煤礦副井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目： 煤礦副井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 完成時(shí)間： 1河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要ii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 副井主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以及升降人員之用。因此對副井提升機(jī)的安全性要比主井提升機(jī)的安全要求要高的多。本課題介紹了國內(nèi)外提升機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r, 通過對比分析了國內(nèi)提升機(jī)電控系統(tǒng)的不足,針對提升機(jī)的高可靠性要求采用plc控制提出一種可靠性高的提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)。 課題對煤礦副井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，對主要電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，并詳細(xì)論述了對礦井提升機(jī)的保護(hù)設(shè)計(jì)，分別對過卷

2、保護(hù)、墩罐保護(hù)、過載保護(hù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在比較主流的控制方式，用plc作為控制器，變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，使副井提升機(jī)平穩(wěn)安全的運(yùn)行。關(guān)鍵詞: 副井提升機(jī),可編程控制器,變頻器,可靠性,電控系統(tǒng)目錄摘 要i1緒論11.1 國內(nèi)外提升及研究狀況11.2課題研究的目的和意義41.3本論文承擔(dān)的任務(wù)61.4小結(jié)82礦井提升機(jī)的組成及分類92.1 礦井提升機(jī)的作用92.2 礦井提升機(jī)的組成92.3 礦井提升機(jī)的分類103礦井提升機(jī)的制動(dòng)裝置及安全裝置133.1 礦井提升機(jī)的制動(dòng)裝置143.1.1 制動(dòng)裝置的組成及種類143.1.2 制動(dòng)裝置的作用143.1.4 制動(dòng)裝置的

3、有關(guān)規(guī)定153.2 礦井提升機(jī)的安全保護(hù)裝置164提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)184.1引言184.2提升機(jī)電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)184.3提升機(jī)電控系統(tǒng)變頻器選擇204.4變頻控制部分設(shè)計(jì)214.4.1變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計(jì)214.4.2變頻器外部電路設(shè)計(jì)244.5 plc控制部分設(shè)計(jì)294.5.1基本控制功能294.5.2位置速度檢測電路324.7調(diào)速控制系統(tǒng)軟件流程394.8小結(jié)41總結(jié)42參考文獻(xiàn)44致謝45附錄a46附錄b47畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論 1.1 國內(nèi)外提升及研究狀況近三十年來，國外提升機(jī)機(jī)械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機(jī)是電動(dòng)機(jī)通過減速器傳動(dòng)

4、卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)懸臂安裝直接傳動(dòng)的提升機(jī)。上世紀(jì)七十年代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動(dòng)機(jī)來代替直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來。1981年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國monopol礦問世，1988年由mavghh和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī)(習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式)在德國romberg礦誕生了，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器(plc)應(yīng)用于提升機(jī)控制。

5、上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。計(jì)算機(jī)和plc的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國外一著名的提升機(jī)制造公司，如西門子、abb、alsthom都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)候，我國提升機(jī)電控系統(tǒng)很長時(shí)間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。國產(chǎn)提升機(jī)安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有

6、效的速度監(jiān)視裝置，就提升機(jī)控制技術(shù)而言，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。礦井提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:豎井(如圖1.1所示為豎井井架設(shè)備)和斜井;按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升;按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機(jī)主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機(jī)較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。因此在20世紀(jì)60年代開始單繩纏繞式礦井提升機(jī)采用較多。圖1.1 井架圖1.2 天輪目前我國提升機(jī)90%以上均采用交流繞線式異步

7、電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機(jī)的有tkd系列，多繩磨擦式提升機(jī)的有jkm、幻j系列。這幾種提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速。串電阻調(diào)速是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法轉(zhuǎn)子功率的損耗隨著串入的電阻的增大而增大。盡管轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟(jì)，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調(diào)速方法比較簡單易行，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大在拖動(dòng)起重機(jī)等中、小容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)中仍然應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)80年代，我國從瑞典、西德等國引進(jìn)20多套晶閘管直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組，另一種為晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。我國自己生產(chǎn)的晶閘管直流電動(dòng)機(jī)控制

8、系統(tǒng)應(yīng)用于20世紀(jì)90年代。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:體積小、重量輕、占地面積??；基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費(fèi)用低；無齒輪傳動(dòng)部分(不需要減速器)、總效率高、電能消耗少；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高；易于控制，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，安全可靠；節(jié)約電能。礦井提升機(jī)對安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個(gè)廠或國家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平。比較國內(nèi)外礦用提升機(jī)系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機(jī)在電控方面的應(yīng)用特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:l)提升工藝過程微機(jī)控制提升工藝過程大都采用微機(jī)控制，由于微機(jī)功能強(qiáng)，使用靈活，運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這

9、是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。2)提升行程控制提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到2cm。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、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。一般過程控制用微機(jī)作監(jiān)視，行程控制也采用單獨(dú)下位機(jī)完成。3)提升過程監(jiān)視提升過程監(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)(如速度、電流)監(jiān)視:b、各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視;c、各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。使各種故障在出現(xiàn)之前就

10、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(chǔ)、保留或打印輸出。甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(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)的極為重要的環(huán)節(jié)。為確保人員和設(shè)備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺(tái)pc微機(jī)構(gòu)成安全回路，使安全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項(xiàng)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。而在電力拖動(dòng)方面，近幾年國外出現(xiàn)了不少新拖動(dòng)方式，交一交變頻供電方式就是最有前途的一種。20世紀(jì)80年代西歐一些工業(yè)先進(jìn)國家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)

