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1、基于PLLC的矿矿井提升升机变频频调速控控制系统统设计 摘 要 本文针针对提升升机控制制系统中中存在的的上述问问题，把把可编程程序控制制器和变变频器应应用于提提升机控控制系统统上，并并在可行行性方面面进行了了较深入入的研究究。根据据提升机机的运行行特点，控控制系统统采用工工控机监监控提升升机变频频调速系系统， PLCC控制系系统、变变频调速速系统等等组成。为为了提高高系统的的可靠性性，对提提升机各各种物理理量及控控制单元元进行控控制监控控。提升升机的动动态监测测由工控控机或触触摸屏和和组态软软件组成成。用户户在组态态环境中中完成动动画设计计、设备备连接、编编写控制制流程和和工程所所需要的的信息
2、报报表以及及结果打打印等。主主控系统统采用PPLC系系统，硬硬件简洁洁、软件件灵活性性强、调调试方便便、维护护量小，配配合一些些专用电电子模块块组成的的提升机机控制设设备，可可供控制制高压带带动动力力制动或或低频制制动等。同同时能检检测各电电机故障障现象并并送往上上位机显显示。减减少了传传统继电电器接触触式控制制系统的的中间环环节，减减少了硬硬件和控控制线，极极大提高高了系统统的稳定定性，可可靠性。关键词：矿用提提升机；变频调调速；矢矢量控制制；可编编程控制制器The Freeoueencyy Coonveersiion Usee onn Thhe SSpeeed AAdjuustmmentt
3、 off Shhaftt Hooistt onn Thhe BBasiis oof PPLC ConntroolABSTTRACCTEElevvatoor CConttroll Syysteem IIn tthiss paaperr, tthe aboove proobleems exiist in thee PLLC aand freequeencyy coonveerteer uusedd inn ellevaatorr coontrrol sysstemm, aand forr a morre iin-ddeptth ffeassibiilitty sstuddy. Acccorddin
4、gg too thhe ooperratiion of hoiist feaaturres, thhe cconttroll syysteem IIPC VVVVF eelevvatoor cconttroll syysteem, PLCC coontrrol sysstemms, freequeencyy coontrrol sysstemm coompoonennts. Inn orrderr too immproove sysstemm reeliaabillityy, aand varriouus pphyssicaal qquanntittiess onn thhe eelevvat
5、oor cconttroll unnit to conntrool mmoniitorringg. DDynaamicc moonittoriing of eleevattor or thee toouchh sccreeen bby IIPC andd coonfiigurratiion sofftwaare. Usser envviroonmeent, coomplletee thhe aanimmatiion in thee coonfiigurratiion dessignn, eequiipmeent connnecctioons, coontrrol floow aand proo
6、jecct pprepparaatioon oof tthe reqquirred infformmatiion staatemmentts, andd thhe rresuultss off prrinttingg. MMastter conntrool ssysttem usees PPLC sysstemms, harrdwaare simmpliicitty, thee sooftwwaree fllexiibillityy annd eeasyy coommiissiioniing andd maainttenaancee off smmalll, sspecciallizeed e
