基于PLC技術(shù)的煤礦機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用研究【摘要】本設(shè)計(jì)文章在設(shè)計(jì)過程中，所設(shè)計(jì)的課題是礦井提升機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是對礦井提升機(jī)的速度控制，并通過對速度的控制進(jìn)行了分析,以變頻器調(diào)速為目標(biāo)，完成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在對這一體系展開分析過程中，主要是針對于各種變頻調(diào)速系統(tǒng)的方式以及方法進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)在進(jìn)行該套系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，以交流變頻調(diào)速系統(tǒng)為主。在進(jìn)行選擇的過程當(dāng)中，針對于變頻器的類型，以及變頻器的系統(tǒng)要求進(jìn)行了整體的分析，并且還針對于各種故障問題，其加工的需求被設(shè)計(jì)出來并使用PLC系統(tǒng)來編程和控制它。通過對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同頻率下電機(jī)運(yùn)行速度的變化。完成變頻調(diào)速基礎(chǔ)設(shè)計(jì),要求同時(shí)該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了抗干擾的方案，以確保該系統(tǒng)能夠在運(yùn)行的過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)長時(shí)間穩(wěn)定性的工作。【關(guān)鍵詞】礦井提升機(jī)，調(diào)速控制，變頻器，PLC，山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣及自動化系畢業(yè)設(shè)計(jì)（制作）論文目錄目錄277461緒論 I1緒論1.1課題來源在計(jì)算機(jī)、電力電子、微電子等領(lǐng)域不斷發(fā)展的今天，新的技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用，而國外的機(jī)電控制系統(tǒng)，也都是使用了新的技術(shù)，而且性能上有很大的差異。自70年代至80年代以來，在礦井提升的機(jī)電控制系統(tǒng)中，逐漸采用了可編程控制器及計(jì)算機(jī)。如今以PLC為下位機(jī)對煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行操作控制，以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對操作過程的監(jiān)測和控制，使其功能更加完備。隨著可編程控制器和微機(jī)的廣泛使用，提升了提升機(jī)操作的自動化程度，同時(shí)也提高了控制系統(tǒng)的整體操作性能和生產(chǎn)效率。本文介紹了一臺采用同步電機(jī)傳動的新型大型礦井用提升機(jī)。世界上第一臺同步電機(jī)驅(qū)動的提升機(jī)于1988年9月誕生。這種新型提升機(jī)采用先進(jìn)的電子控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高速平穩(wěn)運(yùn)行為目標(biāo)。高達(dá)同步電機(jī)驅(qū)動提升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較大突破，全新設(shè)計(jì)，使提升機(jī)結(jié)構(gòu)簡單化，縮小體積，升降主電機(jī)轉(zhuǎn)子固定，定子在滾筒中起作用，減少制造成本。這種新型的提升機(jī)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，隨著西門子等提升機(jī)械公司對提升機(jī)電子控制系統(tǒng)的控制技術(shù)越來越成熟，也開始對提升機(jī)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行研究和生產(chǎn)，利用新的技術(shù)，讓提升機(jī)的電控系統(tǒng)的安全保護(hù)能力得到了進(jìn)一步的提高，從而讓電控系統(tǒng)能夠更加可靠地工作，較強(qiáng)的監(jiān)控功能達(dá)到防患于未然的目的，在較大程度上減少事故的發(fā)生。如今因?yàn)榻涣骺刂评碚撘约拔㈦娮蛹夹g(shù)的進(jìn)步，變頻調(diào)速技術(shù)在化工、冶金、機(jī)械以及食品等各行業(yè)中得到了越來越多的運(yùn)用。交流變頻同步機(jī)拖動調(diào)速系統(tǒng)由于具有提升容量大、調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性好和功率因數(shù)高的特點(diǎn)，正在成為大型煤礦提升機(jī)升級系統(tǒng)中的新寵兒。煤礦提升機(jī)在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸人員和機(jī)電設(shè)備的任務(wù)，物料及矸石等工作，是整個(gè)煤礦生產(chǎn)的咽喉要道。本文介紹了一臺采用同步電機(jī)傳動的新型大型礦井用提升機(jī)。煤礦提升機(jī)作為煤礦的主要設(shè)備之一，煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)安全性問題、可靠地工作，才能確保井上和井下各種聯(lián)系。