11、，有代表性的是西門子公司和abb公司。我國在20世紀(jì)90年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機(jī)控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)取得很寬的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機(jī)械特性，在提升機(jī)應(yīng)用中顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢。1.2課題研究的目的和意義副井的礦井提升機(jī)主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以及升降人員之用。所以副井提升機(jī)的安全、可靠、有效高速運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、慣性質(zhì)量大、運(yùn)行特性復(fù)雜的特點(diǎn)，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使用環(huán)境

12、條件惡劣，造成了各種機(jī)械零件和電氣元件的功能失效，以及操作者的人為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果，致使提升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。一旦提升機(jī)的行程失去控制，沒有按照給定速度曲線運(yùn)行，就會(huì)發(fā)生提升機(jī)超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。所以提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會(huì)各屆人士共同關(guān)注的一個(gè)重大課題。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機(jī)能否實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動(dòng)運(yùn)行，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動(dòng)化，

13、改善提統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對電氣傳動(dòng)方式提出了更高的要求。對礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求是：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運(yùn)行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動(dòng)和定位功能，可靠性要求高等。目前，我國地下礦山礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升機(jī)，主要采用晶閘管變流器直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)矢量控制交一交變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)大都采用數(shù)字控制方式實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自動(dòng)化運(yùn)行，效率高，有準(zhǔn)確的制動(dòng)和定位功能，運(yùn)行可靠性高，但造價(jià)昂貴，中小礦井難以承受。對于中、小型提升機(jī)，則多采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速的交流電氣

14、傳動(dòng)系統(tǒng)，即tkd電控系統(tǒng)。這種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備簡單，但屬于有級(jí)調(diào)速，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動(dòng)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)恒加減速控制，經(jīng)常會(huì)造成過放或過卷事故。提升機(jī)頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)工作過程會(huì)使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。對于現(xiàn)采用tkd電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機(jī)改造中應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，消除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有

15、十分明顯的節(jié)能效果10。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生。因此，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。本文介紹變頻器在提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。1.3本論文承擔(dān)的任務(wù)本課題擬解決的關(guān)鍵問題是控制策略研究，提升機(jī)是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它屬于大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)-電-液系統(tǒng)，提升機(jī)要按所要求的速度圖運(yùn)行，否則在系統(tǒng)中容易產(chǎn)生大的慣性力，降低機(jī)器的壽命，甚至產(chǎn)生脫軌等惡性事故?？刂撇呗匝芯烤褪且ㄟ^電液控實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地使提升機(jī)按給定的速度圖運(yùn)行，使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機(jī)運(yùn)行的要求。本論文的研究目標(biāo)是將可編程控制器（p

16、lc）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦山實(shí)際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提高精度，在更安全的范圍內(nèi)保證礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)中充分考慮到保護(hù)系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，采用控制功能強(qiáng)大的plc來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型交流接觸器，簡化了控制線路，并應(yīng)用各種現(xiàn)場抗干擾措施，包括采用電抗器、空氣開關(guān)、及rc防浪涌震蕩電路等。尤其在軟件中采用提升機(jī)電控系統(tǒng)中斷模塊及故障處理模塊，使超速報(bào)警更加科學(xué)合理。為了更直觀的顯示提升機(jī)的工作狀態(tài)及故障來源，增加了提升機(jī)監(jiān)視控制系統(tǒng)，通過顯示器對整個(gè)提升系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。本論文承擔(dān)的主要任務(wù)如下：1提升機(jī)電控系統(tǒng)主電路部分結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況，分析提升機(jī)工作過程及工作特點(diǎn)。

17、給出提升系統(tǒng)的整體控制方案；確定基于plc控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成。確定各部分所要完成的控制功能，并給出控制電路連接電路圖，分析其功能的實(shí)現(xiàn)。并采取一些提高系統(tǒng)安全運(yùn)行和抗干擾能力的措施。2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分可編程控制器plc有強(qiáng)大的可編程控制功能，它是三菱編程軟件來完成的。對于復(fù)雜的礦山提升機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)采用plc控制，提升機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)對安全性要求極高的控制單元，所以在軟件設(shè)計(jì)部分應(yīng)有對其系統(tǒng)的故障診斷處理內(nèi)容，在出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)能及時(shí)報(bào)警或停車。3提升機(jī)速度給定方式分析由于礦山生產(chǎn)過程中，提升機(jī)所承受的載荷不同、提升的方式及提升行程不同，提升機(jī)的牽引力也就不同，應(yīng)對其進(jìn)行適

18、當(dāng)調(diào)節(jié)，提升速度也應(yīng)能及時(shí)進(jìn)行控制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將在較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生極大的累計(jì)誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)的巨大波動(dòng)，造成過載或松繩等,甚至導(dǎo)致礦車脫軌或過卷等重大事故，而造成巨大的損失。所以要尋求一種控制方法來提高控制精度。在實(shí)際中經(jīng)常采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速因其為有級(jí)調(diào)速，調(diào)速不連續(xù)，且對電網(wǎng)沖擊大。所以尋求一種理想的速度給定方式極為重要，以求能夠提高電控系統(tǒng)控制性能，改善控制品質(zhì)。4保護(hù)及抗干擾措施傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差，其安全保護(hù)、閉鎖及監(jiān)測系統(tǒng)不完善，均為單線系統(tǒng)，且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數(shù)共用一套線路，互相影響。本文針對制約提升安全的主要環(huán)節(jié)設(shè)置減速、超速報(bào)警及過載、松繩、過卷等安全

