基于PLC的矿井提升机变频调速控制系统设计

基于PLC的矿井提升机变频调速限制系统设计摘要本文针对提升机限制系统中存在的上述问题，把可编程序限制器和变频器应用于提升机限制系统上，并在可行性方面进行了较深化的探讨。依据提升机的运行特点，限制系统采纳工控机监控提升机变频调速系统，PLC限制系统、变频调速系统等组成。为了提高系统的牢靠性，对提升机各种物理量与限制单元进行限制监控。提升机的动态监测由工控机或触摸屏和组态软件组成。用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写限制流程和工程所须要的信息报表以与结果打印等。主控系统采纳PLC系统，硬件简洁、软件敏捷性强、调试便利、维护量小，协作一些专用电子模块组成的提升机限制设备，可供限制高压带动动力制动或低频制动等。同时能检测各电机故障现象并送往上位机显示。削减了传统继电器接触式限制系统的中间环节，削减了硬件和限制线，极大提高了系统的稳定性，牢靠性。关键词：矿用提升机；变频调速；矢量限制；可编程限制器TheFreouencyConversionUseonTheSpeedAdjustmentofShaftHoistonTheBasisofPLCControlABSTRACT

ElevatorControlSystemInthispaper,theaboveproblemsexistinthePLCandfrequencyconverterusedinelevatorcontrolsystem,andforamorein-depthfeasibilitystudy.Accordingtotheoperationofhoistfeatures,thecontrolsystemIPCVVVFelevatorcontrolsystem,PLCcontrolsystems,frequencycontrolsystemcomponents.Inordertoimprovesystemreliability,andvariousphysicalquantitiesontheelevatorcontrolunittocontrolmonitoring.DynamicmonitoringofelevatororthetouchscreenbyIPCandconfigurationsoftware.Userenvironment,completetheanimationintheconfigurationdesign,equipmentconnections,controlflowandprojectpreparationoftherequiredinformationstatements,andtheresultsofprinting.MastercontrolsystemusesPLCsystems,hardwaresimplicity,thesoftwareflexibilityandeasycommissioningandmaintenanceofsmall,specializedelectronicmoduleswithanumberoftheelevatorcontrolequipment,drivedynamicbrakingforcontrolofhighpressureorlow-frequencybraking.Whilethemotorsymptomscanbedetectedandsenttothehostcomputerdisplay.Relaycontacttoreducethetraditionalcontrolsystemoftheintermediatelinks,reducinghardwareandcontrollines,whichgreatlyimprovessystemstabilityandreliability.

KEYWORDS:：Shafthoist；Frequencyconversion；Vectorcontrol；PLC目录前言 1第1章绪论 21.1课题概述 21.2国内外矿井提升机的发展状况 2国外矿井提升机的现状 2国内提升机的现状与发展趋向 61.3本文内容与探讨的意义 7探讨内容 71.3.2探讨意义 8第2章矿井提升机调速系统的设计 92.1矿井提升机对限制系统的要求 92.2提升机调速限制系统方案设计 112.2.1限制单元基本原理 112.2.2调速装置 132.2.3主控系统设计 15第3章变频调速系统的设计 183.1变频调速的发展与在提升机系统中的应用 183.2变频调速基本原理 203.3变频器的选择 21变频器的选型 213.3.2变频器容量的选择 223.3.3变频器主电路设计与参数设定 23第4章PLC在提升机变频限制系统中的应用 264.1PLC概述 264.2本系统中PLC的选型与特点 274.3PLC限制系统设计 274.3.1PLC的I/O安排 284.3.2PLC接线图 33第5章PLC限制程序设计 345.1PLC软件概述与提升机PLC限制要求 345.2程序设计 355.3系统抗干扰措施 40结论 42谢辞 43参考文献 44附录 46外文资料翻译 47前言在煤炭生产中提升机担负着提升煤炭、岩石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井“咽喉”之称。提升机的电力传动特性困难，电动机频繁正反向，常常处于过负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。对提升机来说，运行的平安、牢靠性是至关重要的，主井干脆关系到矿山的生产效率，作为运输人员的副井，一旦发生故障，往往造成机毁人亡。提升机运行的平安牢靠性不仅干脆影响整个矿井的生产实力，影响整个矿山的经济效益，而且还涉与到井下工作人员的生命平安。因此，研制并制造既平安牢靠又节约能源的提升机是煤矿平安生产的一项重要课题。就计算机技术在工业现场应用状况而言，可编程限制器（PLC）是目前作为工业限制最志向的机型，它是采纳计算机技术、依据事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作限制。采纳PLC限制，硬件简洁、软件敏捷性强、调试便利、维护量小，PLC技术己经广泛应用于各种提升机限制，协作一些提升机专用电子模块组成的提升机限制设备，可供限制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和平安爱护系统选用可编程限制器。主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动等各种运动方式的限制要求。在广泛考察现行的变频调速方案后，本文提升机系统限制单元采纳目前工控适用的可编程限制器来限制，具有编程简洁和限制牢靠性高的优点；电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置，运用先进的矢量限制技术，优化了调速系统的性能，这一限制方法目前仍为现代沟通调速的重要探讨方向之一。采纳先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，依据结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的志向选择。第1章绪论1.1课题概述矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤炭生产中提升机担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井咽喉之称。提升机的电力传动特性困难，电动机频繁正反向，常常处于负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。对应提升机来说运行的平安牢靠是至关重要的，主井干脆关系到矿山的生产效率，作为运输人员的副井，一旦发生故障往往造成机毁人亡。提升机运行的平安牢靠性不仅干脆影响整个矿井的生产实力，影响整个矿山的经济效益，而且还涉与到井下工作人员的生命平安。因此，研制并制造即平安牢靠又节约能源的提升机是煤炭平安生产的一项重要课题。