障的分析以及判斷來(lái)進(jìn)行邏輯處理，最終能夠根據(jù)不同的故障信號(hào)以及故障模式來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作處理，例如可以實(shí)現(xiàn)立即制動(dòng)或者是在進(jìn)行提升時(shí)可以顯示故障信息，還能夠利用聲光報(bào)警的形式來(lái)進(jìn)行提醒工作人員。圖2-1變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖Fig.2-1Frequencyconversionspeedcontrolsystemdiagram2.2變頻調(diào)速基本原理變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是，根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率的關(guān)系，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：（2-1）由式（2-1）可知，變頻調(diào)速技術(shù)是利用更改電機(jī)定子電源的頻率來(lái)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。2.3變頻調(diào)速在提升機(jī)電控系統(tǒng)上的應(yīng)用在進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)速度控制時(shí)，有較為傳統(tǒng)的控制方式，是采用串聯(lián)電阻的方式來(lái)進(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)的速度控制，當(dāng)使用直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的時(shí)候，其速度控制較為簡(jiǎn)單，因此長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，在進(jìn)行速度控制方面，大多數(shù)都是采用的直流電動(dòng)機(jī)。為了能夠進(jìn)一步擴(kuò)大其控制的范圍，提高控制的能力，使用交流異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，并且該種電動(dòng)機(jī)的過(guò)流容量比較大，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程當(dāng)中，其堅(jiān)固耐用，能夠滿足不同的使用場(chǎng)合，外部設(shè)計(jì)條件較為簡(jiǎn)單，在后期進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候，能夠極大的降低系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，并且價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)較為經(jīng)濟(jì)，異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行使用的過(guò)程當(dāng)中，其調(diào)速性能能夠有效的滿足一般場(chǎng)合的設(shè)計(jì)需求，但是在一些高精度的場(chǎng)合當(dāng)中，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是十分困難的。在進(jìn)行變頻調(diào)速的時(shí)候，可以有效的提高異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且能夠使得異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行速度調(diào)節(jié)時(shí)變得更加的平穩(wěn)，調(diào)速范圍也更廣，能夠使得該種電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。2.4交-直-交PWM變頻器主回路簡(jiǎn)介最常使用的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要是采用了交流轉(zhuǎn)直流以及再轉(zhuǎn)交流的PWM調(diào)速變頻器，該種變頻器主要采用了可控以及可變的電壓，在中間設(shè)置環(huán)節(jié)上則增加了大量的濾波環(huán)節(jié)，并且該系統(tǒng)還能夠有效的降低直流電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的各種脈動(dòng)。該種電路在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候采用了一組可控功率級(jí)，利用可控功率級(jí)能夠極大的提升系統(tǒng)的可靠性，有效的提高系統(tǒng)的控制性，采用脈寬調(diào)制的方式使得系統(tǒng)輸出的諧波分量比較小，不足之處是能夠使得直流側(cè)的電壓進(jìn)行升高，原因是工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的能量不能返回至電網(wǎng)。圖2-2交-直-交PWM變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖Fig.2-2AC-DC-ACPWMinvertermaincircuitstructurediagram提升機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行使用的過(guò)程當(dāng)中具有較多的特點(diǎn)，如果所使用的電機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)能比較大的話，則會(huì)使得系統(tǒng)在進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中花費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)，或者長(zhǎng)時(shí)間由于處于發(fā)電狀態(tài)，而使得該套系統(tǒng)將會(huì)嚴(yán)重的損壞變頻器。