19、保護(hù)措施，增加監(jiān)視系統(tǒng)，對提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障來源進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)視，使提升安全狀況有所改善。為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。安全回路應(yīng)具有雙重冗余功能。1.4小結(jié)本章詳細(xì)介紹了礦井提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)的背景，闡述了本課題研究的目的意義。在此基礎(chǔ)上提出了本文所承擔(dān)主要任務(wù)和研究的主要內(nèi)容為：提升機(jī)電控系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)部分、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分、提升機(jī)速度給定方式分析、保護(hù)及抗干擾措施。在完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，此調(diào)速控制系統(tǒng)才能成為一個(gè)有機(jī)的整體，才能安全可靠的工作，并達(dá)到預(yù)期的控制效果。47畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2礦井提升機(jī)的組成及分類 2.1 礦井提升機(jī)的作用在煤礦里

20、礦井分為主井和副井，在主井和副井里都有提升裝備，他們的作用有著一些不同。主井是用于提升礦產(chǎn)品，副井的礦井提升機(jī)主要用于提升和下放設(shè)備、提升廢石、下放礦井礦物挖出后防塌陷的充填物等輔助材料，以及升降人員之用。所以副井提升機(jī)的設(shè)計(jì)要有很高的要求。所以在設(shè)計(jì)的過程中要考慮到很多的安全因素。但總體設(shè)計(jì)上主井與副井提升系統(tǒng)還是有相似點(diǎn)的。 2.2 礦井提升機(jī)的組成礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。按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

21、繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個(gè)容器。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個(gè)容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而

22、機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機(jī)。2.3 礦井提升機(jī)的分類礦井提升機(jī)是聯(lián)系礦井井下和地面的工作機(jī)械。用鋼絲繩帶動(dòng)容器在井筒中升降，完成運(yùn)輸任務(wù)。按工作方式分類如下： （一）纏繞式提升機(jī)纏繞式提升機(jī)的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動(dòng)器等（圖2.1）。雙卷筒提升機(jī)的卷筒與主軸固接者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào)繩離合器與主軸相連者稱活動(dòng)卷筒。中國制造的卷筒直徑為 25m。隨著礦井深度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應(yīng)增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。 圖2.1礦井提升機(jī)1.

23、單繩纏繞式提升機(jī) 根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：單卷筒提升機(jī)，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動(dòng)提升容器升降。雙卷筒提升機(jī)，作雙鉤提升（圖2.1）。兩根鋼絲繩各固定在一個(gè)卷筒上,分別從卷筒上、下方引出,卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)提升容器上升，另一個(gè)容器下降。纏繞式提升機(jī)按卷筒的外形又分為等直徑提升機(jī)和變直徑提升機(jī)兩種。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價(jià)格低，得到普遍應(yīng)用。深井提升時(shí)，由于兩側(cè)鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。早期采用變直徑提升機(jī)（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。 2.多繩纏繞式提升機(jī) 提升機(jī)在超深井

24、運(yùn)行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。20世紀(jì) 50年代末，英國人布雷爾（blair）設(shè)計(jì)了一臺(tái)直徑3.2m雙繩多層纏繞式提升機(jī)(又稱布雷爾式提升機(jī))，提升高度15802349m，一次提升量1020t。 （二）摩擦式提升機(jī)1938年，瑞典的asea公司在拉維爾（laver）礦安裝了一臺(tái)直徑1.96m雙繩摩擦式提升機(jī)。1947年德國g.h.h.公司在漢諾威（hannover）礦安裝了一臺(tái)四繩摩擦式提升機(jī)。多繩摩擦式提升機(jī)具有安全性高、鋼絲繩直徑細(xì)、主導(dǎo)輪直徑小、設(shè)備重量輕、耗電少、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展很快。除用于深立井提升外，還可

25、用于淺立井和斜井提升。鋼絲繩搭放在提升機(jī)的主導(dǎo)輪（摩擦輪）上，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重(錘)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，借主導(dǎo)輪的摩擦襯墊與鋼絲繩間的摩擦力,帶動(dòng)鋼絲繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為210根。 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。主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應(yīng)具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能,其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機(jī)的生產(chǎn)能力、工作安全性及應(yīng)用范圍。目前使用較多的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動(dòng)和滑動(dòng)，停車時(shí)深度指示器偏離零位，故應(yīng)設(shè)自動(dòng)調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針

26、自動(dòng)指向零位。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動(dòng)，可采用彈簧機(jī)座減速器。1.井塔式提升機(jī) 機(jī)房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時(shí)間長，造價(jià)高，并不宜用于地震區(qū)。 圖2.3井塔式多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖2.落地式提升機(jī) 機(jī)房直接設(shè)在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點(diǎn)是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多,影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命。 圖2.4落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖2.4小結(jié)本章著重提出了煤礦副井提升機(jī)與主井的一些區(qū)別，以及在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的一些問題。并且詳細(xì)講述了礦井提升機(jī)的組成及分類。畢