1.2国内外矿井提升机的发展状况矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的相识进一步深化，提升设备与拖动限制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特殊是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机限制中的应用已成为必定的发展方向。1.2.1国外矿井提升机的现状(1)晶闸管-电动机(SCR-D)直流低速直联拖动系统部分发达国家原有的沟通提升机已基本上被晶闸管-电动机(以下简称SCR-D)所取代。如德国、瑞典等国家己有90%以上采纳直流提升机，传动系统大都采纳低速直联式(省去减速机)，使系统大为简化。如AEG公司采纳低速直联的SCR-D系统，电机功率3000kw，额定转速55.8r/min，滚筒直径6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提上升度1200m，具有完善的爱护系统;采纳磁场反并联，有平波电抗器与卧式深度发送装置;采纳积分给定与行程给定相结合的双重给定信号;主回路采纳两组三相桥组成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。SIEMENS(西门子)公司、ABB公司、CEOELEC公司以与ASEA公司等都有相同类型的产品，其性：能大同小异。此类系统的优点在于:体积小，重量轻，占地面积小，安装便利，建筑费用低;无减速器，总效率高，电能消耗少;维护工作量小，备件少，处理事故快;单机容量大，适用范围广;调速平滑，精度高;易于实现最佳限制和自动化，平安牢靠;节电显著，5-8年可回收设备投资，是矿井节电的有效途径。其缺点在于:功率因数低，如三相桥平均功率因数只有0.45左右;无功冲击大，高次谐波对电网影响大。这些缺点可采纳依次限制和多脉冲整流的方法以与在电网上加谐波滤波器等措施使其抑制在肯定的允许范围内。(2)沟通变频调速同步机驱动提升系统SCR-D直流拖动系统趋于成熟，且采纳了顺控技术等措施来提高功率因数，但其功率因数仍旧较低，从而从电网汲取大量的无功功率，且对电网品质因数产生严峻的影响，提升容量越大，问题越突出。再则，直流电机制造成本高，电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，加大了维护工作量，故障率高。因此换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两个问题，迫使人们又重新考虑沟通拖动方式。自80年头初以来，沟通变频供电的同步机拖动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。如SIEMENS公司1979年投运的2×4200kw、l×2650kw，额定转速55.8r/min;CEGELEC公司1983年投运的l×548OkW，额定转速69.5r/min;AEG公司1985年投l×30O0kW，额定转速55.8r/min，ABB公司投运的l×4200kW额定转速45.86r/min;SIEMAG公司投运的2x46O0kW等变频调速同步机拖动的提升机，经过多年的运行，均获得胜利。这种拖动系统主要有如下优点:a提升容量几乎不受限制，最大可达l0000kw，提升速度可达20m/s以上，提上升度1200m以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统难以达到的;b没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的牢靠运行和降低了运行消耗;c功率因数高，可达住0.9～1，极大地节约了电能;d动态品质好(和直流系统相同)，系统可在四象限平滑过渡和无级调速;e由于机械特性好，故起动转矩大;f同步机的价格和有色金属的消耗低于直流机;g调速范围宽。因此，多数专家认为，变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必定发展方向。这种拖动系统的缺点是:a必需(3)微机限制在提升机上的应用从70年头起先，随着微机技术的发展，微机限制技术己逐步应用于矿井提升机中。目前，国外己达到相当成熟的阶段，使整个拖动限制产生一次重大的变革。其应用主要体现在以下几方面:1)提升工艺过程微机限制在沟通变频装置中，提升工艺过程大都采纳微机限制。由于微机功能强，运用敏捷，运算速度快，监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采纳模拟限制无法实现的。如AEG公司采纳CP-80微机、ABB公司采纳MASTER-200和SIEMENS公司采纳S5-150等微机实现的变频限制，都获得了相当胜利。它们把限制、监视、基准值预料以与模拟限制等组合在公共的微机限制总线上组成静止变流器的传动限制，计算机实现速度与多个变量的调整。2)提升行程限制提升机的限制从本质上说是一个位置限制，要保证提升罐笼在预定地点精确停车，要求精确度高，目前可达±2cm。采纳微机限制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒位置、滚筒与钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出罐笼精确的位置而施以限制和爱护。在罐笼提升时可实现无爬行提升，大大提高了提升实力。如AEG、ABB、SIEMENS等公司已采纳位微机来构成行程给定器，并还供应性能不尽相同的机械行程限制器口。一般过程限制用微机不同时用于监视，行程限制也采纳单独微机完成，从而大大提高了系统的牢靠性。3)提升过程监视由于近代提升机限制系统的设计特殊强调平安牢靠性，所以提升过程监视与平安回路一样，是现代提升机限制的重要环节。提升过程采纳微机主要完成如下参数的监视:a提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视;b各主要设备运行状态监视;c各传感器(如位置开关、停车开关)信号的监视。其目的在于使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存贮、保留或打印输出，甚至与上位机联网，合并于矿井监测系统中。4)平安回路平安回路旨在出现机械、电气故障时限制提升机进入平安爱护状态。为确保人员和设备的平安，对不同故障一般采纳不同的处理方法，大致分为以下四种状况:a报警显示，如冷却器温度过高等;b二次不能开车，如电机绕组过热、制动油过热等;c马上进行电气制动，如停车终点设备出现故障时本次提升应尽快停下来;d马上进行平安制动，如过卷、超速等。平安回路极为重要，它是爱护的最终环节之一，英、德等公司都采纳两台PC微机构成平安回路，使平安回路具完善的故障监视功能。无论是提升机还是平安回路本身出现故障时都能精确地实施平安制动。5)制动系统的限制与监视制动(可调闸)限制系统除要牢靠地完成工作制动和平安制动外，还要完成对液压站的限制以与各环节参数(如油压、闸瓦磨损等)的监视，其技术要求与平安回路相像。如西门子公司采纳两套可编程序限制器(PLC)的双重限制与爱护系统。6)全数字化调速限制系统德国AEG公司的LogidynD(32位机)、西门子公司的SiemadynD(16位机)以与ABB公司的Tyrak(16位机)系统都己应用于提升机上。全数字化系统具有硬件结构单一，参数稳定且调整便利，可便利地与上位机联网等优点。当然此类系统要求维护人员有更高的技术水平和计算机学问。7)内装式提升机AEG公司生产的内装式提升机，将提升主电机与滚筒合为一体，即转子固定，转动的定子充当滚筒，使机构大为简化，占地面积小，制造成本低。1.2.2国内提升机的现状与发展趋向(1)沟通拖动方式目前我国提升机约70%采纳串电阻调速的沟通拖动方式。有单绳和多绳两种系列，大都采纳变更转差率s的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采纳串级调速方法，其调速范围窄，且投资大。(2)直流拖动方式我国提升机采纳直流拖动有两种系统:直流发电机始终流电动机机和晶闸管始终流电动机系统。