綜上所述，提升機(jī)的安全，高效以及合理的運(yùn)行對于煤礦的生產(chǎn)以及人身安全都有著至關(guān)重要的作用。煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)具有完善、安全、可靠的控制功能，能夠保證提升機(jī)安全工作。國內(nèi)已有的提升機(jī)電控系統(tǒng)中，還有一部分是利用繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻來進(jìn)行控制的，升降過程中，按照電流原則和時(shí)間原則，隨著轉(zhuǎn)速的變化，電阻被切除。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，我國礦井開采深度不斷增加，對礦井提升機(jī)提出了更高要求。這種控制方式可靠性差，精度不高。因此對其進(jìn)行技術(shù)改造勢在必行。由于計(jì)算機(jī)、PLC、數(shù)字控制技術(shù)和其他新技術(shù)在我國的運(yùn)用還處于初始階段，極易發(fā)生超速、過卷等事故；同時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，維護(hù)成本高，故障率較高等問題。加之系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，查找故障點(diǎn)不易，修理，維護(hù)任務(wù)十分艱巨。所以，根據(jù)運(yùn)行系統(tǒng)中存在的上述問題進(jìn)行安全、可靠、高效地運(yùn)行，是我們新系統(tǒng)的必然要求，也是系統(tǒng)改造的需要。1.2國內(nèi)外煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀在礦井系統(tǒng)的運(yùn)行過程當(dāng)中，最主要的部件就是礦井提升機(jī)，而礦井提升機(jī)則是由英國最先產(chǎn)生的。由于英國較早的進(jìn)入到了工業(yè)化社會，因此在進(jìn)行挖礦的過程當(dāng)中，需要使用到大量的礦井運(yùn)輸機(jī)，對于礦井驗(yàn)收機(jī)的研究也較為深入，并且在上世紀(jì)中期就廣泛應(yīng)用于煤炭開采行業(yè)?，F(xiàn)今，隨著國外的技術(shù)不斷發(fā)展，其調(diào)速系統(tǒng)也在不斷的創(chuàng)新改善。綜上所述，礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)大體可分為以下幾種類型。（1）繞組異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路的控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行使用該電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的過程當(dāng)中，其調(diào)速主要是通過改變轉(zhuǎn)子電路當(dāng)中所串聯(lián)的附加電阻來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，其操作簡單，在很多的場合當(dāng)中均得到了大量的應(yīng)用，在進(jìn)行調(diào)速時(shí)該種調(diào)速將會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，因此在后來的調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中也開始逐漸舍棄該種調(diào)速方式。（2）晶閘管電機(jī)（SCR-D）直流低速直接驅(qū)動系統(tǒng)大多數(shù)發(fā)達(dá)國家，晶閘管電機(jī)（以下簡稱SCR-D）已經(jīng)把大部分交流提升機(jī)取代。例如，在德國、瑞典和其他國家，百分之九十以上使用直流提升機(jī)，大多數(shù)傳輸系統(tǒng)使用低速直接連接類型（省略減速器），這樣使系統(tǒng)得到了簡化。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，具有完善的保護(hù)系統(tǒng)，大大提高了功率因數(shù)。西門子（SIEMENS）公司、ABB公司、CEOELEC公司以及ASEA公司的產(chǎn)品類型相同，工作類型類似。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：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；零件簡單，如出現(xiàn)故障維修時(shí)效率提高；由此可見容易實(shí)現(xiàn)自動化，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。但是功率因數(shù)較低；無功功率影響較大，高次諧波對電網(wǎng)影響較大。（3）交流變頻調(diào)速同步電機(jī)驅(qū)動提升系統(tǒng)煤礦提升機(jī)承擔(dān)著煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)輸送人員，機(jī)電設(shè)備，物料和矸石的任務(wù)，是煤礦整體生產(chǎn)咽喉。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，可以通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)速策略，使得電動機(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素，能夠有效的節(jié)省電能。（4）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)國家已經(jīng)達(dá)到成熟水平主要有下面幾個(gè)方面。