7、elecctroonicc moodulles witth aa nuumbeer oof tthe eleevattor conntrool eequiipmeent, drrivee dyynammic braakinng ffor conntrool oof hhighh prresssuree orr loow-ffreqquenncy braakinng. Whiile thee mootorr syympttomss caan bbe ddeteecteed aand sennt tto tthe hosst ccompputeer ddispplayy. RRelaay ccon
8、ttactt too reeducce tthe traadittionnal conntrool ssysttem of thee innterrmeddiatte llinkks, redduciing harrdwaare andd coontrrol linnes, whhichh grreattly impprovves sysstemm sttabiilitty aand relliabbiliity. KEY WORRDS:：Shaaft hoiist；Freequeencyy coonveersiion；Vecctorr coontrrol；PLCC目录前言11第1章绪绪论21
9、.1课课题概述述21.2国国内外矿矿井提升升机的发发展状况况21.2.1国外外矿井提提升机的的现状221.2.2国内内提升机机的现状状与发展展趋向661.3 本文内内容及研研究的意意义71.3.1研究究内容771.3.2 研研究意义义8第2章矿矿井提升升机调速速系统的的设计992.1 矿井提提升机对对控制系系统的要要求92.2 提升机机调速控控制系统统方案设设计1112.2.1 控控制单元元基本原原理1112.2.2 调调速装置置132.2.3 主主控系统统设计115第3章变变频调速速系统的的设计1183.1变变频调速速的发展展及在提提升机系系统中的的应用1183.2 变频调调速基本本原理22
10、03.3 变频器器的选择择213.3.1变频频器的选选型2113.3.2 变变频器容容量的选选择2223.3.3 变变频器主主电路设设计及参参数设定定23第4章PPLC在在提升机机变频控控制系统统中的应应用2664.1 PLCC概述2664.2 本系统统中PLLC的选选型及特特点2774.3 PLCC控制系系统设计计274.3.1 PPLC的的I/O分配配284.3.2 PPLC接接线图333第5章PPLC控控制程序序设计3345.1 PLCC软件概概述及提提升机PPLC控控制要求求345.2 程序设设计3555.3系系统抗干干扰措施施40结论442谢辞433参考文献献44附录446外文资料料
11、翻译447前言在煤炭生生产中提提升机担担负着提提升煤炭炭、岩石石、下放放材料、升升降人员员和设备备的任务务，是联联系井上上与井下下的唯一一途径，素素有矿井井“咽喉”之称。提提升机的的电力传传动特性性复杂，电电动机频频繁正反反向，经经常处于于过负荷荷运转和和电动、制制动不断断地转换换的状态态中。对对提升机机来说，运运行的安安全、可可靠性是是至关重重要的，主主井直接接关系到到矿山的的生产效效率，作作为运送送人员的的副井，一一旦发生生故障，往往往造成成机毁人人亡。提提升机运运行的安安全可靠靠性不仅仅直接影影响整个个矿井的的生产能能力，影影响整个个矿山的的经济效效益，而而且还涉涉及到井井下工作作人员的
12、的生命安安全。因因此，研研制并制制造既安安全可靠靠又节省省能源的的提升机机是煤矿矿安全生生产的一一项重要要课题。就计算机机技术在在工业现现场应用用情况而而言，可可编程控控制器（PPLC）是是目前作作为工业业控制最最理想的的机型，它它是采用用计算机机技术、按按照事先先编好并并储存在在计算机机内部一一段程序序来完成成设备的的操作控控制。采采用PLLC控制制，硬件件简洁、软软件灵活活性强、调调试方便便、维护护量小，PPLC技技术己经经广泛应应用于各各种提升升机控制制，配合合一些提提升机专专用电子子模块组组成的提提升机控控制设备备，可供供控制高高压带动动力制动动或低频频制动，单单、双机机拖动等等。操作