27、業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3礦井提升機(jī)的制動(dòng)裝置及安全裝置3.1 礦井提升機(jī)的制動(dòng)裝置3.1.1 制動(dòng)裝置的組成及種類提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)是提升機(jī)重要組成部分，它直接關(guān)系到提升機(jī)設(shè)備得安全運(yùn)行，它由制動(dòng)器（閘）和傳動(dòng)裝置組成。制動(dòng)器直接作用到制動(dòng)力矩的機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置是控制并調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器按其結(jié)構(gòu)可分為塊閘(角移式和平移式)和盤問；傳動(dòng)裝置按傳動(dòng)能源可分為液壓、氣動(dòng)及彈簧等。3.1.2 制動(dòng)裝置的作用提升機(jī)在礦井中擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石。升降人員和設(shè)備、運(yùn)送材料及丁具等任務(wù)。它是溝通礦井地面與井下的運(yùn)輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一。而礦井提升機(jī)的制動(dòng)和安全保護(hù)裝置是提升系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響提升

28、機(jī)正常丁作和安全運(yùn)行，因此對提升機(jī)的制動(dòng)器和安全保護(hù)裝置必須給予充分的重視。并加強(qiáng)機(jī)房管理，為操作人員創(chuàng)造一個(gè)更好的更安全的工作環(huán)境。礦井提升機(jī)制動(dòng)裝置的用途是：（1）在提升終了或提升機(jī)不工作時(shí)，可靠的閘住提升機(jī)停車制動(dòng)；（2）減速階段參與提升機(jī)的速度控制工作制動(dòng)；（3）作為安全機(jī)構(gòu)，發(fā)生緊急事故時(shí)，進(jìn)行安全制動(dòng)，對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)緊急制動(dòng)；（4）雙卷筒提升機(jī)動(dòng)作調(diào)繩離合器時(shí)，應(yīng)能閘住活卷筒，動(dòng)作死卷筒。3.1.3煤礦安全規(guī)程對制動(dòng)力矩的規(guī)定對于立井或傾角大于30。的斜井最大制動(dòng)力矩不得小于提升或下放最大靜負(fù)力矩的3倍；對于雙滾筒提升機(jī)為了使離合器打開時(shí)能制動(dòng)住游動(dòng)滾筒、制動(dòng)器在一個(gè)滾筒上的制

29、動(dòng)力矩，不得小于該滾筒懸掛提升容器和鋼絲繩重力所產(chǎn)生的力矩的1.2倍；在同一制動(dòng)力矩作用下,安全制動(dòng)時(shí)，上提及下放貨載。其減速度是不同的。在立井和傾斜巷道中使用的提升機(jī)，安全制動(dòng)時(shí)，全部機(jī)械的減速度必須符合下表的規(guī)定；對于摩擦式提升機(jī)工作制動(dòng)或安全制動(dòng)的減速度、不得超過鋼絲繩的滑動(dòng)極限。即不引起鋼繩打滑；安全制動(dòng)必須能自動(dòng)、迅速和可靠地實(shí)現(xiàn)，制動(dòng)器的空動(dòng)時(shí)間(由安全保護(hù)回路斷電時(shí)起到閘瓦接觸到閘輪上的時(shí)間)氣壓塊閘不得超過0.5秒液壓塊閘不得超過0.6秒，盤式制動(dòng)器不得超過0.3秒。3.1.4 制動(dòng)裝置的有關(guān)規(guī)定（一）煤礦安全規(guī)程第428條規(guī)定：提升絞車必須裝設(shè)深度指示器,開始減速時(shí)能自動(dòng)示警

30、與不離開座位即能操縱的常用閘和保險(xiǎn)閘，保險(xiǎn)閘必須能自動(dòng)發(fā)生制動(dòng)作用。常用閘和保險(xiǎn)閘共用1套閘瓦制動(dòng)時(shí)，操縱和控制機(jī)構(gòu)必須分開。雙滾筒提升絞車的2套閘瓦的傳動(dòng)裝置必須分開。對具有2套閘瓦只有1套傳動(dòng)裝置的雙滾筒絞車，應(yīng)改為每個(gè)滾筒各自有其控制機(jī)構(gòu)的彈簧閘。提升絞車除設(shè)有機(jī)械制動(dòng)閘外，還應(yīng)設(shè)有電氣制動(dòng)裝置。嚴(yán)禁司機(jī)離開工作崗位、擅自調(diào)整制動(dòng)閘。（二）煤礦安全規(guī)程第429條規(guī)定：保險(xiǎn)閘必須采用配重式或彈簧式的制動(dòng)裝置，除可由司機(jī)操縱外，還必須能自動(dòng)抱閘，并同時(shí)自動(dòng)切斷提升裝置電源。常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機(jī)械制動(dòng)裝置。保險(xiǎn)閘或保險(xiǎn)閘第一級(jí)由保護(hù)回路斷電時(shí)起至閘瓦接觸到閘輪上的空動(dòng)時(shí)間：壓縮空氣驅(qū)動(dòng)閘瓦

