数字矿井提升机变频调速电控设备使用与维护教材.pptx

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1、隔爆兼本安全数字矿井提升机变频调速电控设备使用与维护唐山开诚电器有限责任公司,一、目录,电路图识别系统组成设备安装变频器使用与维护PLC控制系统使用与维护提升信号系统使用与维护,一、电路图识别,1 图纸说明 电控系统电路图是按照国家新的电气制图标准和IEC标准的有关规定绘制的。电路图采用A4图幅，一幅图面反映一种功能，并尽可能多的提供相关的设计内容，以便使用人员了解更多的信息。电控设备内部接线图和设备间外部接线图都是以电路图为依据设计的，因而调试和维修人员只要手持一本电路图就能够了解整个电控系统的硬件功能和相关接口。2 功能代号 为了识别电路图中元器件的去向，按照系统功能引入下列功能代号。 =

2、DR：变频调速系统 =AK：控制与监示系统 =PLC：PLC控制系统,位置代号 位置代号反映了电控系统中元器件的安装位置 以及与外围信号的联接 端子，一台电控箱对应一个位置代号，本系统主要的位置代号有： +VFD：变频器防爆箱 +DS：PLC防爆箱 +PA：司机操作台 + LM：提升信号箱4 举例,二、系统组成,变频绞车电控系统是由变频调速系统，PLC控制系统，信号系统三部份组成。,提升机电控系统框图,变频调速系统是根据PLC控制系统发出的控制指令，通过对绞车交流异步电动机转矩和频率的控制,来完成对绞车运行速度的控制。交流异步电动机采用了矢量控制技术后, 使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲

3、美。表现在低频输出转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。 PLC控制系统主要完成绞车从启动、加速、等速、减速、爬行到停车的整个运行过程的逻辑控制；行程测量、控制与指示；故障检测、报警与保护；安全电路及液压站工作制动与安全制动控制等。PLC控制系统极大地提高了控制系统本身的安全可靠性，使绞车控制性能和保护性能更加完善；使控制系统的硬件组成和线路更加简化；操作和维护更加容易。PLC控制系统受信号系统控制与闭锁。 信号系统是根据上下井口和各个中段的生产情况,在具备开车条件后，由各水平信号工以打点的形式,通知司机按要求开车,同时与PLC控制系统之间有各种信号闭锁,可避免因司机误操作造成安全

4、故障。信号系统内部有严格的逻辑闭锁和安全保护功能，并有信号显示，声光报警和通话功能。,变频绞车电控设备在使用时应注意:1 变频绞车电控设备主要由电力电子器件和半导体集成电路等组成,在运输及 安装过程中,严禁水泡雨淋,要尽量避免强烈的震动,尽量垂直运输。长期不 用时,应存放在清洁干燥的地方。储存与使用场所严禁有害气体和湿度超标, 防止电子元器件及有关设备受腐蚀损坏。2 设备,在出厂前均已按要求装配调试合格,严禁用户改动装置壳体结构 和电气元件,以确保本产品的防爆性能和电气性能。3 严禁对变频器进行耐压和绝缘测试。4 严禁对现场调试好的设备的电气参数和软件私自随意修改。5 严禁擅自改变设备使用电压

5、等级,更换使用对象和使用功率。6 设备安装时,应严格按照厂方提供的图纸施工。严禁在强磁场附近安放和使 用。变频器供电电源要求采用独立的变压器就近供电;供电回路馈电开关, 应尽量采用电控厂家所推荐的开关;变频器的输入与输出电缆应采用屏蔽电 缆,电缆屏蔽层尽可能多处接地,并且应尽量避免与通讯线,瓦斯检测装置和 检测线及一些电子仪器仪表等在同一巷道,同一地方相邻。,三、设备安装1 开装检查： 电控设备到达矿方后，应有专人按照验货清单核对设备数量、型号、证件和资料等；检查外包装及内部箱体是否有缺损。检验合格后，防爆设备应作好下井运输的准备。若暂时不用，应存放在清洁干燥、无有害气体的地方妥善保管。 防爆