13、作、监控控和安全全保护系系统选用用可编程程控制器器。主控控计算机机应用软软件能完完成提升升机自动动、半自自动、手手动等各各种运动动方式的的控制要要求。在广泛考考察现行行的变频频调速方方案后，本本文提升升机系统统控制单单元采用用目前工工控适用用的可编编程控制制器来控控制，具具有编程程简单和和控制可可靠性高高的优点点；电力力拖动系系统中，选选用先进进的变频频传动装装置，运运用先进进的矢量量控制技技术，优优化了调调速系统统的性能能，这一一控制方方法目前前仍为现现代交流流调速的的重要研研究方向向之一。采采用先进进的工业业计算机机、现场场总线和和工业自自动化技技术，按按照结构构标准化化、产品品系列化化、
14、性能能现代化化、体积积小型化化的原则则，研制制生产适适合矿井井提升机机电控设设备是进进行技术术改造和和新建矿矿井设备备选型的的理想选选择。第1章绪绪 论1.1课课题概述述矿井提升升机是机机、电、液液一体化化的大型型机械，广广泛用于于煤炭、有有色金属属、黑色色金属、非非金属、化化工等矿矿山的竖竖井、斜斜井，是是生产运运输的主主要工具具。在煤煤炭生产产中提升升机担负负着提升升煤炭、矸矸石、下下放材料料、升降降人员和和设备的的任务，是是联系井井上与井井下的唯唯一途径径，素有有矿井咽咽喉之称称。提升升机的电电力传动动特性复复杂，电电动机频频繁正反反向，经经常处于于负荷运运转和电电动、制制动不断断地转换
15、换的状态态中。对对应提升升机来说说运行的的安全可可靠是至至关重要要的，主主井直接接关系到到矿山的的生产效效率，作作为运送送人员的的副井，一一旦发生生故障往往往造成成机毁人人亡。提提升机运运行的安安全可靠靠性不仅仅直接影影响整个个矿井的的生产能能力，影影响整个个矿山的的经济效效益，而而且还涉涉及到井井下工作作人员的的生命安安全。因因此，研研制并制制造即安安全可靠靠又节省省能源的的提升机机是煤炭炭安全生生产的一一项重要要课题。1.2国国内外矿矿井提升升机的发发展状况况矿井提升升装置是是采矿业业的重要要设备，随随着科学学技术的的进步和和矿井生生产现代代化要求求的不断断提高，人人们对提提升机工工作特性
16、性的认识识进一步步深化，提提升设备备及拖动动控制系系统也逐逐步趋于于完善，各各种新技技术、新新工艺逐逐步应用用于矿井井提升设设备中。特特别是模模拟技术术、微电电子技术术、微电电脑技术术在提升升机控制制中的应应用已成成为必然然的发展展方向。1.2.1国外外矿井提提升机的的现状(1) 晶闸管管-电动动机(SCR-D)直直流低速速直联拖拖动系统统部分发达达国家原原有的交交流提升升机已基基本上被被晶闸管管-电动动机(以下简简称SCR-D)所取取代。如如德国、瑞瑞典等国国家己有有90%以上采采用直流流提升机机，传动动系统大大都采用用低速直直联式(省去减减速机)，使系系统大为为简化。如如AEGG公司采采用
17、低速速直联的的SCRR-D系统，电电机功率率30000kww，额定定转速555.88r/mmin，滚滚筒直径径6.5m，提人人速度117m/s，提提物速度度20m/s，提提升高度度12000m，具具有完善善的保护护系统;采用磁磁场反并并联，有有平波电电抗器及及卧式深深度发送送装置;采用积积分给定定与行程程给定相相结合的的双重给给定信号号;主回路路采用两两组三相相桥组成成12脉动动顺抗整整流，大大大提高高了功率率因数。SSIEMMENSS(西门子子)公司、AABB公公司、CCEOELEEC公司司以及AASEAA公司等等都有相相同类型型的产品品，其性性：能大同同小异。此此类系统统的优点点在于:体积
18、小小，重量量轻，占占地面积积小，安安装方便便，建筑筑费用低低;无减速速器，总总效率高高，电能能消耗少少;维护工工作量小小，备件件少，处处理事故故快;单机容容量大，适适用范围围广;调速平平滑，精精度高;易于实实现最佳佳控制和和自动化化，安全全可靠;节电显显著，55-8年可回回收设备备投资，是是矿井节节电的有有效途径径。其缺缺点在于于:功率因因数低，如如三相桥桥平均功功率因数数只有00.45左右右;无功冲冲击大，高高次谐波波对电网网影响大大。这些些缺点可可采用顺顺序控制制和多脉脉冲整流流的方法法以及在在电网上上加谐波波滤波器器等措施施使其抑抑制在一一定的允允许范围围内。(2) 交流变变频调速速同步