a微機(jī)控制中的改進(jìn)過程b對于行程控制進(jìn)行提升c對于過程監(jiān)控進(jìn)行提升d保護(hù)電路安全e制動系統(tǒng)的控制和監(jiān)控f全數(shù)字速度控制系統(tǒng)1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀目前我國在進(jìn)行設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)的時(shí)候，所使用到的電機(jī)控制系統(tǒng)，其容量一般情況下會少于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)速方式會使用大量的繼電器以及大量的接觸器來進(jìn)行構(gòu)成。傳統(tǒng)的調(diào)速方式，在進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候較為簡單，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，因此在很多的場合當(dāng)中，對于高精度調(diào)速系統(tǒng)來說，已經(jīng)不再采用該種調(diào)速方式。我國內(nèi)在進(jìn)行設(shè)計(jì)提升機(jī)系統(tǒng)的過程當(dāng)中，由于它技術(shù)發(fā)展緩慢，所以和國外先進(jìn)提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有很大差距。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，并且還需要對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，我國在進(jìn)行該類提升機(jī)的時(shí)候，無法實(shí)現(xiàn)高精度形成控制的要求，因此對于礦井提升機(jī)速度方面的研究一直以來都是熱議的問題，近幾年來我國針對于礦井提升機(jī)系統(tǒng)來說，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，在使用控制方式以及控制策略的時(shí)候，開始利用新型的控制算法來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。1.3課題研究的意義煤礦提升系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)過程中起著咽喉作用，其正常工作是煤礦安全生產(chǎn)的保證，關(guān)系到煤礦安全生產(chǎn)。對機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，第一，傳動方式的選擇，合理的傳動方案一定要符合煤礦生產(chǎn)工藝。這種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，但存在著起動過程中沖擊大，能耗高，功率因數(shù)低，系統(tǒng)振蕩嚴(yán)重等問題，且不適合于大功率電動機(jī)。以此為前提，橫向比較了幾種可能的傳動方案，篩選性價(jià)比更高、結(jié)構(gòu)較為合理的方案。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，傳統(tǒng)機(jī)械傳動裝置已不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，而交流傳動系統(tǒng)則以其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等特點(diǎn)成為當(dāng)今最理想的一種機(jī)械傳動形式。上世紀(jì)50—60年代，國內(nèi)普遍采用交流傳動方式。使用該傳動方式工藝簡單、設(shè)備成本低、操作維護(hù)方便。但系統(tǒng)運(yùn)行后調(diào)速性能較差，減速爬行階段需加裝傳動裝置以提高調(diào)速性能。調(diào)速系統(tǒng)中加裝傳動裝置加大了設(shè)備的投資，使調(diào)速系統(tǒng)變得復(fù)雜，性價(jià)比下降。上世紀(jì)70年代以來，隨著煤礦規(guī)模的擴(kuò)大，年產(chǎn)量從原來的50萬噸和70萬噸逐年遞增，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力分別達(dá)到200萬噸和500萬噸或更高。年產(chǎn)量的提高勢必對提升機(jī)裝載容量提出新的需求，而交流傳動方式在性能上已遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)對于提升機(jī)的需要，直流傳動方式已被替代。直流傳動有2種模式，一種是發(fā)電機(jī)—電動機(jī)驅(qū)動，另一種是晶閘管整流驅(qū)動模式。兩種方法，各有利弊。相對來說晶閘管整流傳動模式在工作時(shí)對交流電網(wǎng)無功影響較大，起動時(shí)有明顯壓降。為改善該運(yùn)行模式下功率因數(shù)低的問題，需要在電機(jī)電樞繞組中串聯(lián)2組晶閘管。但對以上缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，該傳動方式具有調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑性好，系統(tǒng)響應(yīng)迅速，可靠性強(qiáng)，故障率低，維修方便和體積小的優(yōu)點(diǎn)。在上述優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，升級后的電控系統(tǒng)選用直流傳動方案更加容易實(shí)現(xiàn)升級過程的自動化。