31、式制動(dòng)閘不得超過0.5s，儲(chǔ)能液壓驅(qū)動(dòng)閘瓦式制動(dòng)閘不得超過0.6s，盤式制動(dòng)閘不得超過0.3s。盤式制動(dòng)閘的閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙應(yīng)不大于2mm。保險(xiǎn)閘施閘時(shí)，杠桿和閘瓦不得發(fā)生顯著的彈性擺動(dòng)。（三）提升絞車的常用閘和保險(xiǎn)閘制動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的力矩與實(shí)際提升最大靜載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比不得小于3。在調(diào)整雙卷筒提升絞車卷筒旋轉(zhuǎn)的相對位置時(shí)（此時(shí)游動(dòng)卷筒與主軸脫離連接），制動(dòng)裝置在各滾筒閘輪上所發(fā)生的力矩，不得小于該滾筒所懸重量（鋼絲繩重量與提升容量重量之和）形成的旋轉(zhuǎn)力矩的1.2倍。在立井和傾角大于30的傾斜井巷，提升裝置的保險(xiǎn)閘發(fā)生作用時(shí)，減速度必須符合：下放重載時(shí)，不得小于1.5m/s。3.2 礦井提

32、升機(jī)的安全保護(hù)裝置煤礦安全規(guī)程第427條規(guī)定：提升機(jī)必須具有以下九種安全保護(hù)裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、深度指示器失效保護(hù)裝置、閘間隙保護(hù)裝置、松繩保護(hù)裝置、滿倉保護(hù)裝置、減速功能保護(hù)裝置。1、防止過卷裝置：當(dāng)提升容器超過正常終端停止位置（或出車平臺(tái)）0.5m時(shí)，必須能自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生制動(dòng)作用。比正常停車位置低0.5m時(shí)為下過卷，下過卷時(shí)也要進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。2、防止過速裝置：當(dāng)提升速度超過最大速度15%時(shí)，必須能自動(dòng)停電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。3、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：在提升機(jī)的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和欠電壓保護(hù)裝置，在過負(fù)荷或欠電壓情況下使配電

33、開關(guān)自動(dòng)跳閘，切斷提升電動(dòng)機(jī)電源，并使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。4、限速裝置：提升速度超過3m/s的提升絞車必須裝設(shè)限速裝置，以保證提升容器（或平衡錘）到達(dá)終端位置時(shí)的速度不超過2m/s。如果限速裝置為凸輪板，其在個(gè)提升行程內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)不小于270。5、深度指示器失效保護(hù)裝置：當(dāng)指示器失效時(shí)，能自動(dòng)停電并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。6、閘間隙保護(hù)裝置：當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警或自動(dòng)斷電。7、松繩保護(hù)裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護(hù)裝置并接入安全回路和報(bào)警回路，在鋼絲繩松弛時(shí)能自動(dòng)斷電并報(bào)警。箕斗提升時(shí)，送繩保護(hù)裝置動(dòng)作后，嚴(yán)禁受煤倉放煤。8、滿倉保護(hù)裝置：箕斗提升的井口煤倉倉滿時(shí)能自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)斷

34、電。9、減速功能保護(hù)裝置：當(dāng)提升容器（或平衡錘）達(dá)到設(shè)計(jì)減速位置時(shí)，能示警開始減速。防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置、減速功能保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨(dú)立的雙線型式。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4提升機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1引言經(jīng)過分析比較，權(quán)衡各種控制方案的優(yōu)劣，結(jié)合提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，最終選擇plc與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速方案，其變頻控制方式為：矢量變頻調(diào)速控制。此方案能夠很好解決傳統(tǒng)交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的，無論轉(zhuǎn)速高低，其機(jī)械特性基本上與自然機(jī)械特性平行，能夠滿足提升機(jī)特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果；采用plc對

35、提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。4.2提升機(jī)電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)基于plc控制的大功率礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、液壓站、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。各部分功能如下：動(dòng)力裝置：包括主電機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)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(dòng)力；液壓站：為提升機(jī)提供制動(dòng)力，停車時(shí)先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動(dòng)力，再取消直流制動(dòng)力；提升機(jī)起動(dòng)時(shí)，先對電機(jī)施加直流制動(dòng)，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。變頻調(diào)速器：是動(dòng)力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入

36、工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。操作臺(tái)：操作臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(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，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(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車以及緊急制動(dòng)等各種控制功能?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)：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)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理：如圖4.1，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，ac380v三相動(dòng)力電源由隔爆接線腔r,s,t 3個(gè)接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，大功率變頻（

37、sb61g110kw）可以將工頻三相交流電經(jīng)過交直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(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)行。變頻器輸出頻率的變化，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定s形速度曲線由plc編程產(chǎn)生，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動(dòng)變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺(tái)速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器，plc通過該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的行走距離

38、。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。控制監(jiān)視系統(tǒng)通過與plc的通信，將電動(dòng)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)行時(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)。 圖4.1礦井提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)框圖4.3提升機(jī)電控系統(tǒng)變頻器選擇本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：日本三菱公司的可編程控制器fx2n-80mr和變頻器各一臺(tái)。變頻器選用森蘭公司的通用變頻器系列sb61g110kw通用變頻器，功率為110kw。根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由plc輸出的模擬量，即電壓或電流信號(hào)來控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度控制。本系統(tǒng)中調(diào)速采