19、机机驱动提提升系统统SCR-D直流拖拖动系统统趋于成成熟，且且采用了了顺控技技术等措措施来提提高功率率因数，但但其功率率因数仍仍然较低低，从而而从电网网吸收大大量的无无功功率率，且对对电网品品质因数数产生严严重的影影响，提提升容量量越大，问问题越突突出。再再则，直直流电机机制造成成本高，电电枢回路路的整流流子限制制了提升升容量的的进一步步增加，且且整流子子，碳刷刷易磨损损，加大大了维护护工作量量，故障障率高。因因此换相相整流子子是个薄薄弱环节节。由于于存在上上述两个个问题，迫迫使人们们又重新新考虑交交流拖动动方式。自自80年代代初以来来，交流流变频供供电的同同步机拖拖动异军军突起，在在大型提提
20、升机中中发展成成为技术术、经济济均优的的拖动方方式。如如SIEEMENNS公司司19779年投投运的2242000kww、l26550kww，额定定转速555.88r/mmin;CEGGELEEC公司司19883年投投运的ll5488OkWW，额定定转速669.5r/mmin;AEGG公司19985年年投l30OO0kWW，额定定转速555.88r/mmin，ABBB公司投投运的ll42000kWW额定转转速455.86rr/minn;SIIEMAAG公司司投运的的2x446O00kW等等变频调调速同步步机拖动动的提升升机，经经过多年年的运行行，均获获得成功功。这种种拖动系系统主要要有如下下优
21、点:a 提提升容量量几乎不不受限制制，最大大可达ll00000kw，提提升速度度可达220m/s以以上，提提升高度度12000m以上，滚滚筒直径径达6.5m，这是是直流系系统难以以达到的的;b 没没有整流流子和碳碳刷这一一薄弱环环节，保保证了电电机的可可靠运行行和降低低了运行行消耗;c 功功率因数数高，可可达住00.91，极大大地节省省了电能能;d 动动态品质质好(和直流流系统相相同)，系统统可在四四象限平平滑过渡渡和无级级调速;e 由由于机械械特性好好，故起起动转矩矩大;ff 同步步机的价价格和有有色金属属的消耗耗低于直直流机;g 调调速范围围宽。因因此，多多数专家家认为，变变频同步步机拖动
22、动调速系系统是大大型提升升机拖动动的必然然发展方方向。这这种拖动动系统的的缺点是是:a 必必须有专专用的变变频电源源;b 在在恒转矩矩调速时时，低速速段电机机的过载载倍数有有所降低低;c 高高次谐波波对电网网有影响响，需在在电网上上加滤波波器等补补偿措施施加以缓缓解。(3)微微机控制制在提升升机上的的应用从70年年代开始始，随着着微机技技术的发发展，微微机控制制技术己己逐步应应用于矿矿井提升升机中。目目前，国国外己达达到相当当成熟的的阶段，使使整个拖拖动控制制产生一一次重大大的变革革。其应应用主要要体现在在以下几几方面: 1)提升工工艺过程程微机控控制在交流变变频装置置中，提提升工艺艺过程大大
23、都采用用微机控控制。由由于微机机功能强强，使用用灵活，运运算速度度快，监监视显示示易于实实现，并并具有诊诊断功能能，这是是采用模模拟控制制无法实实现的。如如AEGG公司采采用CPP-80微机机、ABBB公司司采用MMASTERR-2000和SIEEMENNS公司司采用SS5-1500等微机机实现的的变频控控制，都都获得了了相当成成功。它它们把控控制、监监视、基基准值预预测以及及模拟控控制等组组合在公公共的微微机控制制总线上上组成静静止变流流器的传传动控制制，计算算机实现现速度及及多个变变量的调调节。2) 提提升行程程控制提升机的的控制从从本质上上说是一一个位置置控制，要要保证提提升罐笼笼在预定
24、定地点准准确停车车，要求求准确度度高，目目前可达达2cm。采采用微机机控制，可可通过采采集各种种传感信信号，如如转角脉脉冲变换换、钢丝丝绳打滑滑、井筒筒位置、滚滚筒及钢钢丝绳磨磨损等信信号进行行处理，计计算出罐罐笼准确确的位置置而施以以控制和和保护。在在罐笼提提升时可可实现无无爬行提提升，大大大提高高了提升升能力。如如AEGG、ABBB、SIEEMENNS等公公司已采采用位微微机来构构成行程程给定器器，并还还提供性性能不尽尽相同的的机械行行程控制制器口。一一般过程程控制用用微机不不同时用用于监视视，行程程控制也也采用单单独微机机完成，从从而大大大提高了了系统的的可靠性性。3) 提提升过程程监视