為了在進(jìn)行使用的過(guò)程當(dāng)中限制泵升電壓，因此可以采用兩種方式來(lái)進(jìn)行解決該問(wèn)題：（1）首先是在直流側(cè)安裝一個(gè)制動(dòng)電阻器，當(dāng)泵升電壓輸送的時(shí)候，如果該電壓達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，則能夠通過(guò)打開制動(dòng)電阻的方式將其電壓進(jìn)行消耗，如圖2-3所示。（2）在直流測(cè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，還可以加入一組晶閘管有源逆變器，利用該種有源逆變器可以將輸送的電壓進(jìn)行逆變，進(jìn)而輸送到電網(wǎng)當(dāng)中，有效的提高系統(tǒng)的功率因素，并且還能夠在一定程度上抑制諧波的產(chǎn)生。圖2-3帶制動(dòng)電阻的交-直-交PWM變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖Fig.2-3MaincircuitstructurediagramofAC-DC-ACPWMinverterwithbrakingresistor2.5變頻器的選擇變頻器的選擇也十分重要，需要利用相關(guān)的依據(jù)來(lái)進(jìn)行選擇適用于本系統(tǒng)的變頻器，再進(jìn)行選擇的時(shí)候，主要是利用負(fù)載特性來(lái)進(jìn)行選擇的，其中提升機(jī)的負(fù)載特性主要是針對(duì)于重力系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行分析，其負(fù)載特性屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，由于恒轉(zhuǎn)距負(fù)載特性具有一定的靜摩擦力，這就要求變頻器能夠具備低頻轉(zhuǎn)矩提升能力，同時(shí)還需要具備一定的短時(shí)間過(guò)流能力，然而在一些低載較為嚴(yán)重的時(shí)候，所選擇的型號(hào)需要充分考慮每一種情況，如果在有必要的情況下還需要增加相應(yīng)的變頻器，通過(guò)增加其檔位來(lái)進(jìn)行矢量控制。同時(shí)該裝置系統(tǒng)還需要具備一定的變頻能力，在無(wú)電流的情況下能夠提供大于轉(zhuǎn)矩的工作模式，還需要變頻器系統(tǒng)具有足夠大的裕度。在設(shè)計(jì)提升機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在通用變頻器和異步電動(dòng)機(jī)的容量上有所增加。2.5.1變頻器的選型選擇變頻器型號(hào)的時(shí)候，目前所使用到的變頻器型號(hào)比較多，再經(jīng)過(guò)一系列的選擇之后，決定使用西門子6SE70變頻器系統(tǒng)，該變頻器系統(tǒng)可以設(shè)置多種控制模式，例如可以設(shè)置閉環(huán)模式，開環(huán)模式，以及VVVF控制模式，為了能夠達(dá)到變頻器系統(tǒng)的調(diào)速性能，因此在使用的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)用閉環(huán)變頻調(diào)速模式具有最佳的性能，在使用該種變頻調(diào)速的時(shí)候需要外接測(cè)試系統(tǒng)，利用測(cè)速裝置對(duì)于變頻器系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的提供，并且該變頻器調(diào)速系統(tǒng)還具備自我診斷功能，可以對(duì)相應(yīng)的參數(shù)信息進(jìn)行保護(hù)，可以提供較為實(shí)用的故障檢測(cè)方式，能夠有效的保存故障類型以及故障代碼。2.5.2變頻器容量的選擇變頻器的容量是根據(jù)額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量這三點(diǎn)來(lái)選擇的，但是不能單單根據(jù)一項(xiàng)用來(lái)確定，原則上是以額定電流大于電動(dòng)機(jī)的最大工作電流的1.1倍。并且經(jīng)濟(jì)性也十分重要，盡量減少功率余量。2.5.3變頻器外部電路設(shè)計(jì)在進(jìn)行輸出的過(guò)程當(dāng)中的變頻器，其頻率可以進(jìn)行改變，如果要改變?cè)O(shè)定頻率的速度范圍可以使用按鍵輸入電路，在這種系統(tǒng)工作時(shí)，是利用PLC所輸出的電壓信號(hào)用來(lái)控制變頻器，除此之外，在變頻器的外圍還需要加入聲光報(bào)警電路以及電機(jī)制動(dòng)電路，可以針對(duì)于報(bào)警器的相關(guān)故障類型來(lái)進(jìn)行報(bào)警處理，并且還可以有效的提供電路的保護(hù)，電路設(shè)計(jì)電路圖如下圖2-4所示。圖2-4變頻器外部主電路Fig.2-4Inverterexternalmaincircuit聲光報(bào)警電路：在進(jìn)行使用聲光報(bào)警的過(guò)程當(dāng)中，需要使用到聲光報(bào)警電路，利用聲光報(bào)警電路對(duì)變頻器的故障進(jìn)行報(bào)警處理，聲光報(bào)警電路主要是由繼電器所構(gòu)成的利用繼電器的導(dǎo)通原理，使得報(bào)警器能夠直接連接到電源上。制動(dòng)控制電路：由于系統(tǒng)在進(jìn)行控制的過(guò)程當(dāng)中啟動(dòng)負(fù)載慣性比較大，因此到變頻器輸出頻率降到0的時(shí)候該系統(tǒng)將會(huì)無(wú)法進(jìn)行停止，提升機(jī)系統(tǒng)還會(huì)進(jìn)行繼續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，在該種情況下會(huì)產(chǎn)生非常危險(xiǎn)的結(jié)果，如果采用變頻器系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速的時(shí)候，需要充分提高制動(dòng)能力，采用直流制動(dòng)或者是負(fù)載制動(dòng)的方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量的消耗。PAGE253PLC硬件設(shè)計(jì)3.1PLC簡(jiǎn)介