39、用plc+d/a模塊配合變頻器進(jìn)行，通過plc輸出電壓信號(hào)(010v)來控制變頻器的頻率。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。為了便于監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)取出變頻器的異常信號(hào)送到plc的輸入模塊，以作為變頻器的事故報(bào)警信號(hào)及安全制動(dòng)。為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動(dòng)力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過載能力等方面滿足系統(tǒng)的要求，選用冶金起重專用變頻電動(dòng)機(jī)。變頻電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)既考慮了對變頻器電源供電和寬范圍變頻調(diào)速的適應(yīng)能力，又體現(xiàn)了冶金及起重專用三相異步電動(dòng)機(jī)過載能力大、機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)。與變頻調(diào)速良好的起、制動(dòng)功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時(shí)間或斷續(xù)

40、周期運(yùn)行、頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的場合，既能保證電動(dòng)機(jī)在高頻時(shí)的過載能力，又能在低頻時(shí)保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。4.4變頻控制部分設(shè)計(jì)4.4.1變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速單元采用森蘭sb61系列sb61g110kw通用變頻器，其變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖4.2所示。與標(biāo)準(zhǔn)的電壓頻率控制裝置相比較，在速度參數(shù)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩都改變的情況下，vvcplus的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性較優(yōu)越，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)全數(shù)字化的保護(hù)，即使在最惡劣的操作條件下，也可確?？煽窟\(yùn)行。sb61g110kw具有國際領(lǐng)先的無速度傳感器矢量控制技術(shù)和擬超導(dǎo)技術(shù)，使電機(jī)低速時(shí)機(jī)械特性變硬。同時(shí)具有短路、接地和過載保護(hù)功能。圖4.2 sb61g110電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路

41、調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能和原理：空氣斷路器：過流過載保護(hù)；交流接觸器：切斷電源和啟動(dòng)；交流電抗器la：降低諧波，抑制浪涌電壓，改善功率因數(shù)；噪聲濾波lb：減小變頻器產(chǎn)生的無線電干擾；電抗器la：用于抑制變頻器的輻射干擾和感應(yīng)干擾，抑制電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)熱繼電器fr：斷相保護(hù)，過載保護(hù)；1、提升電動(dòng)機(jī)選擇一般電動(dòng)機(jī)的額定電流可以用如下公式計(jì)算，即： 根據(jù)上述公式對一般三相交流異步電動(dòng)機(jī)的額定電流計(jì)算得出：異步電動(dòng)機(jī)的額定電流與電動(dòng)機(jī)額定功率的關(guān)系為：如果u380v，電流大約為1kw是2a。因此在選擇電動(dòng)機(jī)的保護(hù)元件時(shí)可以用1kw2a來估算電動(dòng)機(jī)的額定電流值，從而達(dá)到快速選擇保護(hù)元件的目的。本調(diào)

42、速系統(tǒng)所選電動(dòng)機(jī)為：qabp系列三相異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。此系列的電機(jī)屬于防爆電機(jī)，防爆電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別是運(yùn)行時(shí)沒有火花產(chǎn)生，適合礦井的應(yīng)用場合。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表4.1所示：表4.1 8極電機(jī)技術(shù)參數(shù)（50hz同步轉(zhuǎn)速750r/min）型號(hào)標(biāo)稱功率/a額定電流/a額定轉(zhuǎn)矩/nm額定轉(zhuǎn)速（r/min）功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 倍轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kg315m8a751489557410.833.04.9591 2、變頻器的容量選擇在一臺(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變頻器的額定電流大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者是變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率大于當(dāng)前該電動(dòng)機(jī)的功率。另外礦用提升機(jī)屬于頻繁起

43、動(dòng)、加減速運(yùn)轉(zhuǎn)，其變頻器容量的選定應(yīng)根據(jù)加速、恒速、減速等各種運(yùn)行狀態(tài)下的電流值，按下式確定：式中：變頻器額定輸出電流(a)； ：各運(yùn)行狀態(tài)平均電流(a)；：各運(yùn)行狀態(tài)下的時(shí)間；k0：安全系數(shù)(運(yùn)行頻繁時(shí)取1.2，其它條件下為1.1)?？紤]到礦用電機(jī)性能上的差異及機(jī)械負(fù)載的波動(dòng)，變頻器容量取電動(dòng)機(jī)容量的1.4倍，本系統(tǒng)中所需電動(dòng)機(jī)的軸上功率為75kw，按1.4倍容量就選擇105kw以上變頻器。3、變頻器的選擇絞車升降的運(yùn)轉(zhuǎn)具有較大慣性，四象限運(yùn)行的特點(diǎn)，與其他傳動(dòng)機(jī)械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求，sb61g系列通用變頻器是專為起重類負(fù)載而設(shè)計(jì)的專用變頻器，該系列產(chǎn)品采用了最優(yōu)的