25、由于近代代提升机机控制系系统的设设计特别别强调安安全可靠靠性，所所以提升升过程监监视与安安全回路路一样，是是现代提提升机控控制的重重要环节节。提升升过程采采用微机机主要完完成如下下参数的的监视:a 提提升过程程中各工工况参数数(如速度度、电流流)监视;b 各各主要设设备运行行状态监监视;c 各各传感器器(如位置置开关、停停车开关关)信号的的监视。其其目的在在于使各各种故障障在出现现之前就就得以处处理，防防止事故故的发生生，并对对各被监监视参数数进行存存贮、保保留或打打印输出出，甚至至与上位位机联网网，合并并于矿井井监测系系统中。4) 安安全回路路安全回路路旨在出出现机械械、电气气故障时时控制提
26、提升机进进入安全全保护状状态。为为确保人人员和设设备的安安全，对对不同故故障一般般采用不不同的处处理方法法，大致致分为以以下四种种情况:a 报报警显示示，如冷冷却器温温度过高高等;b 二二次不能能开车，如如电机绕绕组过热热、制动动油过热热等;c 立立即进行行电气制制动，如如停车终终点设备备出现故故障时本本次提升升应尽快快停下来来;d 立立即进行行安全制制动，如如过卷、超超速等。安安全回路路极为重重要，它它是保护护的最后后环节之之一，英英、德等等公司都都采用两两台PCC微机构构成安全全回路，使使安全回回路具完完善的故故障监视视功能。无无论是提提升机还还是安全全回路本本身出现现故障时时都能准准确地
27、实实施安全全制动。5) 制制动系统统的控制制与监视视制动(可可调闸)控制系系统除要要可靠地地完成工工作制动动和安全全制动外外，还要要完成对对液压站站的控制制以及各各环节参参数(如油压压、闸瓦瓦磨损等等)的监视视，其技技术要求求与安全全回路相相似。如如西门子子公司采采用两套套可编程程序控制制器(PPLC)的双重重控制与与保护系系统。6) 全全数字化化调速控控制系统统德国AEEG公司司的Loogiddyn D(332位机机)、西门门子公司司的SiiemaadynnD(116位机机)以及ABBB公司司的Tyyrakk(166位机)系统都都己应用用于提升升机上。全全数字化化系统具具有硬件件结构单单一，
28、参参数稳定定且调整整方便，可可方便地地与上位位机联网网等优点点。当然然此类系系统要求求维护人人员有更更高的技技术水平平和计算算机知识识。7) 内内装式提提升机AEG公公司生产产的内装装式提升升机，将将提升主主电机与与滚筒合合为一体体，即转转子固定定，转动动的定子子充当滚滚筒，使使机构大大为简化化，占地地面积小小，制造造成本低低。1.2.2国内内提升机机的现状状与发展展趋向(1) 交流拖拖动方式式目前我国国提升机机约700%采用串串电阻调调速的交交流拖动动方式。有有单绳和和多绳两两种系列列，大都都采用改改变转差差率s的的调速方方法，在在调速中中产生大大量的转转差功率率，使大大量电能能消耗在在转子
29、附附加电阻阻上，导导致调速速的经济济性变差差。极少少数提升升机采用用串级调调速方法法，其调调速范围围窄，且且投资大大。(2)直直流拖动动方式我国提升升机采用用直流拖拖动有两两种系统统:直流发发电机一一直流电电动机机机和晶闸闸管一直直流电动动机系统统。其生生产和使使用情况况如下:国内研制制大型直直流提升升机主要要有三大大厂家:a 上上海电机机厂主要要生产配配套电机机，已生生产低速速直流电电机800多台，最最大容量量57775kww，额定定转速55Or/minn，其中中长广煤煤矿及五五村煤矿矿的提升升机为1100OOkW、48rr/miin，淮淮南潘三三矿采用用一台226O00kW低低速直联联电机
30、;b 上上海冶金金矿山机机械厂主主要生产产主机及及信号系系统，已已生产880 多多台提升升机，119799 年生生产过一一台低速速直联落落地式提提升机;c 北北京整流流器厂主主要生产产配套电电控，已已从瑞士士BBCC公司和和瑞典AASEAA公司引引进了晶晶闸管电电控整机机系统及及元件生生产线，直直流电控控容量可可达70000kkW;还引进进了交流流变频调调速(交一直直一交)电控生生产线，可可生产单单机42200kkW变频频调速电电控设备备;19986年年向甘肃肃金川矿矿提供了了一套带带微机控控制的8800kkW直流流电控设设备。 从国外外引进的的晶闸管管供电的的直流提提升机220多套套，其中中