PLC系統(tǒng)具備可編程能力，在使用PLC系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，能夠極大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在進(jìn)行操作的過(guò)程當(dāng)中，PLC系統(tǒng)可以執(zhí)行邏輯操作能力并且還可以進(jìn)行順序控制在PLC的內(nèi)部具備定時(shí)以及計(jì)數(shù)功能，可以通過(guò)數(shù)字輸入以及模擬量輸入的方式來(lái)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行采集，當(dāng)該系統(tǒng)進(jìn)行控制輸出的過(guò)程當(dāng)中，則是可以通過(guò)直接輸出的方式來(lái)進(jìn)行應(yīng)用，該種控制系統(tǒng)相比于其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有著較多的優(yōu)點(diǎn)，PLC所具備的特點(diǎn)如下所示：（1）系統(tǒng)具備較高的可靠性，在進(jìn)行線路連接的過(guò)程當(dāng)中，PLC系統(tǒng)在進(jìn)行輸入以及輸出的時(shí)候，均會(huì)采用大量的隔離電路將外部信號(hào)與PLC系統(tǒng)進(jìn)行有效的隔離，并且能夠降低系統(tǒng)所產(chǎn)生的各種干擾因素。（2）PLC系統(tǒng)在進(jìn)行使用CPU的過(guò)程當(dāng)中，通常情況下會(huì)采用較為強(qiáng)大的內(nèi)部?jī)?nèi)核，為了能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，還會(huì)增加外部的網(wǎng)絡(luò)通信模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊等等，使得該系統(tǒng)處理能力大大增強(qiáng)。（3）PLC處理器進(jìn)行編程的過(guò)程當(dāng)中，一般采用梯形圖進(jìn)行編程，程序使用設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單容易理解，并且在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候與工業(yè)領(lǐng)域中的電氣控制圖很相近，學(xué)習(xí)起來(lái)十分容易。（4）設(shè)計(jì)方式是進(jìn)行模塊化，在進(jìn)行與外部通信以及利用外部數(shù)據(jù)參數(shù)的時(shí)候，可以采用不同的功能模塊來(lái)完成所需要使用的功能，并且各個(gè)模塊之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。（5）裝置系統(tǒng)便于與外部的設(shè)備進(jìn)行連接，可以使用不同的電氣規(guī)格進(jìn)行信號(hào)的傳輸，可以在較為惡劣的工業(yè)環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用。（6）系統(tǒng)還具備體積小以及重量輕的特點(diǎn)，方便操作，具有較高的性價(jià)比，相比于其它控制方式來(lái)說(shuō)，使用PLC系統(tǒng)能夠更好的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)使用。3.2PLC的選型三菱PLC系統(tǒng)在進(jìn)行使用的時(shí)候具有多種系列，例如Q系列，Ans系列，QnA系列以及A系列、電源和固定輸入輸出。本文選用三菱FX2N型PLC。該系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，速度較快能夠滿足基本的設(shè)計(jì)需求具備較為豐富的配置方式，在模塊內(nèi)部，不僅有大量的特殊功能，可滿足大多數(shù)功能的使用，并且除了能夠滿足基本的設(shè)計(jì)需求之外，還能夠進(jìn)行端口的拓展，并且具備較為豐富的設(shè)備，具備256個(gè)定時(shí)器以及235個(gè)接觸器。3.3PLC的硬件接線圖PLC硬件接線圖見(jiàn)附錄。

4PLC軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)4.1.1軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)也十分重要，對(duì)于該系統(tǒng)進(jìn)行軟件方面的分析可以得知，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，系統(tǒng)主要由上位機(jī)系統(tǒng)和PLC組成。過(guò)程控制是PLC系統(tǒng)的主要功能，還能夠?qū)ν獠康男盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并且還可以針對(duì)礦井提升機(jī)的啟動(dòng)速度、加速度以及停車狀態(tài)進(jìn)行邏輯方面的處理，利用各種結(jié)構(gòu)使用梯形圖來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，PLC系統(tǒng)主要是能夠根據(jù)相應(yīng)的控制要求將系統(tǒng)進(jìn)行充分的分析設(shè)計(jì)，進(jìn)行軟件模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖4-1所示。圖4-1PLC程序結(jié)構(gòu)圖Fig.4-1PLCprogramstructurediagram.4.1.2軟件部分設(shè)計(jì)在對(duì)軟件進(jìn)行分析的時(shí)候，由于該控制過(guò)程十分復(fù)雜，對(duì)各個(gè)部分采用順序的方式進(jìn)行編程，在進(jìn)行整體程序設(shè)計(jì)時(shí)，該套程序主要包含參數(shù)設(shè)置，上位機(jī)顯示故障存儲(chǔ)以及針對(duì)故障進(jìn)行提醒設(shè)置。在子程序設(shè)計(jì)的時(shí)候主要是通過(guò)主程序回路當(dāng)中進(jìn)行調(diào)用的關(guān)系，根據(jù)輸入程序的方式來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)所預(yù)計(jì)的狀態(tài)，同時(shí)再進(jìn)行編程的時(shí)候也較為靈活，對(duì)于程序修改來(lái)說(shuō)，只需要對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行相應(yīng)的修改，并能夠完成整體的更改功能，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)來(lái)說(shuō)也較為便捷，能夠有效的提高系統(tǒng)的可編程性。