電動機(jī)轉(zhuǎn)速受提升負(fù)載的影響較小，甚至在較低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，提升機(jī)仍可平穩(wěn)工作，負(fù)力減速時(shí)，機(jī)械能仍可轉(zhuǎn)化為電能回到電網(wǎng)中。但選用該傳動方式電控系統(tǒng)前期投入較大且基礎(chǔ)成本較高。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)等，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的繁榮等等，大規(guī)模集成電路和智能型芯片越來越多地應(yīng)用于各行各業(yè)。根據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)際情況和工藝要求，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定最佳傳動方案，以達(dá)到節(jié)能目的。電力電子變換器運(yùn)用在的交流提升機(jī)的傳動系統(tǒng)，并且伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟，高性能交流提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，打破了首選直流傳動的歷史局面。目前我國許多大型礦井都采用了以變頻調(diào)速器為核心的新型交流提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。所以交流提升機(jī)代替直流提升機(jī)已成為必然趨勢，未來，交流提升機(jī)控制系統(tǒng)將引導(dǎo)礦井提升機(jī)控制的發(fā)展方向。近年來變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改造中逐漸得到應(yīng)用，這一技術(shù)從根源上消除了轉(zhuǎn)子串電阻帶來的能量消耗。交流變頻拖動系統(tǒng)因其具有提升容量大、調(diào)速范圍寬、速度平滑、能耗低、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)而為多數(shù)專家所公認(rèn)，是大型礦井提升機(jī)電力拖動發(fā)展的一個(gè)必然方向。當(dāng)然對提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的時(shí)候，即應(yīng)該具有超前意識又應(yīng)該考慮到我國的國情并根據(jù)煤礦的具體情況進(jìn)行技術(shù)改造。

2提升機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與改造方案設(shè)計(jì)2.1煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以下圖2-1為提升機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)由電氣控制系統(tǒng)、減速器、液壓制動系統(tǒng)、電機(jī)、主軸裝置和深度指示器構(gòu)成。圖2-1礦井提升機(jī)系統(tǒng)組成提升機(jī)控制系統(tǒng)如圖2-2所示。圖2-2提升機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)圖2.1.1主軸裝置提升機(jī)上用于固定滾筒的軸叫做主軸。它的主要組成有：軸承、主軸、滾筒和調(diào)繩離合器,其中后者只限在雙滾提升機(jī)上使用，而裴溝煤礦提升機(jī)是單滾筒單繩纏繞式，沒有調(diào)繩離合器。主軸裝置的功能如下:（1）繞鋼絲繩，以完成下放和升降；（2）在機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分承受徑向、軸向負(fù)荷；（3）也可應(yīng)用于雙滾筒提升機(jī)鋼絲繩長度調(diào)整；（4）在發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)能夠承受特殊負(fù)荷值的能力；為使換繩或調(diào)整繩長時(shí)能夠調(diào)節(jié)不同容器之間的相互位置，本文采用了調(diào)繩離合器的輔助功能，使主軸從卷筒上脫出或接合。2.1.2減速器K型提升機(jī)為圓弧齒輪減速器。型號為ZH-115、ZHL-115，ZHLR-130，ZHLR-150等。其中,Z—圓柱，H—圓弧齒，L一級和二級減速，R—人字齒；115、130、150—中心距。由于減速箱的傳動和支承部件都安裝在傳動軸上，所以它們之間存在著一定程度的摩擦，因此對其潤滑條件提出了很高要求。現(xiàn)將減速器的功能作用分述如下:（1）能使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速下降，達(dá)到滾筒所需要的一個(gè)工作轉(zhuǎn)速。（2）經(jīng)減速器后，使得電機(jī)輸出力矩變大，達(dá)到滾筒所需工作力矩。2.1.3電機(jī)電機(jī)提供提升機(jī)需要的功率。轉(zhuǎn)動的電機(jī)將驅(qū)動滾筒并使之轉(zhuǎn)動以完成升降容器。礦井提升電動機(jī)有直流與交流兩種型式。但目前國內(nèi)多采用交流繞線式異步電機(jī)。這類電動機(jī)裝置簡單，維修方便，但是耗能大。而且直流電機(jī)現(xiàn)在國內(nèi)外的大型礦井中也已經(jīng)逐漸開始普及，它具有良好的調(diào)速性能和較小的能耗。該系統(tǒng)釆用YR355M2-10三相異步電動機(jī)。2.1.4深度指不器深度指示器在礦井提升機(jī)中起著舉足輕重的作用，我國現(xiàn)在應(yīng)用的深度指示器主要有以下兩種:（1）牌坊式深度指示裝置：表盤上的指針能明顯看出井內(nèi)提升容器的位置。