44、電機(jī)控制方法矢量控制技術(shù)，它可以對所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。其對負(fù)載的變化和瞬時(shí)掉電，能做出迅速響應(yīng)；開環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（誤差0.1%0.5%），開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時(shí)間小于5 ms，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%，并具有有效的磁通制動(dòng)來提供最大可能的制動(dòng)力矩。尤其它還提供了絞車應(yīng)用宏程序，可以實(shí)現(xiàn)絞車過載保護(hù)、過卷保護(hù)、超速保護(hù)和各種故障監(jiān)控及報(bào)警，模塊化功能可方便實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場多臺(tái)絞車同步控制，確保使用時(shí)安全快速運(yùn)行、故障處理容易、維護(hù)簡單。根據(jù)變頻器所需容量，查變頻器型號(hào)規(guī)格：選擇森蘭sb61g110kw通用型變頻器。其標(biāo)稱參數(shù)如表4.2所

45、示：表4.2森蘭sb61g110kw通用型變頻器的參數(shù)型號(hào)電壓容量電流功率sb61g110kw400v138.0kva210.0a110kw4.4.2變頻器外部電路設(shè)計(jì)圖4.3變頻器外部接線電路變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報(bào)警輸出口及制動(dòng)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報(bào)警器和安全制動(dòng)，更有效的對控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，外部電路連接如圖4.3所示。 聲光報(bào)警回路(1)、變頻器報(bào)警輸出的動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)“30b-30c”串聯(lián)在km1的線圈電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時(shí)，發(fā)出報(bào)警；同是報(bào)警輸出的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使km1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。為了保護(hù)

46、報(bào)警輸出的觸點(diǎn)，在接觸器的線圈兩端，并聯(lián)阻容吸收電路（即rc震蕩電路）。(2)、聲光報(bào)警電路由報(bào)警輸出的動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)“30b-30a”控制，當(dāng)變頻器跳閘時(shí)，觸點(diǎn)“30b-30a”閉合，將報(bào)警指示燈hl和電笛ha接通，進(jìn)行聲光報(bào)警。另外如果其他設(shè)備出現(xiàn)故障，經(jīng)plc檢測出來后，繼電器k4動(dòng)作，報(bào)警回路接通同樣也有聲光報(bào)警。與此同時(shí)，斷電器ka1得電，其觸點(diǎn)將聲光報(bào)警電路自鎖，使變頻器斷電后，聲光報(bào)警能持續(xù)下去，直到工作人員按下st1為止，報(bào)警才能解除。另外繼電器線圈和電笛線圈的兩端，也需要并聯(lián)阻容吸收電路，以保護(hù)變頻器內(nèi)部報(bào)警繼電器觸點(diǎn)。一、能耗制動(dòng)電路的作用以及構(gòu)成在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)

47、的降速和停機(jī)，是通過逐漸減小頻率來實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)：1、電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)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，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。從電動(dòng)機(jī)的角度來看，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)如圖3.2所示與逆變管反并聯(lián)的續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，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電能，但電容上仍有短時(shí)間的電荷堆積，形成“泵生電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部

48、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)速下降時(shí)減少的動(dòng)能，由電動(dòng)機(jī)“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。歸根結(jié)底，是通過消耗能量而獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的，屬于能耗制動(dòng)狀態(tài)。用于消耗電動(dòng)機(jī)再生電能的電路，就是能耗制動(dòng)電路。圖4.4如圖4.4所示，上下兩根為圖變頻器內(nèi)部的直流母線，當(dāng)電機(jī)處于減速狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)處于發(fā)電的狀態(tài)。制動(dòng)單元用于采集直流母線上的電壓有多大，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，制動(dòng)單元內(nèi)部的大功率晶閘管導(dǎo)通，通過制動(dòng)電阻進(jìn)行放電，避免直流母線上電壓過高而損壞變頻器。當(dāng)變頻器的功率

49、大于22kw時(shí)，變頻器就要使用外置的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。本次設(shè)計(jì)選用變頻器功率為110kw，所以需要外置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。通過變頻器手冊我們可以查詢到當(dāng)使用的電機(jī)為75kw時(shí)，需要的制動(dòng)電阻為3個(gè)20歐姆的電阻串聯(lián)，電阻的功率為18kw。能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：制作簡單，對電網(wǎng)污染小；缺點(diǎn)是：電能浪費(fèi)，使制動(dòng)電阻周圍環(huán)境溫度升高。二、直流制動(dòng)單元能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)配合使用能達(dá)到理想的制動(dòng)效果。(1)直流制動(dòng)原理：所謂直流制動(dòng)，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)。具體操作是，將電機(jī)與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)通入直流電流，定子磁場是靜止的。這時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的

50、電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈，從而可縮短停機(jī)時(shí)間。此外，直流磁場本身具有吸住轉(zhuǎn)子的作用，可以有效地消除轉(zhuǎn)子的蠕動(dòng)。直流制動(dòng)的應(yīng)用：一是準(zhǔn)確停車控制；二是對啟動(dòng)前的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動(dòng)控制。(2)直流制動(dòng)功能預(yù)置a、直流制動(dòng)的起始頻率，通常直流制動(dòng)都是和再生制動(dòng)配合使用的。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)對應(yīng)的頻率即為直流制動(dòng)的起始頻率，如圖所示4.5。預(yù)置起始頻率的主要依據(jù)是負(fù)載對制動(dòng)時(shí)間的要求，要求制動(dòng)時(shí)間越短，則起始頻率應(yīng)越高。b、直流制動(dòng)強(qiáng)度即預(yù)置在定子繞