6、设备下井前有必要进行开箱检查,主要检查经长途运输后箱体内元器件是否有损坏、脱落、缺件等情况。2 安装前准备工作 电控设备安装前应作好如下准备工作： 1)、按照电控厂家或设计院提供的电缆表购买相应规格型号和耐压等级的电缆，如动力电缆，控制电缆等。煤矿井下电缆要求全部采用阻燃电缆，控制电缆要求采用多股软铜线电缆。动力电缆（如6kV，660V，1140V）要求采用带接地线和屏蔽层的铜芯电缆。 2)、安装人员必须熟悉“绞车电控系统电路图”和“绞车电控系统外部接线图”。了解各个设备之间连接电缆的规格型号、耐压等级和长度。 3)、准备好电缆标牌，导线套管，写号笔和各种常用工具。,3 设备布置与接地 电控设

7、备布置和接地如图2所示。 电控设备应安装在干燥、通风、无腐蚀性气体的室内。最好能放在高出地面的水泥平台或钢支架上。设备后面要距墙面保持大约0.5-1m的距离，设备之间也要保持大约1.5m以上的距离,这样便于散热和走线。主回路设备和控制设备之间的距离应尽可能远一些，避免产生干扰。 电控设备应单独建立一个接地极，接地电阻要求小于1欧姆。接地母线可以采用后度不小于4mm、截面积不小于100mm的镀锌钢板或扁铁。各个电控设备可以通过接地螺钉用截面积不小于25mm裸铜线直接连到接地母线上。接地母线应在与主回路设备相连的一端与接地极相连，再由接地极与整个接地网相连。,变频器要求采用单独一台变压器(T)和馈

8、电开关(Q)供电,并要求与变频器按图所示的顺序排放在一起。馈电开关应尽可能选择电控厂家指定的产品。在安装变频器的场所不允许装设瓦斯检测仪，瓦斯探头和其它微电子仪器仪表及通讯设备。,4 电缆敷设，接线 敷设电缆时必须遵循以下原则： 1) 变频器主回路电缆（变压器副边-馈电开关-输入电抗器-变频器-电机）应采用带接地线和屏蔽层的动力电缆，接地线应可靠接在所连设备的接地端子上，屏蔽层也应在每个连接处可靠接地。 2) 变频器主回路电缆与系统中其它电缆平行敷设时应保持0.5m以上的距离。严禁与通讯线，瓦斯检测装置和检测线及一些电子仪器仪表等在同一巷道，同一地方相邻。 3) 系统中所有模拟量信号电缆均采用

9、屏蔽电缆,电缆屏蔽层要求在信号接收端单端接地。轴编码器的连接电缆要求采用屏蔽绞合电缆，电缆屏蔽层应两端接地，另外电缆从安装处到电缆沟或电缆架之间要求穿钢管过渡，防止电缆被损坏。 4) 设备之间连接电缆的两端必须要挂电缆标牌，在标牌上要注明电缆编号、起点、终点、规格(总芯数和已用芯数)。 5) 防爆设备电缆都是通过接线咀进入箱体的,一定要选择与电缆外径相匹配的胶圈和线咀走线。,接线时应注意以下几点: 1) 接动力电缆线时,剥裸的线头的长度与压线板的宽度应基本一致。控制电缆的裸线头的长度应与所连端子板的宽度基本一致。 2) 每个端子上最多只能压两条线，若多于两条时，应通过空余端子转接。 3) 两条

10、电缆接头时必须要经过防爆接线盒进行连接。 4) 每个接线头上都要求套白色塑料套管, 套管长度约2.5cm左右，套管上应同时标明本端和远端设备的端子号。如有条线一端接+DS箱X1的12号端，另一端接+PA X2的18号端，则在+DS箱内应标为：X1:12/+PA X2:18；在+PA箱内应标为：X2:18/+DS X1:12。5 轴编码器的安装位置及安装 1)安装位置:理想的安装位置是滚筒轴端一个，电机轴端一个。但实际上由于所用机械设备不同，可能存在的安装位置有：滚筒轴端,电机轴端,减速器高速轴端、低速轴端,机械式深度指示器轴端等。不管装在哪个位置，应能基本满足1个脉冲对应0.5cm1cm即可。

11、,2) 安装:轴编码器如果安装不同心，不仅容易损坏,而且给PLC的脉冲信号也可能不准确。绞车上所用的轴编码器大部分都是在现场进行安装的，因而安装的同心度很难保证,所以必须采用软连接。比较理想的软连接是用软的电缆胶皮连接，但轴编码器轴端与连接轴轴端必须绑扎结实，否则容易打滑,造成计数误差。电缆胶皮时间长了易老化，应注意及时更换。 3) 轴编码器接线: 轴编码器的连接电缆,应采用屏蔽电缆,且电缆两端屏蔽层应该可靠接地。电缆线不允须与主回路电缆一同走线，若能单独穿钢管走线，可靠性更高。对于欧姆龙的轴编码器,其接线为，棕色：电源正；蓝色：电源负；黑色：A相；白色：B相；橘红色：Z相（不用接）；屏蔽线。