其通過傳動軸連接主軸，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，深度指示器內(nèi)的絲杠反向旋轉(zhuǎn)，由于絲杠的轉(zhuǎn)數(shù)與提升機(jī)主軸的轉(zhuǎn)數(shù)成正比，故指針可正確地指示出相應(yīng)位置。（2）圓盤式深度指示裝置：其結(jié)構(gòu)并非很復(fù)雜，利用同步聯(lián)系的原理進(jìn)行生產(chǎn)，包括傳動裝置等、深度指示盤等等。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求時(shí)，則通過改變速度的大小來實(shí)現(xiàn)不同深度顯示。傳動軸通過法蘭盤與減速器的輸出軸相連接，經(jīng)過更換齒輪到一鍋桿一增速齒輪的配對后，傳動送至自整角機(jī)，傳遞給接收自整角機(jī)指示深度。深度指示器的作用如下:a在提升容器操作位置上起顯著指示；b當(dāng)提升容器接近上下井口可給減速信號；c升降容器上下卷時(shí)可切斷安全回路，起防護(hù)作用。2.1.5制動系統(tǒng)其制動系統(tǒng)的組成部分主要有閘和液壓站。在提升機(jī)系統(tǒng)中，制動系統(tǒng)是其最為關(guān)鍵的部分之一，對煤礦安全生產(chǎn)至關(guān)重要。以至于《煤炭安全規(guī)程》對其提出了嚴(yán)格要求。（1）若提升機(jī)下放或舉升過程中最大靜負(fù)荷力矩M,那么，它在安全制動和工作制動過程中所產(chǎn)生力矩應(yīng)大于3倍。（2）如果采用雙滾筒提升機(jī)，當(dāng)其制動不同的滾筒，它所受力矩應(yīng)超過1.2倍鋼絲繩及提升容器重力所引起力矩。以下即為制動系統(tǒng)最為關(guān)鍵的功能與作用：（1）停車后剎車。在井內(nèi)任意地點(diǎn)停車都可可靠地抱死閘。（2）參加速度控制。在升降過程中，某一階段要求減速時(shí)，控制之間打開。（3）安全制動。如果提升機(jī)遇到特殊情況，無法正常工作，馬上將閘抱死，停住提升機(jī)。（4）調(diào)繩。雙卷筒提升機(jī)在調(diào)節(jié)繩長或更換鋼絲繩時(shí)，鬧住提升機(jī)卷筒以便于調(diào)整或更換。2.1.6液壓站液壓站包括油箱、電加熱器、電機(jī)、吸油濾芯等，電接點(diǎn)溫度計(jì)等，變量葉片菜、出油濾油器，由比例溢流閥、電接點(diǎn)壓力表、電磁換向閥組成。液壓站對礦井提升機(jī)的影響如下:（1）在工作制動過程中，產(chǎn)生油壓不等，以控制盤形鬧張開；（2）在安全制動過程中，以最短時(shí)間回油達(dá)到二級制動；（3）在雙滾筒提升機(jī)調(diào)繩時(shí)，產(chǎn)生油壓控制調(diào)繩裝置，并對其調(diào)試。液壓站壓力調(diào)節(jié)采用電液調(diào)壓裝置及溢流閥，溢流閥兼具定壓與調(diào)壓功能。液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，需要停機(jī)時(shí)，必須將整個(gè)系統(tǒng)全部斷電才能進(jìn)行維修。液壓站的組成如圖2-3所示,其制備有兩套油路系統(tǒng)，一組用于正常工作，另一組備用。液壓控制系統(tǒng)采用交流電動機(jī)拖動液壓缸作升降運(yùn)動。起升時(shí)電機(jī)帶動油粟運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁閥G3上電使油粟產(chǎn)生的壓力流經(jīng)過濾油器，液動換向閥與電磁閥之后，經(jīng)過A,B管道進(jìn)入滾筒上的盤形鬧。由于上盤形齒輪與下盤形齒輪嚙合傳動，使液壓缸在上升或下降時(shí)都能保持恒定的油壓低于規(guī)定范圍內(nèi)。油壓的調(diào)節(jié)是在油路的兩側(cè)平行設(shè)置電液調(diào)壓裝置和溢流閥。如果制動手柄處于全制動狀態(tài)下，自整角機(jī)的輸出電壓等于零，動線圈沒有輸入電流，擋板位于最上方，噴嘴有油污噴出，這種狀態(tài)下液壓站內(nèi)壓力最小。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作正常后，由于閘板動作速度較慢，所以此時(shí)的高壓油管內(nèi)沒有多余的空氣，也就是只有少量的燃油從柱塞上噴出。盤形閘中的所有油都將返回油箱,這時(shí)盤形鬧就會抱死并把滾筒給鬧死了。反之，全松鬧過程中，從整角機(jī)出來的電壓是30V左右，動線圈電流是250mA左右，擋板位于最下端的位置，完全阻擋噴嘴，這時(shí)液壓站的壓力達(dá)到最大值，壓力油帶動下一個(gè)盤形鬧被放松。圖2-3液壓站原理圖1-郵箱；2-電加熱器；3-電機(jī)；4-吸油濾芯；5-電接點(diǎn)溫度計(jì)；6-變量葉片系□；7-出油濾油器；8-比例溢流閥；9-電接點(diǎn)壓力表；10，11，12-電磁換向閥；13-溢流閥；14-減壓閥；15-單向閥；16-壓力表；17-氮?dú)鈨δ芷鳎?8-液動換向閥；19-出口濾-油器；20-壓力傳感器；21-電磁換向閥2.1.7盤形制動器盤形制動器有盤式和塊式兩種，它是在制動輪或者制動盤內(nèi)產(chǎn)生制動力矩的制動器。制動力矩靠鬧瓦從軸向兩側(cè)壓向制動盤而產(chǎn)生。盤式鬧都是成對使用，因?yàn)樘峁┎煌闹苿恿?，所以提升機(jī)能夠提供兩副、四副、八副甚至多副。所述盤形鬧設(shè)置于滾筒兩側(cè)并通過螺絲與滾筒邊緣固定連接。2.2提升機(jī)電控系統(tǒng)改造方案及預(yù)期達(dá)到的效果提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須要滿足生產(chǎn)中的速度要求，所以要對其進(jìn)行電氣控制分析，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)分析以及動態(tài)分析。