其生产和运用状况如下:国内研制大型直流提升机主要有三大厂家:a上海电机厂主要生产配套电机，已生产低速直流电机80多台，最大容量5775kw，额定转速5Or/min，其中长广煤矿与五村煤矿的提升机为100OkW、48r/min，淮南潘三矿采纳一台26O0kW低速直联电机;b上海冶金矿山机械厂主要生产主机与信号系统，已生产80多台提升机，1979年生产过一台低速直联落地式提升机;c北京整流器厂主要生产配套电控，已从瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引进了晶闸管电控整机系统与元件生产线，直流电控容量可达7000kW;还引进了沟通变频调速(交始终一交)电控生产线，可生产单机4200kW变频调速电控设备;1986年向甘肃金川矿供应了一套带微机限制的800kW直流电控设备。从国外引进的晶闸管供电的直流提升机20多套，其中AEG公司21O0kW低速直联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典ASEA公司9套。另外，还正在引进计算机限制的低速直联电控系统。(3)研制与发展国产大型直流提升机与电控系统正在逐步完善和推广运用。大功率变频调速电控提升机其效率可达89%，国内正在组织探讨这种系统，不少院校和探讨单位都在着手研制。如天津电气传动探讨所己研制了一台300kw的变频调速装置。可编程序限制器在提升机电控系统的应用可编程序限制器具有牢靠性高、抗干扰实力强、实现继电逻辑简洁，基本免于维护等独特优点，特殊适用于对我国占大部分的沟通提升机继电-接触器电控系统进行技术改造;因此有不少单位都在着手研制，如焦作矿务局，韩城矿务局均用可编程序限制器对TKD电控系统进行改造，已投入正常运行和运用，已经显示出了很强的生命力。这是今后一段时期乃至凡十年对我国占绝大多数采纳继电限制的沟通提升系统进行技术改造的必由之路。1.3本文内容与探讨的意义探讨内容当前国内提升机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段限制的沟通绕线式电机继电器接触器系统，设备陈旧、技术落后。而且这种限制方式存在着很多的问题:(1)转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源奢侈。(2)电阻分级切换，为有级调速，设备运行不平稳，简洁引起电气与机械冲击。(3)继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器运用寿命，修理成本较高。(4)沟通绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题，简洁引起设备事故。(5)电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。(6)提升容器通过给定的减速点时，由于负载的不同，而将得到不同的减速度，不能达到稳定的低速爬行，最终导致停车位置不准，不能正常装卸载。上述问题使提升机运行的牢靠性和平安性不能得到有效的保障。因此，须要研制更加平安牢靠的限制系统，使提升机运行的牢靠性和平安性得到提高。在提升机限制系统中应用计算机限制技术和变频调速技术，对原有提升机限制系统进行升级换代。就计算机技术在工业现场应用状况而言，可编程限制器(PLC)是目前作为工业限制最志向的机型，它是采纳计算机技术、依据事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作限制。采纳PLC限制，硬件简洁、软件敏捷性强、调试便利、维护量小，PLC技术已经广泛应用于各种提升机限制，协作一些提升机专用电子模块组成的提升机限制设备，可供限制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和平安爱护系统选用可编程限制器。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限制要求。探讨意义在调研中发觉，目前山西省各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采纳继电器接触器限制的转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能适应现代矿业发展的须要.因此有必要对其调速方案进行改造。在广泛考察现行的变频调速方案后，本文提升机系统限制单元采纳目前工控适用的可编程限制器来限制，具有编程简洁和限制牢靠性高的优点:电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置，运用先进的矢量限制技术，优化了调速系统的性能，这一限制方法目前仍为现代沟通调速的重要探讨方向之一。采纳先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，依据结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控设备是进行技术改造和新建矿井设备选型的志向选择。运用上位机监控系统，采纳组态模式，实现良好的人-机对话;实时监控提升机的运行状态，上位机动态模拟显示与故障闭锁:可进行故障报警、数据查询、报表打印;记录提升钩数以与每班、每日、每月、每年的提升量累计;故障声光指示、记忆与部分传感器上位机的紧急处理。为保证提升设备无事故，在提升设备有可能出现故障的各个重要环节上，设置双回路系统，并在系统的各个环节上设有各种检测、限制、自诊断以与记录和爱护装置(如负载、速度、加减速、产量、运行时间等记录)。本文从解决实际矿井提升系统存在的问题动身，对传统的调速方案进行了限制方式的革新和数字化改造，降低了成本，提高了限制精度，加强了系统稳定性。表明本文所提出的设计方案具有好用价值。适用、经济、高效、牢靠是本文提升机系统设计的追求目标。第2章矿井提升机调速系统的设计2.1矿井提升机对限制系统的要求提升机限制系统方案的选用应满足生产工艺的要求速度图。所以须要先来分析提升机电控系统的静、动态特性。提升机电气传动系统的给定速度u=f(t)如图2-1所示，依据动力学方程式Td=Te-Ti=Tn*e/375(2.1)式中Te-电动机电动力矩;Ti-传动系统的静阻转矩;Tn-传动系统的飞轮力矩，Tn=4gJ，其中J为转动惯量(㎏·㎡)，g为重力加速度Td-传动系统的动态转矩,e-加速度。可以得出按给定速度图所需转矩Te=f(t)的特性，从而可以得到拖动系统所需的力F=f(t)，提升机传动系统给定速度图、力图如图2-1所示。图a图b图c图d图2-1提升机传动系统给定速度图、力图提升机的负载静力FL确定于提升机滚筒承受的静张力差，在双罐笼的平衡提升系统中，静力凡也就是提升物体的净载重。由于提升系统的负载为位势负载，所以静力FL的作用方向始终是提升重物的重力方向，而与系统的运动状态和方向无关。因此在电动机不带电时，为了使重的罐笼处于静止状态(便于罐笼的装卸载)，对滚筒必需施加机械闸。从图2-1可以看出，要使提升机依据给定的速度图运行，电动力矩Te可能为正，也可能为负。这意味着电动机不仅要工作在电动状态，还应能工作在制动状态。由于不同的负载，不同的提升机运行阶段，电动机的运行状态也各不相同。综合以上提升机的运行特点以与矿山生产固有的特点，提升机工艺对提升机电控系统的要求如下:(1)加(减)速度符合国家有关平安生产规程的规定。提升人员时，加速度a≦0.75m/s2，升降物料时，加速度a≦1.2m/s(2)具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速便利，调速范围大，能满足各种运行方式与提升阶段(加速、减速、等速、爬行等)(3)有较好的起动性能。提升机不同于其他机械，稳定运行的要求。不行能待系统运转后再装加物料，因此，必需能重载启动，有较高的过载实力。(4)特性曲线要硬。要保证负载变更时，提升速度基本上不受影响，防止负载不同时速降过大，影响系统正常工作(当然，当负载超过肯定的限度时，还要求系统能有效的自我爱护。快速平安制动停车，即所谓要具备挖土机机械特性)。(5)工作方式转换简洁。要能够便利的进行自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式的转换，操作便利，限制敏捷，不至于因工作方式的转换影响正常生产。(6)采纳新技术和节能设备，易于实现自动化限制和提高整个系统的工作效率。具备必要的连锁和平安爱护环节，确保系统平安运行.