圖4-2控制子程序流程圖Fig.4-2Controlsubroutineflowchart系統(tǒng)首先需要具備在各種速度下的保護(hù)功能，在超越既定速度時(shí)能夠立即制動(dòng)，保護(hù)其系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，其次有自動(dòng)減速功能，當(dāng)提升機(jī)系統(tǒng)達(dá)到一定的位置之后，系統(tǒng)需要進(jìn)行減速，以保證該系統(tǒng)能夠進(jìn)行安全停車，能夠提升系統(tǒng)的安全性能，同時(shí)在故障發(fā)生的時(shí)候還需要能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，再進(jìn)行讀取編碼器信息的過(guò)程當(dāng)中需要將其數(shù)值進(jìn)行比較，如果當(dāng)故障判斷較為嚴(yán)重的時(shí)候，則會(huì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)斷電，以實(shí)現(xiàn)安全的制動(dòng)功能，如果再進(jìn)行使用的時(shí)候，變頻器出現(xiàn)故障，則會(huì)對(duì)程序系統(tǒng)提出較高的要求，能夠使得程序系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控變頻器。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全制動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中如果檢測(cè)到變頻器出現(xiàn)故障則能夠自動(dòng)切斷電源。4.2PLC軟件概述三菱PLC有幾種編程軟件。這里使用的是Gxdeveloper，它的兼容性很強(qiáng)。4.3PLC系統(tǒng)抗干擾措施進(jìn)行使用PLC系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，由于PLC系統(tǒng)大部分是應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合當(dāng)中的，基本上工業(yè)環(huán)境都較為復(fù)雜，并且受人員和天氣的影響有的場(chǎng)合環(huán)境比較惡劣，因此為了能夠保證系統(tǒng)具備較強(qiáng)的抗干擾性，則需要給系統(tǒng)增加抗干擾措施，能保護(hù)系統(tǒng)能夠進(jìn)行正常的工作運(yùn)行。主要的抗干擾措施有：（1）為了防止外界信號(hào)對(duì)于數(shù)據(jù)采集的影響，在數(shù)據(jù)采集時(shí)需要采用屏蔽線，利用屏蔽電纜，將系統(tǒng)進(jìn)行接地處理，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并且還能夠有效的抑制線纜之間的互相干擾問(wèn)題。（2）在使用屏蔽電纜線的時(shí)候可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)的采集，因?yàn)閷⑺械碾娎|線安裝在地線上可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接地處理，例如可以將電纜線安裝在柜機(jī)的底部。并且針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，是盡量遠(yuǎn)離一些潮濕、灰塵多的地方和容易造成干擾的裝置。（3）在使用屏蔽電纜線的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，所有的屏蔽電纜線層都需要進(jìn)行接地，還需要進(jìn)行自上而下的接地保護(hù)，以保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地進(jìn)行線路的通信以及數(shù)據(jù)的傳輸。

結(jié)論論文主要是為了提高煤炭生產(chǎn)時(shí)的安全性與生產(chǎn)需求，所以實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)系統(tǒng)更加啟閉機(jī)簡(jiǎn)單靈活、運(yùn)行安全可靠。本設(shè)計(jì)是針對(duì)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速要求進(jìn)行改進(jìn)，為了使提升機(jī)能夠變頻調(diào)速運(yùn)行選用了變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用PLC可以進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的控制，當(dāng)有故障時(shí)可以及的發(fā)現(xiàn)并完成修復(fù)，還可以根據(jù)需要進(jìn)行更改程序，為了使系統(tǒng)簡(jiǎn)單易于操作，簡(jiǎn)化了硬件和控制線路。并且改善了傳統(tǒng)繼電器-接觸器系統(tǒng)的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)更加安全可靠運(yùn)行。本文的目的是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，但是沒(méi)有進(jìn)行真正投入使用前的反復(fù)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，無(wú)法確保真正的安全性，如果需要實(shí)際應(yīng)用，仍要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，以確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠，以滿足生產(chǎn)需求。當(dāng)然，鑒于我的水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免地存在缺陷。我希望大家能理解并給出有價(jià)值的意見(jiàn)，以便我進(jìn)行糾正。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1