提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的給定速度u=f(t)如圖2-1所示，根據(jù)動力學(xué)方程式：(2-1)起動機(jī)在進(jìn)行靜態(tài)分析的時(shí)候，需要對其負(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)靜載荷，由于起動機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行提升的時(shí)候，主要分為靜態(tài)載荷以及動態(tài)載荷，因此需要對其系統(tǒng)進(jìn)行分開表示在指定的速度區(qū)間里。通過分析動態(tài)，在復(fù)核以及靜態(tài)在負(fù)荷來確定系統(tǒng)的參數(shù)信息，并且根據(jù)該參數(shù)信息來決定系統(tǒng)的輸出控制量。動力裝置：系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)動力裝置的時(shí)候，主要包含主電動機(jī)以及系統(tǒng)當(dāng)中的動力模塊同時(shí)，為了能夠保證系統(tǒng)能夠安全制動，還使用到了制動模塊。變頻調(diào)速：在系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速的過程當(dāng)中，由于電動機(jī)系統(tǒng)需要采用變頻器，因此變頻器性能的好壞將會對調(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)行癥狀或者反轉(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壓欠壓以及過流和缺項(xiàng)的設(shè)計(jì)方式。在變頻器系統(tǒng)中，在變頻器系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程當(dāng)中，閘門控制信號需要將其輸出到PLC系統(tǒng)當(dāng)中，使用PLC系統(tǒng)來進(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，這也能夠避免提升機(jī)系統(tǒng)在啟動的時(shí)候會出現(xiàn)流車的現(xiàn)象。能夠有效的解決電機(jī)調(diào)速控制的缺點(diǎn)。操作臺：在進(jìn)行提升機(jī)系統(tǒng)控制的過程當(dāng)中，提升臺是整個(gè)系統(tǒng)控制的重要組成部分，可以使用提升臺來對礦井提升機(jī)，發(fā)出操作指令，例如能夠使礦井提升機(jī)進(jìn)行啟動或者停止以及速度的改變。監(jiān)控系統(tǒng)：操作人員需要對該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，并且還需要監(jiān)控礦井提升機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，有些礦井提升機(jī)在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，需要對礦井提升機(jī)的電壓電流以及功率等實(shí)施進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障狀態(tài)的時(shí)候，該裝置系統(tǒng)還能夠?qū)ζ溥M(jìn)行相應(yīng)的分析，以進(jìn)行報(bào)警。信號控制：如果要對提升機(jī)進(jìn)行信號控制，那么該信號控制將要來自于不同工作的操作部位，例如潤滑站、井桶和液壓站等等，這結(jié)信號主要包含系統(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，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中，將系統(tǒng)通過注入的方式引入到主控制裝置當(dāng)中，針對這些參數(shù)信號統(tǒng)一進(jìn)行相對應(yīng)的邏輯運(yùn)算，并且能夠與控制的裝置進(jìn)行信號的比較，最后將會生成PLC的控制指令，在進(jìn)行各種信號處理分析的過程當(dāng)中，需要對故障信號進(jìn)行相應(yīng)的檢測，通過對故障的分析以及判斷來進(jìn)行邏輯處理，最終能夠根據(jù)不同的故障信號以及故障模式來進(jìn)行相應(yīng)的動作處理，例如可以實(shí)現(xiàn)立即制動或者是進(jìn)行提升的自動并且在顯示故障信息的時(shí)候還能夠利用生光報(bào)警的形式來進(jìn)行提醒工作人員。圖2-4變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖

3提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展3.1.1變頻調(diào)速基本原理變頻調(diào)速技術(shù)基本原理就是根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨工作電源輸入頻率變化而變化的三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式:（3-1）式中nn電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/minn1同步轉(zhuǎn)速，r/minp電機(jī)磁極對數(shù)s電機(jī)轉(zhuǎn)差率，%f頻率，Hz由式（3-1）可知，變頻調(diào)速技術(shù)是利用更改電機(jī)定子電源的頻率來進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。3.1.2變頻調(diào)速在提升機(jī)電控系統(tǒng)上的應(yīng)用在進(jìn)行交流電動機(jī)速度控制時(shí)，較為傳統(tǒng)的控制方式。