尽量节约能源和降低运转费用。2.2提升机调速限制系统方案设计2.2.1限制单元基本原理我国提升机设备中，普遍运用TKD系统，这种限制系统是采纳继电器有触点的逻辑限制，以磁放大器为核心组成模拟量闭环调整。在继电器限制系统中，要完成一个限制任务，支配限制系统工作的“程序”是由各分立元件(继电器、接触器、电子元件等)用导线连接起来加以实现的，这样的限制系统称为接线程序限制系统。在接线程序限制系统中，限制程序的修改必需通过变更接线来实现。几十年来，这种限制系统由于受元件水平的限制而存在着缺陷，突出表现在:(1)运用大量继电器、接触器与其它分立电子元件，系统体积大，运行噪声大，功耗高，接线困难，故障率高，工作稳定性和牢靠性差，限制速度慢，限制精度差，功能变更难度大，运用寿命短。(2)在启动过程中，由于罐笼的实际载重量不同，实际的加速过程并非依据预定的设计参数运行，常常出现停车不精确甚至提前停车现象。(3)采纳磁放大器做调整限制，稳定性差，线性度差，调速精度很难保证。(4)系统平安爱护环节不全面，工作不行靠，故障显示不直观，分析查找故障难度大，缺乏运行参数显示功能.(5)调速性能差，机械冲击大，人员乘车舒适性差。这些不足主要是因为采纳继电器限制方式造成的，在这种限制方式下接着改善的余地不大。假如对该竖井提升机电控系统进行技术改造，那么须要变更限制策略，采纳当代高新好用技术来限制，使之成为平安、牢靠、高效率、自动化程度高的电控系统。是可编程序逻辑限制器，简称PLC，PLC技术是现代工业自动化的重要手段，由它构成的限制系统逻辑限制由PLC通过软件编程实现，柔性强，限制功能多，限制线路大大简化;PLC的输入喻出回路均带有光电隔离等抗干扰和过载爱护措施，程序运行为循环扫描工作方式，且有故障检测与诊断程序，牢靠性极高;PLC限制系统结构为模块化结构，维护更换便利，并可显示故障类型。图2-2为可编程限制器限制系统。其输入设备和输出设备与继电器限制系统相同，但它们是干脆接到可编程序限制器的输入端和输出端的。限制程序是通过一个编程器写到可编程限制器的程序存储器中.每个程序语句确定了一个依次，运行时依次读取存储器中的程序语句，对它们的内容进行说明并加以执行，执行结果用以接通输出设备，限制被控对象工作。在存储程序限制系统中，限制程序的修改不须要通过变更限制器内部的接线(即硬件)，而只需通过编程器变更程序存储器中某些语句的内容。图2-2可编程限制器限制系统框图可编程逻辑限制器因为其具有高牢靠性以与软件可编程的优点，在现代限制中越来越广泛的应用。对于一般提升机电控系统来说，采纳一套中小容量的PLC即可满足要求，其价格也不高.假如采纳PLC技术对TKD-A电控系统进行改造，把原来由各种电器通过连线而实现的逻辑限制改由PLC通过软件编程实现，则限制线路将大大简化，设备体积、设备修理量将大大减小，抗干扰实力将大大增加，工作牢靠性将大大提高，工艺变更时只须要变更限制程序即可。改造时保持原有的操作方式、按钮、开关、主令限制器作用不变，则用户运用起来将特别便利，不须要适应期。同时可以利用PLC的高速计数功能、网络通信功能、故障检测与诊断功能、信号显示功能等来增加一些新的限制功能，平安性将大大提高，运行将更加平稳、精确，完全能够满足矿山生产的苛刻要求，而且投资相对较少，性价比较高，具有很强的好用价值。2.2.2调速装置矿井提升机，从电力拖动而言，可分为沟通拖动和直流拖动两大类。我国目前正在服务的矿井提升机的电控系统中，属于沟通拖动的有转子电路串电阻的调速系统:属于直流拖动的有直流发电机与直流电动机组成的G-M调速系统和晶闸管整流装置供电的V-M调速系统。直流拖动系统一般采纳他励电动机作为主拖动电机，它具有调速性能好，低速阶段运行稳定，在加速，减速和低速运行时的电耗小，简洁实现自动化限制等优点.依据供电方式的不同，直流拖动系统又可分为两类，一类是发电机组供电的系统(简称G-M系统)，一类是晶闸管供电的系统(简称V-M系统)。G-M系统的特点是过载实力强，所需设备均为常规定型产品，供货简洁，运行牢靠，维护工作量大但是技术要求不高，对系统以外的电网不会造成有害的影响，即不会引起电力公害等。与G-M系统相比，V-M系统具有以下优点:功率放大倍数高，G-M系统的功率放大倍数在101左右，V-M系统可高达104，比G-M系统高三个数量级;快速响应性好，G-M系统为秒级，V-M为毫秒级，因而动态品质快速性能较好;功耗小、效率高，G-M系统平均效率为75%左右，V-M系统可达85%左右，比G-M系统效率提高10%以上;调速范围大，由于剩磁影响，G-M系统在调速时转速受到限制，而V-M系统调速时速度从零到最大速度都能限制，运行牢靠。直流拖动系统具有调速性能好的特点，是沟通拖动系统无法相比的。而V-M系统由于具有以上一些突出的特点，因此，目前在大型提升机方面，世界各国大多采纳直流拖动方案，尤以V-M系统为主。但是依据国内生产实践阅历表明，V-M系统尚存在以下缺点:(1)晶闸管元件的过载实力(过电压、过电流)较低，因此在矿井提升机系统中作为供电元件时，为了适应瞬时过载(例如提升机的加速阶段)的须要，通常将元件的容量和耐压等级都相应增大，或者增加运用的晶闸管元件数量，使元件作串联或并联运行，即运用的元件在正常负载时处于低负载(降级运用)，以确保在过载的加速阶段，晶闸管元件的负载仍旧在额定负载的范围内，不致由于出现过负荷时使晶闸管元件烧毁。但由于这种降级运用，也给生产维护上增加了困难。(2)有冲击性的无功功率。由于高次谐波的影响，使电网电压的波动加大并导致畸变，即所谓引起“电力公害”:同时低速时功率因数也较低。目前,在我国运用的多绳摩擦轮提升机，G-M直流拖动占肯定比例，而进口的直流拖动提升系统，则全部采纳V-M系统。传统的串电阻沟通拖动系统具有结构简洁，坚实耐用，占地面积小，维护便利，运行牢靠价格低廉，设备供货简洁，安装调试周期短等优点.主要缺点是启动阶段电能损耗较大，当用于要求频繁启动或不同运行速度的多水平提升机时就更为不经济。但用于单水平提升时，其提升效果事实上与用发电机组供电的直流拖动系统相当。此外在调速性能方面，沟通拖动系统一般不如直流拖动系统优越，但选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计算装载等协助装置后，沟通拖动系统亦可获得满足的调速性能。综上缘由，沟通拖动系统在我国中小型矿山或者中等深度以下矿井获得了广泛应用。近年来沟通变频调速技术快速发展起来，调速方式的不断进步使得运用于提升机系统的沟通调速技术不仅仅局限于传统的转子串电阻方式，变频调速技术也越来越多地在提升机限制系统中广泛应用，充分发挥出沟通调速的优势。目前沟通调速最有前途的是变频调速技术，在变频调速技术中矢量限制和干脆转矩限制都能满足提升机恒转矩负载这一特征，所以在提升机调速系统中这两种调速方案将是重要发展方向。主控系统设计限制系统由主控系统、变频系统、液压站、润滑站、操作台、平安爱护和限制监视系统组成，系统框图如图2-3所示。各部分功能如下。2-3提升机限制系统框图（1）主控系统图2-3为提升机限制系统框图。系统的主控系统采纳三菱FX2N系列的可编程限制器，一备一用，当主PLC发生故障的时候可以快速切换备用PLC不影响生产。运用PLC集成高速计数输入口以与特殊高速计数模块相结合，对分别安装于电机轴、辊筒主轴、天轮的四个编码器数据进行采集，同时监视速度、深度以与推断松绳；A/D模块采集现场液压站与润滑站的油压、油温等信号;在井筒与深指器各阶段安装行程开关，用以确定罐笼位置，并相互校验，达到停车位的精确限制。程序编制满足提升机自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式，并可便利的转换;满足提升阶段(如加速、减速、等速、爬行等)稳定运行的要求。（2）变频调速系统调速系统采纳德国制造西门子变频器，性能优越，采纳矢量限制技术适合提升机工作环境，只需在限制单元给出对变频器的限制吩咐(正转、反转、多段速等)即可使提升机依据设定的速度曲线运行，满足提升阶段稳定运行的要求。变频调速装置本身具有过压、欠压、过流、过负荷、缺相、超温等爱护，同时协作来自现场的各种信号传感器的监视与相应处理，可实现绞车过卷、过速、减速、限速等重要爱护的双线制爱护功能，满足煤矿平安规程要求。在变频器系统中输出闸控信号到PLC，要求只有在变频的输出转矩达到肯定值的时候才可以松闸，这样会避开竖井提升机启动时发生溜车现象。