基于plc的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、1前言1.1提升機(jī)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀向礦井提升機(jī)是鐵礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是提升礦粉、升降人員和下放物料等，在整個(gè)鐵礦生產(chǎn)中占有十分重要的地位。礦井提升機(jī)安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)行集中體現(xiàn)在其電氣控制系統(tǒng)中，電控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響全礦的安全生產(chǎn)及礦工生命的安全?，F(xiàn)代礦井提升機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)代電力傳動(dòng)及其控制技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。根據(jù)受控電動(dòng)機(jī)類型的不同，礦井提升機(jī)可分為直流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)和交流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)兩大類。由于交流電動(dòng)機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、堅(jiān)固、容量大、價(jià)格低廉、應(yīng)用場(chǎng)合廣泛和直接使用交流三相電源等優(yōu)點(diǎn)，因而交流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)得

2、到了廣泛的應(yīng)用。在20世紀(jì)70年代前，礦井提升機(jī)大多采用交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但是由于其調(diào)速能力較差，很難適用于調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟、制動(dòng)性能，可在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，調(diào)速性能指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于交流電動(dòng)機(jī)，因此在20世紀(jì)70年代后，隨著大功率可控硅的使用、電子控制技術(shù)和裝置的發(fā)展，直流驅(qū)動(dòng)提升機(jī)逐漸在大中型鐵礦中占據(jù)了主導(dǎo)地位。隨著電力電子器件、微電子控制技術(shù)和交流調(diào)速控制理論的發(fā)展，交流驅(qū)動(dòng)逐漸獲得了與直流驅(qū)動(dòng)相同的控制特性，并在高性能交流驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中獲得了根本性的突破，成為大容量提升機(jī)的首選方案。目前國(guó)內(nèi)鐵礦企業(yè)，井下提

3、升機(jī)大多采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方案。提升機(jī)電控系統(tǒng)經(jīng)歷了由繼電器控制、分離元件控制、模擬電路控制到微電子(計(jì)算機(jī))控制的發(fā)展歷程，目前數(shù)字控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于提升機(jī)控制系統(tǒng)中。采用數(shù)字控制技術(shù)后，提升機(jī)電控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、系統(tǒng)功能開發(fā)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；特別是其具有智能化的信息采集、故障診斷和在線檢測(cè)等功能，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了查找和排除故障的時(shí)間，降低了維護(hù)成本。1.2主要存在的問題雖然交流提升機(jī)在調(diào)速性能上獲得了根本性的突破，成為大容量提升機(jī)的首選方案，但是由交流電動(dòng)機(jī)的基本原理可知，由定子

4、傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm可分為兩部分：一部分是驅(qū)動(dòng)負(fù)載的有效功率P＝(1-s)Pm；另一部分是轉(zhuǎn)差功率P＝sPm，與轉(zhuǎn)差率s成正比。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率的大小及消耗情況，交流調(diào)速系統(tǒng)可分為如下三類：(1)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：全部轉(zhuǎn)差功率都被轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。這類調(diào)速方式有定子調(diào)壓調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等。這類調(diào)速系統(tǒng)是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來?yè)Q取轉(zhuǎn)速降低的，轉(zhuǎn)速越低，效率越低。(2)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)：少部分轉(zhuǎn)差功率被消耗掉，大部分通過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速就屬

5、這類。轉(zhuǎn)速越低，回饋功率就越多。但這類調(diào)速方式用于礦井提升機(jī)的較少。(3)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)：這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低，所消耗的轉(zhuǎn)差功率都基本不變。變級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速即屬于這類調(diào)速系統(tǒng)。無論采用哪種調(diào)速方案，轉(zhuǎn)差功率調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子消耗是不可避免的，于是造成了能源的浪費(fèi)。特別是目前中小型礦井提升機(jī)廣泛采用的繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，雖在負(fù)力提升情況下，可通過一定裝置來實(shí)現(xiàn)能量的回饋，但效率依然很低。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇可編程控制系統(tǒng)（ProgrammableLogicController）

6、是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程，使高可靠性的數(shù)字控制系統(tǒng)在較低成本價(jià)格上得以實(shí)現(xiàn)，越來越受到廣大用戶的青睞，成為當(dāng)今自動(dòng)化電氣控制的主流。液粘調(diào)速離合器是根據(jù)流體力學(xué)中關(guān)于液體粘性定義及牛頓內(nèi)摩擦定律理論而研制成功的新型傳動(dòng)裝置。它可以實(shí)現(xiàn)平滑的無級(jí)調(diào)速，摩擦副在分離狀態(tài)下使工作機(jī)起動(dòng)，起動(dòng)電流也大大降低，因而避免了電阻投切造成的能源浪費(fèi)，同時(shí)大慣

7、量工作機(jī)緩慢加速，可以防止過載，并且調(diào)速反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)速控制精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。在目前國(guó)內(nèi)鐵礦企業(yè)生產(chǎn)條件急需改善、設(shè)備急需更新的情況下，將可編程控制器用作提升機(jī)控制系統(tǒng)，調(diào)速裝置采用液粘調(diào)速離合器，將使提升機(jī)在運(yùn)行特性、調(diào)速范圍、節(jié)電效果等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均明顯提高。本系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案是采用光電編碼器采樣提升機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速信號(hào)，電流互感器在電動(dòng)機(jī)定子側(cè)采樣電流信號(hào)，經(jīng)過可編程控制器的A/D,D/A模塊轉(zhuǎn)換，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋控制。利用可編程控制器的內(nèi)置PID模塊構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器，然后通過模擬量輸出模塊來控制

8、液粘調(diào)速離合器電液比例溢流閥，從而達(dá)到控制提升機(jī)調(diào)速的目的。該系統(tǒng)研制成功后，可解決舊系統(tǒng)體積大、維護(hù)困難、效率低等一系列問題。同時(shí)采用籠型電機(jī)拖動(dòng)，將使系統(tǒng)靜特性明顯變硬，調(diào)速范圍也將顯著加寬，并且節(jié)電效果可達(dá)30%左右,可成為井下提升機(jī)更新?lián)Q代