是采用串聯(lián)電阻的方式來進(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)的速度控制直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的時(shí)候，其速度控制較為簡單，因此長時(shí)間以來，在進(jìn)行速度控制方面，大多數(shù)都是采用的直流電動機(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，使用交流異步電動機(jī)系統(tǒng)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如其對環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，并且該種電動機(jī)的過流容量比較大，在長時(shí)間的使用過程當(dāng)中，其堅(jiān)固耐用，能夠滿足不同的使用場合，外部設(shè)計(jì)條件較為簡單，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)格相對來說較為低點(diǎn)，異步電動機(jī)在進(jìn)行使用的過程當(dāng)中，其調(diào)速性能能夠有效的滿足一般場合的設(shè)計(jì)需求，但是在一些高精度的場合當(dāng)中，異步電動機(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機(jī)的調(diào)速性能，并且能夠使得異步電動機(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，能夠使得該種電動機(jī)系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。3.2高壓變頻器及高壓變頻調(diào)速礦用驅(qū)動電機(jī)變頻器大大提高了設(shè)備工作效率和使用壽命和電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，我國煤炭開采行業(yè)存在著較大的電量消耗，同時(shí)電能在其生產(chǎn)成本中占據(jù)著較大比重，所以亟需提升相關(guān)裝置的功效。為提高裝置運(yùn)行效率和可靠性而逐步研制的驅(qū)動電機(jī)用高壓變頻器不僅能降低啟動電流。還能提高啟動轉(zhuǎn)矩。隨著科技的發(fā)展，高壓變頻器控制系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出以矢量控制和直接扭矩控制為主要控制特點(diǎn)的變頻器。變頻器穩(wěn)態(tài)特性良好，很好地解決帶式輸送機(jī)和提升機(jī)的運(yùn)行問題。等等大型煤礦使用的電機(jī)驅(qū)動設(shè)備起動和停止沖擊較大的問題。應(yīng)用高壓變頻器有如下優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)可靠性增加，噪聲降低，操作人員的工作環(huán)境得到了改善；減少了沖擊，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)順暢；減少了電流載荷的需求，起動電流的沖擊很小，不會給電網(wǎng)帶來大的沖擊；無極調(diào)速控制在提高了設(shè)備運(yùn)行效率的前提下便于操作。3.3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1PLC簡介PLC系統(tǒng)具備可編程能力，在使用PLC系統(tǒng)的過程當(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)以及技術(shù)功能，可以通過數(shù)字輸入以及模擬量輸入的方式來對信號系統(tǒng)進(jìn)行采集，當(dāng)該系統(tǒng)進(jìn)行控制輸出的過程當(dāng)中，則是可以通過直接輸出的方式來進(jìn)行應(yīng)用，該種控制系統(tǒng)相比于其他系統(tǒng)來說，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)行線路連接的過程當(dāng)中，PLC系統(tǒng)在進(jìn)行輸入以及輸出的時(shí)候，均會采用大量的隔離電路將外部信號與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的過程當(dāng)中，通常情況下會采用較為強(qiáng)大的內(nèi)部內(nèi)核，為了能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，還會增加外部的網(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)行編程的過程當(dāng)中，一般采用梯形圖進(jìn)行編程，十分簡單，并且在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候與工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的電氣控制圖非常相似，非常適合現(xiàn)場人員進(jìn)行編程學(xué)習(xí)。（4）使用模塊化的設(shè)計(jì)方式，在進(jìn)行與外部通信以及外部數(shù)據(jù)參數(shù)的時(shí)候，可以采用不同的功能模塊來完成所需要使用的功能，并且各個(gè)模塊之間不會產(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)，具有較高的性價(jià)比，相比于其他控制方式來說，使用PLC系統(tǒng)能夠更好的進(jìn)行現(xiàn)場使用。