（3）液压站为提升机供应制动力，停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力；提升机起动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统平安牢靠地工作。（4）操作台操作台设置两个手柄，分别用于速度协助给定与制动力给定。它是整个矿井提升机运输系统的限制核心，通过它可以设定系统的工作方式和限制方式，可以发布系统的各种限制吩咐，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以与紧急制动等各种限制功能。（5）限制监视系统：是操作人员和限制系统与运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。（6）平安爱护本系统设有一条硬件平安电路和两条软件平安电路，这三条平安电路相互冗余与闭锁，一条断开时，另两条也同时断开。硬平安回路通过硬件回路实现，无论PLC单元是否正常工作，一旦出现重度故障信号，硬平安回路立刻断开;软平安回路分别在两套PLC软件中搭建，与硬平安回路相同并且同时动作。平安电路断开后，系统会马上解除运行限制指令，封锁变频器，制动油泵，断开平安阀和KT线圈，进行紧急制动。平安爱护功能齐全，设有过卷、等速超速、定点超速、PLC编码器断线、错向、传动系统故障与自动限速等爱护功能。限制系统工作原理：当司机听到开车信号时，按下启动按钮，PLC限制将380V动力电源接入变频器。再松开液压制动闸并将主令限制器推到正向（或反向），提升机起先运行。在提升过程中，限制提升机运行的主速度给定S形速度曲线由PLC编程产生，经过A/D转换，由模拟量输出口输出，以驱动变频器工作；对变频器输出频率的调整限制，也可依据现场的工况须要，由操作台速度限制手柄以协助给定的方式进行限制。旋转编码器可以检测主电动机的转速，并将此信号传送给可编程限制器，PLC通过该信号可以累计计算提升机的速度与行走距离，监视器可以时时显示提升机速度和位置。第3章变频调速系统的设计3.1变频调速的发展与在提升机系统中的应用传统调速系统中，直流调速以其限制简洁，调速精度高等特点长期占据了主导地位，但是由于结构困难，过流实力不强，环境适应差，难以实现高速度化等缘由，始终限制了其应用范围的进一步扩大。相比较而言，沟通异步电机具有环境适应实力强、过流实力大、坚固耐用、结构简洁、简洁维护与价格低廉等优点，但异步电机的调速性能难以满足生产要求。随着电力电子器件的产生和限制理论的飞速发展，现代限制理论越来越多的应用到沟通调速系统中，使得沟通调速性能可以和直流调速相媲美、相竞争，沟通调速系统的应用领域不断扩大。近年来，电力电子技术的发展和DSP微处理器的推出，更为高性能沟通调速系统的实现奠定了基础，目前已经进入了好用化阶段，作为众多调速方案之一的变频调速，其发展不超过40年，却取得了长足的进步，变频调速以其节能和可平滑调速，调速范围宽等优点得到了广泛的应用。沟通电动机变频调速限制技术大体经验了以下几个发展阶段：第一个阶段为电压/频率(U/f)恒定限制，这种限制方法在低频时定子电压较低，定子漏抗压降所占的份量不能忽视，因此须要人为地把电压抬高一些，用以补偿定子压降，负载不同时须要补偿的定子压降值也不一样，在限制软件中备有不同斜率的补偿特性，以便用户选择。其次个阶段是矢量变换限制，它的方法是模拟直流电动机的限制特点来进行沟通电动机的限制，通过电机统一理论和坐标变换理论，把沟通电动机定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流重量和与之相垂直的坐标转矩电流重量，把固定的坐标系变换为旋转坐标系解耦后，沟通量的限制变为直流量的限制，于是等同于直流电动机。第三个阶段为干脆转矩限制，也叫干脆自控，它避开了矢量限制中的两次坐标变换与求矢量模与相角的困难计算工作，干脆在定子坐标系上计算电动机的转矩与磁通，使转矩响应时间限制在一拍以内，且无超调，限制性能更好。提升机限制系统的硬件由模拟技术转向数字技术，全数字变频技术应用于提升机限制。减速段速度调整采纳低频发电制动方式，将系统的动能反馈给电网，与动力制动减速相比，不仅调速性能好、减速与爬行自然过渡，而且节能效果显著。采纳现代智能限制技术实现速度电流闭环调整，使减速阶段在各种条件下均可严格依据给定的速度图运行，使沟通拖动在减速段达到直流拖动的调速性能，减速段到爬行段过渡平滑。这样在提升机系统的最大静张力差允许范围内能实现正力减速与爬行、负力减速与爬行以与验绳等多种工作方式，达到限制要求。采纳矢量限制技术零速起动转矩达150%，确保低速爬行时的启动与运行特性，输出频率跟随给定频率，并且频率与电流值可精确指示出来。从而使传动系统获得高精度、高牢靠性。采纳干脆转矩限制可改善低频特性，一般变频器虽然可以输出较低的频率，但输出力矩小，特性较软，应用于提升位能负载时，起动瞬间总要溜车。采纳特殊的软件编程，改善低频特性，即使在输出0Hz的状况下，也能输出200%的负载力矩，达到了在整个运行过程都能输出满足负载要求的力矩。完全避开了重载坡起时溜车的现象。提升机运用变频调速限制具有下列优点:(1)调速平滑、调速范围大。通过限制器的限制，变频器的输出频率可以连续调整，实现无级调速，使电动机起动电流小、动负荷小、调速平滑而无冲击。(2)调速精度高。电动机在自然特性上运转时的外特性硬，转速随负载变更小。(3)动态品质好。可使提升机的起动、制动、反转和调速过程的时间降至最少，具有良好的动态品质。(4)易实现电动机的换向，当频率降低至零后即可反向开车，采纳限制器变更相序即可实现反转，因此可在四象限内平滑的过渡。(5)节电效果显著。变频调速比转子回路串接电阻的调速方法节约电能20%～40%。3.2变频调速基本原理由电机学的基本公式:(4.1)式中电动机定子绕组的磁极对数p肯定，变更电源频率f，即可变更电动机同步转速。异步电动机的实际转速总低于同步转速，而且随着同步转速而变更。电源频率增加，同步转速n0也增加，实际转速也增加；电源频率下降，同步转速n0也下降，电机转速也降低，这种通过变更电源频率实现的速度调整过程称为变频调速。在变频调速领域，异步电机的限制方式多种多样，但从转矩的响应性和过渡特性来看，变频调速的限制方式分为以下几种:（1）V/F限制V/F限制是沟通电机最简洁的一种限制方法，通过限制过程中始终保持V/F为常数，来保证转子磁通的恒定。然而V/F限制是一种开环的限制方式，速度动态特性较差，电机转矩利用率低，限制参数(如加/减速度等)还须要依据负载的不同来进行相应的调整，特殊是低速时由于定子电阻和逆变器等器件开关延时的存在，系统可能会发生不稳定现象.这种限制方式多用于调速精度不高的场所。（2）转差频率限制转差频率限制是检测异步电动机的转速，对转差频率实行闭环限制.与V/F限制相比，调速精度要求较高，且系统简洁稳定，即能在宽广的调速范围内，将电动机的转矩、功率因数与效率限制在最佳状态。但是采纳此法的电动机调速系统只能是单机运行，同时转差频率限制未能实施对电机瞬时转矩的闭环限制，尽管这种系统的静态精度较高，但由于快速性较差，故适用于对响应的快速性要求不高的系统。（3）矢量限制矢量限制是一种建立在转子磁链定向的基础上，通过一系列的坐标变换，实现电机定子电流转矩重量和磁通重量的解耦的限制方法，可以将作为限制对象的感应电机当作直流电机来进行限制，实现对瞬时转矩的限制。目前，好用中多采纳转差频率矢量限制，由于其没有实现干脆磁通的闭环限制，无需检测出磁通，因而简洁实现。但是其限制器的设计在某种程度上依靠于电机的参数，为了削减限制上对电机参数的敏感性，已经提出了很多参数辨识、参数补偿和参数自适应方案，收到了较好的效果。(4)干脆转矩限制干脆转矩限制(DTC)也是一种转矩闭环限制方法，其克服了坐标变换和解耦运算的困难性，干脆对转矩进行限制，通过转矩误差、磁通限制误差，按肯定的原则选择逆变器开关状态，限制施加在定子端的三相电压，调整电机的转速和输出功率，达到限制电机转速的目的。由于DTC干脆着眼于转矩限制，对转子参数变更表现为状态干扰而非参数干扰，DTC方法比矢量限制方法具有较高的鲁棒性。但是DTC也存在不足之处，其最大的困难就在于低速性能不志向。3.3变频器的选择选择变频器时应以负载特性为基本依据，分析提升机的负载属于重力，其负载特性属于恒转矩负载特性。由于恒转矩负载类设备都存在肯定静摩擦力，负载的惯量很大，在启动时要求有足够的启动转矩。