31、AEGG公司221O00kW低低速直联联6套、西西门子公公司低速速直联44套、瑞瑞典ASSEA公公司9套。另另外，还还正在引引进计算算机控制制的低速速直联电电控系统统。(3) 研制与与发展国产大型型直流提提升机及及电控系系统正在在逐步完完善和推推广使用用。大功功率变频频调速电电控提升升机其效效率可达达89%，国内内正在组组织研究究这种系系统，不不少院校校和研究究单位都都在着手手研制。如如天津电电气传动动研究所所己研制制了一台台3000kw的的变频调调速装置置。可编编程序控控制器在在提升机机电控系系统的应应用可编编程序控控制器具具有可靠靠性高、抗抗干扰能能力强、实实现继电电逻辑容容易，基基本免于
32、于维护等等独特优优点，特特别适用用于对我我国占大大部分的的交流提提升机继继电-接接触器电电控系统统进行技技术改造造;因此有有不少单单位都在在着手研研制，如如焦作矿矿务局，韩韩城矿务务局均用用可编程程序控制制器对TTKD电电控系统统进行改改造，已已投入正正常运行行和使用用，已经经显示出出了很强强的生命命力。这这是今后后一段时时期乃至至凡十年年对我国国占绝大大多数采采用继电电控制的的交流提提升系统统进行技技术改造造的必由由之路。1.3 本文内内容及研研究的意意义1.3.1 研研究内容容当前国内内提升机机电控绝绝大多数数还是转转子回路路串电阻阻分段控控制的交交流绕线线式电机机继电器器接触器器系统，设
33、设备陈旧旧、技术术落后。而而且这种种控制方方式存在在着很多多的问题题:(1) 转子回回路串接接电阻，消消耗电能能，造成成能源浪浪费。(2) 电阻分分级切换换，为有有级调速速，设备备运行不不平稳，容容易引起起电气及及机械冲冲击。(3) 继电器器、接触触器频繁繁动作，电电弧烧蚀蚀触点，影影响接触触器使用用寿命，维维修成本本较高。(4) 交流绕绕线异步步电动机机的滑环环存在接接触不良良问题，容容易引起起设备事事故。(5) 电动机机依靠转转子电阻阻获得的的低速，其其运行特特性较软软。(6) 提升容容器通过过给定的的减速点点时，由由于负载载的不同同，而将将得到不不同的减减速度，不不能达到到稳定的的低速爬
34、爬行，最最后导致致停车位位置不准准，不能能正常装装卸载。上述问题题使提升升机运行行的可靠靠性和安安全性不不能得到到有效的的保障。因因此，需需要研制制更加安安全可靠靠的控制制系统，使使提升机机运行的的可靠性性和安全全性得到到提高。在在提升机机控制系系统中应应用计算算机控制制技术和和变频调调速技术术，对原原有提升升机控制制系统进进行升级级换代。就计算机机技术在在工业现现场应用用情况而而言，可可编程控控制器(PLCC)是目前前作为工工业控制制最理想想的机型型，它是是采用计计算机技技术、按按照事先先编好并并储存在在计算机机内部一一段程序序来完成成设备的的操作控控制。采采用PLC控制制，硬件件简洁、软软
35、件灵活活性强、调调试方便便、维护护量小，PLC 技术已经广泛应用于各种提升机控制，配合一些提升机专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器。主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式的控制要求。1.3.2 研研究意义义在调研中中发现，目目前山西西省各大大煤矿的的矿井提提升机系系统的调调速方案案大多采采用继电电器接触触器控制制的转子子串电阻阻调速。该该方案耗耗能大，占占地面积积大，已已不能适适应现代代矿业发发展的需需要.因此有有必要对对其调速速方案进进行改造造。在广广泛考察察现行
36、的的变频调调速方案案后，本本文提升升机系统统控制单单元采用用目前工工控适用用的可编编程控制制器来控控制，具具有编程程简单和和控制可可靠性高高的优点点:电力拖拖动系统统中，选选用先进进的变频频传动装装置，运运用先进进的矢量量控制技技术，优优化了调调速系统统的性能能，这一一控制方方法目前前仍为现现代交流流调速的的重要研研究方向向之一。采用先进进的工业业计算机机、现场场总线和和工业自自动化技技术，按按照结构构标准化化、产品品系列化化、性能能现代化化、体积积小型化化的原则则，研制制生产适适合矿井井提升机机电控设设备是进进行技术术改造和和新建矿矿井设备备选型的的理想选选择。使使用上位位机监控控系统，采采