3.3.2PLC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，ns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，既有大量的特殊功能，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。3.3.3PLC的I/O分配為了在使用的過程當(dāng)中有效的提高系統(tǒng)的工作能力以及提高系統(tǒng)的可靠性，PLC在進(jìn)行信號輸出以及輸入的時(shí)候，大部分情況下會采用隔離的方式進(jìn)行信號的隔離，將輸入信號以及輸出信號之間進(jìn)行物理隔離。FX2N-A-1系列PLC控制系統(tǒng)的輸入信號和地址號如表3-1所示。表3-1輸入點(diǎn)地址編碼名稱地址編碼名稱地址編碼電機(jī)A軸編碼器（速度）X0半自動X24電機(jī)B軸編碼器（速度）X1主系統(tǒng)X25電機(jī)B軸編碼器（深度）X2備用系統(tǒng)X26輥筒編碼器（速度）X3人員X27深指編碼器（速度）X4材料X30心跳脈沖輸入X10調(diào)繩X31驗(yàn)繩X11正常X32KP開關(guān)X12調(diào)節(jié)閥X33維修X13G1X34應(yīng)急X14G2X35上過卷X15G3X36無過卷X16G4X37下過卷X17調(diào)繩控制開關(guān)通X401#KT轉(zhuǎn)換開關(guān)X20調(diào)繩控制開關(guān)斷X412#KT轉(zhuǎn)換開關(guān)X21故障復(fù)位X42手動X22半自動運(yùn)行X43自動X23深度清零X44語音復(fù)位X45深指上井口開關(guān)X63急停X46深指下井口開關(guān)X64備用X47井筒上過卷X65三倍靜力矩試驗(yàn)按鈕X50井筒下過卷X66主令零位停車X51井筒上終端X67主令上升X52井筒下終端X70主令下降X53井筒上減速點(diǎn)X71緊閘開關(guān)X54井筒下減速點(diǎn)X72松閘開關(guān)X55井筒上井口開關(guān)X73深指上過卷X56井筒下井口開關(guān)X74深指下過卷X57井筒上校正開關(guān)X75深指上終端X60井筒下校正開關(guān)X76深指下終端X61閘瓦開關(guān)X77深指減速點(diǎn)X62FX2N-A-1控制系統(tǒng)的輸出信號及地址編號如表3-2所示。表3-2輸出點(diǎn)地址編碼名稱地址編碼名稱地址編碼電磁閥中繼G3Y0檢繩故障Y21電磁閥中繼G4Y1深指失效指示Y22電磁閥中繼G5Y2制動油過壓指示Y23電磁閥中繼G6Y3等速段超速指示Y24語音報(bào)警1Y4減速段超速指示Y25語音報(bào)警2Y5爬行段超速指示Y26語音報(bào)警3Y6閘瓦磨損指示Y27軟安全回路中繼Y7離合器打開Y30減速點(diǎn)打鈴Y10離合器合上Y31電機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行輸出Y11變頻正轉(zhuǎn)輸出中繼Y40PLC監(jiān)視輸出Y12變頻反轉(zhuǎn)輸出中繼Y41主允許一次提升輸出Y13變頻預(yù)留Y42制動泵運(yùn)行輸出Y14變頻多段速1Y43潤滑泵運(yùn)行輸出Y15變頻多段速2Y44閘控輸出Y16變頻多段速3Y45一次提升故障指示Y203.3.4PLC的硬件接線圖PLC硬件接線圖見附錄。

4提升機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1上位機(jī)系統(tǒng)組成對于該系統(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。軟件包括控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件。PLC控制系統(tǒng)的主要功能部分是能夠進(jìn)行過程的控制，并且還能夠?qū)ν獠康男盘栠M(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并且還可以針對礦井提升機(jī)的啟動速度加速度以及停車狀態(tài)進(jìn)行邏輯方面的處理，PLC軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，利用各種結(jié)構(gòu)使用梯形圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，并且上微機(jī)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能是能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)的監(jiān)測，主要包括故障狀態(tài)的監(jiān)測，并且還能夠有效的對故障照片信息進(jìn)行存儲，PLC系統(tǒng)在完成軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是能夠根據(jù)提升工藝以及相應(yīng)的控制要求將系統(tǒng)進(jìn)行充分的分析設(shè)計(jì)，進(jìn)行模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。見圖4-1。圖4-1PLC程序結(jié)構(gòu)圖4.2上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在對軟件進(jìn)行分析的時(shí)候，由于該種控制過程十分復(fù)雜，本系統(tǒng)在進(jìn)行編寫程序的時(shí)候，主要以順序方式完成了各部分的編制工作，整個(gè)程序設(shè)計(jì)中，這套程序?qū)崿F(xiàn)了參數(shù)設(shè)置、上位機(jī)故障存儲顯示和提醒等功能。在子程序設(shè)計(jì)的時(shí)候主要是通過主程序回路當(dāng)中進(jìn)行調(diào)用的關(guān)系，根據(jù)輸入的方式來進(jìn)行