这就要求通用变频器有足够的低频转矩提升实力和短时过流实力。但当低速时负载较重的状况下，为提高转矩提升实力而使电压补偿提的过高，往往简洁引起过电流爱护动作。选型时应充分考虑这些状况，必要时应将通用变频器的容量提高一档，或者采纳具有矢量限制或干脆转矩限制的通用变频器。采纳矢量限制或干脆转矩限制通用变频可以在不过电流的状况下供应较大的起动转矩。对于升降类恒转矩负载，如提升机、电梯等，这类负载的特点是启动时冲击电流大，在其下降过程中须要肯定制动转矩，同时会有能量回馈，因此要求变频器有肯定余量。系统设计时应留意适当增大异步电动机的容量或增大通用变频器的容量。通用变频器的容量一般取1.1～1.5倍异步电动机的容量。3.3.1变频器的选型提升机普遍选用带低速转矩提升功能的电压型变频器，如日本的安川，三菱，富士，德国的西门子与丹麦的丹佛斯等。本系统选用西门子6SE70变频器，西门子变频器具有较合理的价格，完整的理论计算书与辅件举荐值，有利于用户合理选用。6SE07系列变频器是具有多种可供选择接线方式的设备:有将整流部分与逆变部分装于一体的变频器、用于变频器的制动电阻和制动单元、单独的整流单元、整流回馈单元和单独的逆变器。制动运行的方式:对于不常常制动的设备可以选择变频器+制动单元+制动电阻的方式;对于常常制动的设备采纳整流回馈单元向公共直流母线供电，再由直流母线向多台逆变器供电;对于不同时制动的逆变器可以在直流母线上交换能量，当制动功率大时从回馈单元向电网回馈能量；还可以将多台变频器的直流母线干脆连接，形成公共直流母线，再接入制动单元与制动电阻，当制动功率大时由制动电阻消耗能量。6SE7O系列变频器具有多种限制方式:可以设定为VVVF限制、开环矢量限制、闭环矢量限制中的一种。闭环矢量限制的性能最好，必需接入测速装置;6SE70系列变频器的全部设备均有故障自诊断功能。6SE70装置本身供应了多种牢靠有效的故障爱护措施。同时也供应了简洁好用的故障查询手段，装置可以记录同时发生的多个故障(最多达8个)，并可以保存最近8次所发生过的故障代码。变频器容量的选择变频器的容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难准确表达变频器的实力。选择变频器时，只有变频器的额定电流量是一个反映半导体变频器装置负载实力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。变频器的额定功率指的是它适用的4级沟通异步电动机的功率。由于同容量电动机，其极数不同，电动机额定电流不同。随着电动机极数的增多，电动机额定电流增大。变频器的容量选择不能以电动机额定电流为依据。同时，对于原来采纳变频器的改造项目，变频器的容量选择也不能以电动机额定电流为依据。这是因为，电动机的容量选择在考虑最大负载，富有系数，电动机规格等因素，往往电动机的容量富有较大，工业用电动机常常在50%～60%额定负荷下运行。若以电动机额定电流为依据来选择变频器的容量，留有富有量太大，造成经济上奢侈，而牢靠性并没有因此而得到提高。变频器与电动机的匹配主要是电动机的额定电压与电流，假如电动机额定电流小于同功率的变频器额定电流，一般来说用同等功率的就足够了，但假如大了，只好用大一级的变频器。对于鼠笼式异步电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流大于电动机的最大正常工作电流1.1倍为原则，这样可以最大限度地节约资金。在选用变频器时除了考虑技术性和牢靠性外还应考虑经济性，一般不要留有太大功率余量，变频器与电动机两者的功率应相匹配，不但经济性好而且输出波形更好。提升机平均起动转矩一般来说可为额定力矩值的1.3～1.6倍。考虑到电源电压波动因素与需通过125%超载试验要求等因素，其最大转矩必需有1.2倍的负载力矩值，以确保其平安运用的要求。等额变频器仅能供应小于150%超载力矩值，为此可通过提高变频器容量或同时提高变频器和电机容量来获得20%力矩值。提升机构变频器容量依据负载功率计算，并考虑2倍的平安力矩。若用在电机额定功率选定的基础上提高一挡的方法选择变频器的容量，则可能会造成不必要的容量损失。3.3.3变频器主电路设计与参数设定变频器可以输出频率可调的沟通电源，在变频器的限制输入回路中接入频率设定电路，本系统中通过PLC输出电压信号(0～12V)来限制变频器的频率。变频器的容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量，其中后两项变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难准确表达变频器的实力。还可以将多台变频器的直流母线干脆连接，形成公共直流母线，再接入制动单元与制动电阻，当制动功率大时由制动电阻消耗能量。选择变频器时应以负载特性为基本依据，分析提升机的负载属于重力，其负载特性属于恒转矩负载特性。由于恒转矩负载类设备都存在肯定静摩擦力，负载的惯量很大，在启动时要求有足够的启动转矩另外在变频器的外围加设有声光报警输出口与制动单元，能够实现变频器故障报警和平安制动，更有效的对限制系统进行平安爱护，变频调速主控电路如图3-1所示。3-1变频调速主控电路图声光报警回路：变频器报警输出的动断（常闭）触点30B-30C串联在KM1的线圈电路内，当变频器因故障不能正常工作时，报警输出的常闭触点动作，使KM1线圈失电，将变频器与电源断开，进行平安爱护。为了爱护报警输出的触点，在接触器的线圈两端，并联阻容汲取电路（即RC震荡电路）。同时（常开）触点30B-30C闭合，将报警指示灯HL和电笛HA接通，进行声光报警。与此同时，断电器KA1得电，其触点将声光报警电路自锁，使变频器断电后，声光报警能持续下去，直到工作人员按下ST1停为止，报警才能解除。制动限制回路：提升机负载由于惯性较大，当变频器的输出频率下降至0Hz时，常常停不住，而有“蠕动”(也称爬行)现象，在矿山提升机这种大负载机械中，蠕动现象有可能造成特别危急的后果。为此，变频器调速时应设置能耗制动和直流制动功能。有关功能的参数系统存储在装置中的参数组的结构菜单中，因而，一个菜单代表装置全部参数中的一套参数，一个参数有可能列入几个菜单。参数表指明一个参数作列入的菜单，通过配置给每个菜单的菜单号，使其赋值生效。参数设置步骤分为三类:(1)参数复原到工厂设置工厂设置时装置全部参数被定义的初始状态，装置在这个设置下进行供货。(2)应用参数设置步骤简洁应用的参数设置常用于已精确了解装置的应用条件且无需测试以与须要相关扩展参数进行补充的状况:(3)用的参数设置专家应用的参数设置常常用于实现不能确定了解装置的运用条件且详细的参数调整必需在本机上完成的状况。在参数设置中用到的是专家应用、专家应用的参数设置主要分为以下几个步骤:功率部分的定义(P060=8)、电子板的定义(P060=4)、系统定义(P060=5)、功能调整。第4章PLC在提升机变频限制系统中的应用4.1PLC概述国际电工委员会（IEC）于1982年11月1985年1月对可编程序限制器作了如下的定义：“可编程序限制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采纳可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和算术运算等操作的吩咐，并通过数字式模拟式的输入和输出，限制各种类型的机械或生产过程。可编程序限制器与其有关设备，都应按易于与工业限制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。具有其他工业设备难以具备的特点：PLC具有以下特点:(1)牢靠性高。在I/O环节，PLC采纳了光电隔离、滤波的多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采纳E2PROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。(2)限制功能强。PLC所采纳的CPU一般是具有较强位处理功能的位处理机，为了增加其困难限制功能和联网通信等管理功能，可以采纳双CPU的运行方式，使其功能得到极大的加强。(3)编程便利易学。第一编程语言(梯形图)是一种图形编程语言，与多年来工业现场运用的电器限制图特别相像，理解方式也相同，特别适合现场人员学习。(4)模块化结构，扩展实力强。依据现场须要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的PLC可用于限制从几个I/O点到几百个I/O点的限制系统。(5)与外部设备连接便利。采纳统一接线方式的可拆装的活动端子排，供应不同的端子功能适合用于多种电气规格。(6)适用与恶劣的工业环境。采纳封装的方式，适合于各种振动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。(7)体积小、重量轻、功耗低、性价比高。修理便利，功能更改敏捷。4.2本系统中PLC的选型与特点三菱PLC有如下系列:Q系列,AnS系列，QnA系列，A系列和FX系列前四个系列的PLC为模块型。可按要求配置。FX系列PLC为单元型，内含CPU、电源和固定搭配的输入/输出。Q4AR系列为双机热备系列，最大输入输出点数为8192点。A系列PLC的最大输入输出点数为2048点。F系列程控器的最大输入输出点数为256点。