37、用组态态模式，实实现良好好的人-机对话话;实时监监控提升升机的运运行状态态，上位位机动态态模拟显显示及故故障闭锁锁:可进行行故障报报警、数数据查询询、报表表打印;记录提提升钩数数以及每每班、每每日、每每月、每每年的提提升量累累计;故障声声光指示示、记忆忆及部分分传感器器上位机机的紧急急处理。为保证提提升设备备无事故故，在提提升设备备有可能能出现故故障的各各个重要要环节上上，设置置双回路路系统，并并在系统统的各个个环节上上设有各各种检测测、控制制、自诊诊断以及及记录和和保护装装置(如负载载、速度度、加减减速、产产量、运运行时间间等记录录)。本文从解解决实际际矿井提提升系统统存在的的问题出出发，对
38、对传统的的调速方方案进行行了控制制方式的的革新和和数字化化改造，降降低了成成本，提提高了控控制精度度，加强强了系统统稳定性性。表明明本文所所提出的的设计方方案具有有实用价价值。适适用、经经济、高高效、可可靠是本本文提升升机系统统设计的的追求目目标。第2章 矿井提提升机调调速系统统的设计计2.1矿矿井提升升机对控控制系统统的要求求提升机控控制系统统方案的的选用应应满足生生产工艺艺的要求求速度图图。所以以需要先先来分析析提升机机电控系系统的静静、动态态特性。提提升机电电气传动动系统的的给定速速度u=f(tt)如图图2-1所示，根根据动力力学方程程式Tdd=Tee-Tii= TTn*ee/3775
39、(2.11)式中中Te-电动机机电动力力矩;Ti-传动系系统的静静阻转矩矩;Tn-传动系系统的飞飞轮力矩矩，Tnn=4ggJ，其其中J为转动动惯量()，g为为重力加加速度TTd-传传动系统统的动态态转矩,e-加加速度。可可以得出出按给定定速度图图所需转转矩Tee=f(t)的特性性，从而而可以得得到拖动动系统所所需的力力F=ff(t)，提升升机传动动系统给给定速度度图、力力图如图图2-1所示。图a图b图c图d图2-11 提升升机传动动系统给给定速度度图、力力图提升机的的负载静静力FLL决定于于提升机机滚筒承承受的静静张力差差，在双双罐笼的的平衡提提升系统统中，静静力凡也也就是提提升物体体的净载载
40、重。由由于提升升系统的的负载为为位势负负载，所所以静力力FL的作用用方向始始终是提提升重物物的重力力方向，而而与系统统的运动动状态和和方向无无关。因因此在电电动机不不带电时时，为了了使重的的罐笼处处于静止止状态(便于罐罐笼的装装卸载)，对滚滚筒必须须施加机机械闸。从图2-1可以看看出，要要使提升升机按照照给定的的速度图图运行，电电动力矩矩Te可可能为正正，也可可能为负负。这意意味着电电动机不不仅要工工作在电电动状态态，还应应能工作作在制动动状态。由由于不同同的负载载，不同同的提升升机运行行阶段，电电动机的的运行状状态也各各不相同同。综合合以上提提升机的的运行特特点以及及矿山生生产固有有的特点点
41、，提升升机工艺艺对提升升机电控控系统的的要求如如下:(1) 加(减)速度符符合国家家有关安安全生产产规程的的规定。提提升人员员时，加加速度aa0.775m/s2，升降降物料时时，加速速度a1.2m/s2,另外外不得超超过提升升机的减减速器所所允许的的动力矩矩。(2) 具有良良好的调调速性能能。要求求速度平平稳，调调速方便便，调速速范围大大，能满满足各种种运行方方式及提提升阶段段(加速、减减速、等等速、爬爬行等)(3) 有较好好的起动动性能。提提升机不不同于其其他机械械，稳定定运行的的要求。不不可能待待系统运运转后再再装加物物料，因因此，必必须能重重载启动动，有较较高的过过载能力力。(4) 特性
42、曲曲线要硬硬。要保保证负载载变化时时，提升升速度基基本上不不受影响响，防止止负载不不同时速速降过大大，影响响系统正正常工作作(当然，当当负载超超过一定定的限度度时，还还要求系系统能有有效的自自我保护护。迅速速安全制制动停车车，即所所谓要具具备挖土土机机械械特性)。(5) 工作方方式转换换容易。要要能够方方便的进进行自动动、半自自动、手手动、验验绳、调调绳等工工作方式式的转换换，操作作方便，控控制灵活活，不至至于因工工作方式式的转换换影响正正常生产产。(6) 采用新新技术和和节能设设备，易易于实现现自动化化控制和和提高整整个系统统的工作作效率。具具备必要要的连锁锁和安全全保护环环节，确确保系统统