51、組上施加直流電壓或直流電流的大小，它決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度，如圖4.5所示。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)越大。一般情況下，直流電壓以不超過50 v為宜。(3)直流制動(dòng)時(shí)間即施加直流制動(dòng)時(shí)間的長短。預(yù)置直流制動(dòng)時(shí)間的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，應(yīng)適當(dāng)長一些。直流制動(dòng)功能預(yù)置參數(shù)f403、f404、f405設(shè)置。圖4.5直流制動(dòng)功能預(yù)置三、變頻器與旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器與電機(jī)的軸相連，可以直接測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器和電動(dòng)機(jī)之間通過l#軸編碼器引入了速度閉環(huán),從而使得變頻器工作于閉環(huán)編碼器

52、反饋矢量控制方式,該控制方式的優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)零速時(shí)仍然具有額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載能力；速度控制的精度更高；速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能得到改善。通過測量的電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的相比較構(gòu)成閉環(huán)回路，增強(qiáng)速度的控制精度。旋轉(zhuǎn)編碼器通過pg卡與變頻器連接。4.5 plc控制部分設(shè)計(jì)4.5.1基本控制功能plc是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，其主要控制電路如圖附錄所示，本次設(shè)計(jì)采用三菱fx2n-80mr,主要的控制功能有如下幾項(xiàng)：主令操作控制、保護(hù)監(jiān)視控制。主令操作控制，對系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)與操作臺(tái)之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運(yùn)行，運(yùn)行方式

53、可分為啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。plc根據(jù)運(yùn)行方式對變頻器實(shí)現(xiàn)s形速度給定控制，實(shí)現(xiàn)箕斗運(yùn)行速度的準(zhǔn)s形曲線。plc還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實(shí)時(shí)速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時(shí)，通過報(bào)警回路報(bào)警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。另外對于plc的模擬量輸入輸出模塊，本次設(shè)計(jì)中選用fx2n-4da模塊進(jìn)行模擬量的處理。本次設(shè)計(jì)中需要采集的模擬量有用于閘瓦部分的電容式位移傳感器，和用來給定變頻器模擬量輸入，用來控制電機(jī)的速度。一、起動(dòng)，停車 多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運(yùn)行功能，所以應(yīng)對控制系統(tǒng)

54、加入保護(hù)功能。當(dāng)需要開機(jī)運(yùn)行時(shí)，按下起動(dòng)按鈕sb1，其輸出接觸器km1線圈通電，接觸器km1主觸頭閉合，將三相ac380v動(dòng)力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減速停車，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械抱閘制動(dòng)后，可以將變頻器與動(dòng)力電源脫開，按下停止按鈕sb2，使接觸器km1的線圈失電，其主觸頭斷開，變頻器便與動(dòng)力電源脫開。由于電機(jī)的功率過大，直接啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)沖擊較大，所以啟動(dòng)時(shí)選用軟啟動(dòng)方式。所謂軟啟動(dòng)就是電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機(jī)啟動(dòng)的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。二、上提升，下放在控制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器k1的常閉輔助觸點(diǎn)控制反轉(zhuǎn)繼電器k2的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器k2的常閉輔助觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器k1

55、的線圈。從而達(dá)到互鎖作用。其動(dòng)作過程如：當(dāng)要下放工人到井下時(shí)，按下下降按鈕，繼電器k2吸合，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。此時(shí)變頻器rev與cm端相連，電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物。同時(shí)斷開繼電器k1回路，形成下降閉鎖；當(dāng)按下上升按鈕時(shí)，k2吸合，斷開k1回路，形成上升閉鎖。此時(shí)fwd與cm相連，電機(jī)正轉(zhuǎn)上提煤車。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，所有繼電器復(fù)位，為下一次提升做準(zhǔn)備。三、工頻與變頻轉(zhuǎn)換工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運(yùn)行或變頻出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行自由切換。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運(yùn)行。此時(shí)接觸器km2得電，km3失電，連接電機(jī)與三相動(dòng)力電源的km3主觸頭斷開，變頻器接入調(diào)速回路，并接受操作臺(tái)控制信號(hào)及plc反

56、饋信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，按下工頻開關(guān)，使km2斷開，km3閉合，電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)。這樣便于檢修和故障排除。四、保護(hù)及連鎖功能(1)上過卷、下過卷保護(hù)：在離井口安全處和離井底一定距離處分別裝上位置傳感器，作為plc的接收信號(hào)。對于過卷保護(hù)，安裝傳感器時(shí)采用兩級(jí)保護(hù)，當(dāng)剛越過安全線時(shí)，傳感器動(dòng)作，同時(shí)plc控制安全回路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對提升系統(tǒng)的保護(hù)，并伴隨有聲光報(bào)警，引起人們的警覺與注意。當(dāng)深指過卷傳感器動(dòng)作時(shí)，聲光報(bào)警加強(qiáng)，工作人員進(jìn)行手動(dòng)的抱閘停車。(2)松繩保護(hù)：用一根細(xì)絲和一個(gè)常開型開關(guān)，在鋼絲繩下放一定距離垂直鋼絲繩方向處架起，當(dāng)?shù)V車在緩道上行走，而電機(jī)下放速度過快時(shí)，就會(huì)出再松繩現(xiàn)象。此時(shí)，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時(shí)聲光報(bào)警，顯示屏上顯