三菱小型FX2N系列程控器的输入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊功能模块，不超过8个。FX系列PLC依据输入输出点数不同与功能分为多个不同的系列：输入出点数在30点以內可运用FX1S系列

输入出点数在128点以內可运用FX1N系列

输入出点数在256点以內可运用FX2N系列

FX2N系列是PLCFX家族中最先进的系列。基本单元(16～128点)有继电器或晶体管输出,最多可扩展到256点。內置有8K步RAM(最多可扩展到16K步)可选用存储卡盒,有RAM,EPROM和EEPROM。FX2N系列PLC的特点：(1)高速的运算速度基本指令：0.08微秒/指令，应用指令：1.52至几百微秒/指令。(2)更敏捷的配置除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，六个基本FX2N单元中的每个单元可以扩充到256个I/O。可增加一个通道,如:连接一台人机界面显示单元DU，另外一个连接编程器或连二台DU。

(3)丰富的软元件3072点协助继电器(M)、256点计时器、235点计数器、8000数据寄存器和1000点状态继电器(S)。4.3PLC限制系统设计4.3.1PLC的I/O安排为提高系统牢靠性，PLC的输入输出信号均采纳肯定的信号隔离方式:输入信号，开关量信号通过继电器隔离安排，电平信号通过信号安排板隔离安排;输出信号，通过中间继电器转接来限制执行对象。在设计时需统计I/O的总量，包括开关量和模拟量，以确定选用PCL的模块数量以与型号。详细安排如下表，FX2N-A-1系列PLC限制系统的输入信号与地址编号如表4-1所示。表4-1输入点地址编码名称地址编码名称地址编码电机A轴编码器（速度）X0半自动X24电机B轴编码器（速度）X1主系统X25电机B轴编码器（深度）X2备系统X26辊筒编码器（速度）X3人员X27深指编码器（速度）X4材料X30心跳脉冲输入X10调绳X31验绳X11正常X32KP开关X12调阀X33修理X13G1X34应急X14G2X35上过卷X15G3X36无过卷X16G4X37下过卷X17调绳限制开关通X401#KT转换开关X20调绳限制开关断X412#KT转换开关X21故障复位X42手动X22半自动运行X43自动X23深度清零X44语音复位X45深指上井口开关X63急停X46深指下井口开关X64备用X47井筒上过卷X65三倍静力矩试验按钮X50井筒下过卷X66主令零位停车X51井筒上终端X67主令上升X52井筒下终端X70主令下降X53井筒上减速点X71紧闸开关X54井筒下减速点X72松闸开关X55井筒上井口开关X73深指上过卷X56井筒下井口开关X74深指下过卷X57井筒上校正开关X75深指上终端X60井筒下校正开关X76深指下终端X61闸瓦开关X77深指减速点X62FX2N-B-1系列PLC的限制系统的输入信号与地址编号如表4-2所示。表4-2输入点地址编码名称地址编码名称地址编码松绳开关X0KT2出口压力开关X14深指失效1X1制动油温度开关X15深指失效2X2压差发讯器信号1X16电机风机运行反馈X3压差发讯器信号2X17变频运行反馈X4润滑油欠压信号1X20主电失压X5润滑油欠压信号2X21变频故障X6润滑油过压信号X22A管电子压力继电器X7压差开个信号X23电子温度继电器开关X10液位限制上限X24紧闸反馈继电器X11液位限制下限X25松闸反馈继电器X12液量开关X26KT1出口压力开关X13制动阀运行反馈X27FX2N-C-1PLC的限制系统的输入信号与地址编号如表4-3所示。表4-3输入点地址编码名称地址编码名称地址编码制动泵故障反馈X0调绳阀锁开关X10润滑泵运行反馈X1硬解除二级制动中继X11润滑泵故障反馈X2备用1X12后备爱护开关X3备用2X13提示信号X4备用3X14平安继电器反馈X5备用4X15调绳离合器1X6闸控开关X16调绳离合器2X7FX2N-B-1限制系统的输出信号与地址编号如表4-4所示。表4-4输出点地址编码名称地址编码深度速度数显表RCKY0深度速度数显表SCKY1深度数显表Y2速度数显表Y3主PLC心跳输出Y4FX2N-A-1限制系统的输出信号与地址编号如表4-5所示。表4-5输出点地址编码名称地址编码名称地址编码电磁阀中继G3Y0检绳故障Y21电磁阀中继G4Y1深指失效指示Y22电磁阀中继G5Y2制动油过压指示Y23电磁阀中继G6Y3等速段超速指示Y24语音报警1Y4减速段超速指示Y25语音报警2Y5爬行段超速指示Y26语音报警3Y6闸瓦磨损指示Y27软平安回路中继Y7离合器打开Y30减速点打铃Y10离合器合上Y31电机风机运行输出Y11变频正转输出中继Y40PLC监视输出Y12变频反转输出中继Y41主允许一次提升输出Y13变频预留Y42制动泵运行输出Y14变频多段速1Y43润滑泵运行输出Y15变频多段速2Y44闸控输出Y16变频多段速3Y45一次提升故障指示Y204.3.2PLC接线图第5章PLC限制程序设计5.1PLC软件概述与提升机PLC限制要求三菱PLC的编程软件有几种，在此用到的是Gxdeveloper，是一款可兼容三菱各种型号PLC的编程软件，有离线仿真功能。(1)GX开发器1)开发器(GPPW)可以用于生成涵盖全部三菱电机PLC设备的软件包。运用软件可以为Fx/AQnA/Q系列PLC生成程序。2)开发器(GPPW)运用Widnows操作平台以提高工作效率，便于调试操作和修理操作。3)梯形图、指令表、或者是SFC(时序功能图)进行编程。4)可以与原先包括基于DOS操作系统的程序在内的编程软件相兼容。5)维护包括监控和程序/参数上载和下载，通过调制解调器通讯即可实现。(2)提升机PLC限制系统要求1)提升机速度(PLC)限制方式提升速度的给定方式有两种:一种是给定速度为时间的函数，v=f(t);另一种是给定速度为行程的函数，v=f(s)。为了提高提升机运行速度限制的精度，在速度给定电路中增加了加速变更率限制环节，即不但要限制加速度，而且还要限制加速度的变更率。为了提升机运行的平安牢靠，采纳行程给定和时间给定串级连接。在速度图中不出现折线，实现S形速度给定曲线。2)提升机行程(PLC)限制方式通过井筒开关、旋转编码器检测提升行程。其中一个旋转编码器安装在提升机的主轴上，另一个旋转编码器安装在提升电动机轴上，天轮轴上的安装旋转编码器作为行程检测后备器件。井筒开关用来校正行程显示和限制信号，使行程限制和显示误差缩小到允许范围。5.2程序设计(1)软件结构由于系统限制核心主要由PCL和上位机组成，因此，软件包括PLC限制软件和上位机组态软件。PLC软件的主要功能是对提升机的启动、加速、减速、停车等过程限制、信号采集、逻辑处理。PLC软件设计采纳模块化结构，程序编制采纳梯形图。上位机软件主要对系统运行状态、故障状态实时监控，对运行数据、故障数据进行存储和记忆。PLC软件结构的设计是依据提升机工艺和限制要求，将限制任务和过程分解为很多子过程和子任务，再对各个子过程和子任务进行模块设计、功能说明，形成一个模块化的程序结构。如图5-1所示。图5-1PLC软件结构图(2)设计思路软件部分说明由于限制工艺比较困难，本程序采纳主子程序模块化依次结构进行编程，程序中的内存地址可分成:参数设定、上位机显示、故障存储、运行数据存储、中间量这五部分，系统各种子程序均由主循环程序调用执行，按事先输入的限制程序实现自动限制，系统编程敏捷，修改程序便利，仅需修改子程序梯形图程序就可变更限制功能，便于现场维护管理，使提升机运行平安性和牢靠性得到了大幅度提高。