43、安全运运行.尽量节节约能源源和降低低运转费费用。2.2 提升机机调速控控制系统统方案设设计2.2.1 控控制单元元基本原原理我国提升升机设备备中，普普遍使用用TKDD系统，这这种控制制系统是是采用继继电器有有触点的的逻辑控控制，以以磁放大大器为核核心组成成模拟量量闭环调调节。在在继电器器控制系系统中，要要完成一一个控制制任务，支支配控制制系统工工作的“程序”是由各各分立元元件(继电器器、接触触器、电电子元件件等)用导线线连接起起来加以以实现的的，这样样的控制制系统称称为接线线程序控控制系统统。在接接线程序序控制系系统中，控控制程序序的修改改必须通通过改变变接线来来实现。几几十年来来，这种种控制
44、系系统由于于受元件件水平的的限制而而存在着着缺陷，突突出表现现在:(1) 使用大大量继电电器、接接触器及及其它分分立电子子元件，系系统体积积大，运运行噪声声大，功功耗高，接接线复杂杂，故障障率高，工工作稳定定性和可可靠性差差，控制制速度慢慢，控制制精度差差，功能能改变难难度大，使使用寿命命短。(2) 在启动动过程中中，由于于罐笼的的实际载载重量不不同，实实际的加加速过程程并非按按照预定定的设计计参数运运行，常常常出现现停车不不准确甚甚至提前前停车现现象。(3) 采用磁磁放大器器做调节节控制，稳稳定性差差，线性性度差，调调速精度度很难保保证。(4) 系统安安全保护护环节不不全面，工工作不可可靠，
45、故故障显示示不直观观，分析析查找故故障难度度大，缺缺乏运行行参数显显示功能能.(5) 调速性性能差，机机械冲击击大，人人员乘车车舒适性性差。这些不足足主要是是因为采采用继电电器控制制方式造造成的，在在这种控控制方式式下继续续改善的的余地不不大。如如果对该该竖井提提升机电电控系统统进行技技术改造造，那么么需要改改变控制制策略，采采用当代代高新实实用技术术来控制制，使之之成为安安全、可可靠、高高效率、自自动化程程度高的的电控系系统。是是可编程程序逻辑辑控制器器，简称称PLC，PLLC技术术是现代代工业自自动化的的重要手手段，由由它构成成的控制制系统逻逻辑控制制由PLLC通过过软件编编程实现现，柔性
46、性强，控控制功能能多，控控制线路路大大简简化;PPLC的的输入喻喻出回路路均带有有光电隔隔离等抗抗干扰和和过载保保护措施施，程序序运行为为循环扫扫描工作作方式，且且有故障障检测及及诊断程程序，可可靠性极极高;PPLC控控制系统统结构为为模块化化结构，维维护更换换方便，并并可显示示故障类类型。图2-22为可编编程控制制器控制制系统。其其输入设设备和输输出设备备与继电电器控制制系统相相同，但但它们是是直接接接到可编编程序控控制器的的输入端端和输出出端的。控控制程序序是通过过一个编编程器写写到可编编程控制制器的程程序存储储器中.每个程程序语句句确定了了一个顺顺序，运运行时依依次读取取存储器器中的程程
47、序语句句，对它它们的内内容进行行解释并并加以执执行，执执行结果果用以接接通输出出设备，控控制被控控对象工工作。在在存储程程序控制制系统中中，控制制程序的的修改不不需要通通过改变变控制器器内部的的接线(即硬件件)，而只只需通过过编程器器改变程程序存储储器中某某些语句句的内容容。图2-22 可编编程控制制器控制制系统框框图可编程逻逻辑控制制器因为为其具有有高可靠靠性以及及软件可可编程的的优点，在在现代控控制中越越来越广广泛的应应用。对于一般般提升机机电控系系统来说说，采用用一套中中小容量量的PLLC即可可满足要要求，其其价格也也不高.如果采采用PLLC技术术对TKKD-A电控系系统进行行改造，把把
48、原来由由各种电电器通过过连线而而实现的的逻辑控控制改由由PLC通通过软件件编程实实现，则则控制线线路将大大大简化化，设备备体积、设设备维修修量将大大大减小小，抗干干扰能力力将大大大增强，工工作可靠靠性将大大大提高高，工艺艺改变时时只需要要改变控控制程序序即可。改改造时保保持原有有的操作作方式、按按钮、开开关、主主令控制制器作用用不变，则则用户使使用起来来将非常常方便，不不需要适适应期。同同时可以以利用PPLC的的高速计计数功能能、网络络通信功功能、故故障检测测及诊断断功能、信信号显示示功能等等来增加加一些新新的控制制功能，安安全性将将大大提提高，运运行将更更加平稳稳、准确确，完全全能够满满足矿山山生产的的苛刻要要求，而而且投资资相对较较少，性性价比较较高