主程序和部分子程序分别介绍如下:1）限制程序限制子程序流程图如图5-2所示。提升信号、工作手柄以与所选择的工作方式，驱动变频器实现提升下放操作，完成对绞车的启动、加速、等速、减速、停止等运行过程的转矩和频率限制。故障时，通过对液压站电磁阀的限制，实施一二级平安制动。主要输出驱动限制功能为:a电机变频调速限制；b制动泵液压泵的限制；c液压站电磁阀的限制；d调绳调闸操作；e平安爱护、平安制动。程序置有半自动运行(主井提升可实现自动运行)、手动运行、检修运行、应急运行等四种运行方式。在正常状况下可采纳半自动或手动运行；检修运行时系统自动给定一个检修速度(0.3m/s)低速运行:当故障时，在系统爱护停机后，故障被确认但不能马上解除，此时可采纳应急运行方式，应急运行速度不超过0.5m/s。图5-2限制子程序流程图2)深度、速度检测子程序速度检测采纳光电旋转编码器双线输入。利用高速计数模块对编码器信号计数，其中一路编码器信号用于行程速度爱护，一路用于显示与监测。两套编码器的数据在程序中不断进行比较，当比较结果发生不一样时，程序会发出故障平安制动指令。3)程序软平安回路功能设置在PLC软平安回路中具有如下爱护接点:过卷爱护、主电源失压、制动油过压、后备爱护、变频故障、操作台急停信号、减速段超速、等速段超速、爬行段超速、松绳信号、深指失效、松闸爱护、错向爱护、编码器失效、PLC故障、溜车故障。以上任一故障发生均会断开平安回路实现平安制动。此外，主令零位、工作闸零位与平安回路闭锁。4）爱护设置子程序对各种爱护点(减速点开关、过卷开关、终点开关、解除二级制动中继接点等)除在外部设置硬接点外，在程序中也设置软开关进行双重爱护，在程序中设置的爱护如下:过卷爱护，当提升容器超出正常停车位置0.5m时，过卷爱护动作，实现平安制动。等速段超速、减速段超速、爬行段超速爱护。程序中设置各种运行方式下的速度爱护包络线，对各种状况的超速全程监控，任何超速均会断开平安回路，实现平安制动。自动减速功能，当提升容器到达减速位置时，系统发出警示铃声并起先减速。深指失效爱护，程序通过读取深度指示器上编码器的数值，与其它编码器的数值进行比较，当推断深指失效时，自动断电并实现平安制动。变频故障爱护，程序不断监测变频器运行状态，当发觉变频故障时，自动断电并实现平安制动。松绳爱护，程序不断监测松绳开关状态，当发觉松绳故障时，断开平安回路，实现平安制动。溜车爱护功能，当提升机无运行指令而有运行速度时，系统自动断开平安回路，实现平安制动。润滑油过压/欠压、润滑油超温、闸瓦磨损、制动油超温爱护功能。这类故障发生在运行中，则允许本次提升完成，但不允许下次开车。开车前出现这类故障，则不允许再开车。PLC是本限制系统中关键的一环，其主要限制电路如图5—3所示，主要的限制功能有如下几项：主令操作限制、爱护监视限制。主令操作限制，对系统进行管理，实现提升机与操作台之间的指令传递，向提升系统发出相应的指令，并变更相应电控系统的工作状态，使提升机依据预定的力图和速度图平安运行，运行方式可分为启动、等速运行、减速、爬行、停车。PLC依据运行方式对变频器实现S形速度给定限制，实现箕斗运行速度的准S形曲线。PLC还完成各种爱护监视功能。监控内容主要包括：超速监视、过卷监视、实时速度监视、井筒过卷监视、变频器故障监视、矿车行程监视、过载监视、深度指示器监视等，以上监视内容出现故障时，通过报警回路报警或平安回路实现抱闸停车爱护。1、起动，停车(1)多数变频器不能适应上电运行功能，所以应对限制系统加入爱护功能。当须要开机运行时，按下起动按钮SB1，其输出继电器KM1便吸合，置于电源与变频器之间的常开触点闭合，将三相AC380V动力电接入变频调速回路中；当减速停车，并实现机械抱闸制动后，可以将变频器与动力电源脱开，按下停止按钮SB2，使继电器KM1失电，其常开触点断开，变频器便与动力电源脱开。图5-3PLC外部接线(2)梯形图与编程语言二、上提升，下放在限制回路中利用正转继电器K1的常闭触头限制反转继电器K2的线圈；利用反转继电器K2的常闭触头限制正转继电器K1的线圈。从而达到互锁作用。其动作过程如：当要下放矿车或送工人到井下时，按下下降按钮，继电器K2吸合，其常开触点闭合，常闭触点断开。此时变频器REV与CM端相连，电机反转下放重物。同时断开继电器K1回路，形成下降闭锁；当按下上升按钮时，K2吸合，断开K1回路，形成上升闭锁。此时FWD与CM相连，电机正转上提煤车。当按下停止按钮时，全部继电器常闭触头闭合，为下一次提升做打算。三、工频与变频转换(1)工变频转换系统可使电机转速需在工频运行或变频出现故障时进行自由切换。正常工作状态，为变频调速运行。此时继电器KM2得电，KM3失电；置于变频器与电机之间的KM2常开触点闭合，跨过变频器，连接电机与三相动力电源的KM3常开触点断开。变频器接入调速回路，并接受操作台限制信号与PLC反馈信号，进行调速限制。当变频器出现故障或须要对电机进行点动调整时，按下工频按钮，使KM2断开，KM3闭合，电机进入工频状态。这样便于检修和故障解除。(2)梯形图与编程语言5.3系统抗干扰措施可编程限制器的主要应用场合是工业现场，工作环境中各种干扰对系统设备的正常运行存在着严峻的影响。所以在本系统中也不例外，有必要考虑系统的抗干扰措施。抗干扰的主要措施有：(1)数据采集采纳屏蔽电缆，全部屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用芯线也要一端接地这样可扩大屏蔽作用，并抑制芯线间干扰。必要时可采纳带有屏蔽层的输入和输出信号电缆。(2)数据采集采纳屏蔽电缆，全部屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用信号回路汇线接地，输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设，不能扎在一起，信号电缆接线端子均安装在柜体下侧。(3)数据采集采纳屏蔽电缆，全部屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用全部机柜、操作台等均需爱护接地，台柜内需有独立的PLC直流地、机壳平安地、电缆屏蔽地接地端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔离。电源柜、动力柜、变频柜进线方式均为:下进下出。(4)数据采集采纳屏蔽电缆，全部屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用引至PLC柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。(5)数据采集采纳屏蔽电缆，全部屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用同一电同等级的信号才能用一条多芯电缆传输。因此对数字信号和模拟信号，在任何状况下，都必需分开电缆进行传输。低电平信号线应与其它信号线分开。尽量缩短模拟量I/O信号线的长度，并采纳双芯屏蔽线作为信号线。(6)数据采集采纳屏蔽电缆，全部屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用保证PLC柜良好的通风环境，在设备现场，要充分考虑四周环境的影响，尽量不要将PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。结论本文主要为矿井提升机设计一套PLC限制的变频调速限制系统，设备包括系统操作台、变频柜、电源柜、动力柜与PLC实现提升机速度的可调整，以节约能源和适应生产的须要。依据要求，此系统能达到现场的运行状况、运行数据都可以在司机限制室驾驭，用户在限制室可以通过操作台或人机界面来设置提升机的运行频率、启动和停止电机，并且各环节故障信息可以在操作台或人机界面上反映出来，以用来提示用户。对本文在矿井提升机限制系统探讨中，采纳变频器和可编程序限制器相结合的方法，取得了肯定的成果，通过对已改造的提升机设备进行调研以与相关文献的阅读可以看出PLC限制的变频调速提升机有明显的社会效益和经济效益。采纳PLC后，克服了