12、轴编码器送电前，应检查其电源线是否正确。,四、变频器使用与维护,（一）基础知识1 异步电动机的转速: 异步电动机定子磁场的旋转速度被称为异步电动机的同步转速。 由于当转子的转速达到电动机的同步转速时其转子绕组将不再切割定子旋转磁场，因此转子绕组中不再产生感应电流，也不再产生转矩。因此异步电动机的转速总是小于其同步转速。 异步电动机的同步转速由电动机的极对数和电源频率所决定。 同步转速：ns = 60f / p 转差率 ：s = ns - n / ns 电动机的转速：n = ns ( 1 s ) = 60f / p ( 1 s ) 其中： n 电动机转速，r/min； ns同步转速，r/min；

13、 f 电源频率，Hz； p 电动机极对数； s 转差率。,2 三相异步电动机调速方法： 根据异步电动机的转速表达式可知，异步电动机的调速通过改变极对数，改变转差率和改变频率三种方式。现归纳如下： 变极调速-仅适用于笼型异步电动机 变转差率调速 a 调节定子电压 b 转子串电阻-仅适用于绕线式电机 c 串级调速-仅适用于绕线式电机 变频调速 a 交直交变频 b 交交变频 电磁转差离合器调速 3 变频调速: 变频调速是通过改变电动机定子供电频率 f 来改变同步转速 ns, 从而实现交流电动机的调速。4 交直交电压型变频器: 先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频率的交

14、流电。由于中间直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，相当于内阻抗为零的恒压源，因此 这种变频器属于交-直-交电压型变频器。,5 IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor，隔离门极双极型晶体管）： 是目前广泛应用于中小容量变频器中的一种半导体开关器件。由于它集功率MOSFET和功率晶体管的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快等特点。 6 IPM（Intelligent Power Module，智能功率模块）： 是一种将功率开关器件及其驱动电路，保护电路和部份检测电路等集成在同一封装内的集成模块。目前的IPM一般采用IGBT作为功率开关器件，通过接口电

15、路对IGBT进行驱动，并同时具有过流、短路保护，过温保护等保护功能。其功率损耗小，发热低，为解决防爆变频调速装置的散热问题提供了有利的条件。7 PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制： 在逆变器中对半导体开关元器件按一定规律控制其导通与关断，使输出端获得一系列宽度不等的矩行脉冲电压波形。改变脉冲宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，改变调制周期，可以控制其输出频率。如果所获得的矩行脉冲电压是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩行脉冲波形就叫做正弦脉宽调制波形（SPWM）。,8 矢量控制： 矢量控制的基本思想就是按照交流电动机产生与直流电动机磁场等效的原则，将

16、交流电动机的定子电流分为产生磁场的励磁电流分量和与其相垂直的产生转矩的转矩电流分量并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，故这种控制方式被称为矢量控制方式。 采用矢量控制方式后使交流电动机调速性能可以与直流电动机一样好。9 发电运行状态： 绞车在重物下放或重物上提的减速段，电机的同步转速小于实际转速，这时电机中电磁转矩方向和转子的旋转方向相反，电机是处于发电制动状态。10 动力制动(直流制动)： 在电机定子上施加直流电源，在定子内形成一固定磁场，当转子旋转时在转子内生成的感应电流所产生的转矩方向与转速方向相反，形成制动转矩。11 能耗

17、制动： 对于二象限交-直-交电压型变频器，电机处于发电状态时的再生能量通过逆变器进入直流回路，使直流母线电压升高，制动单元实时采样直流母线电压值，当其值升到某一阈值时，制动单元接通制动电组将这部份能量消耗在电组上。,12 回馈制动： 对于四象限交-直-交电压型变频器，电机的再生能量通过逆变器进入直流回路后，可通过可控整流器回馈到电网中。 可控整流器可采用整流/回馈单元和AFE回馈单元两种形式。 a 整流/回馈单元： 整流/回馈单元是由两组晶闸管三相全控桥反并联构成的，逆变桥是通过一台自耦变压器接到电网上。当电机产生再生能量使直流母线电压升高时，逆变桥可将这部份能量通过自耦变压器回馈电网。 b

18、AFE回馈单元: 整流器与逆变器具有相同的主回路结构，是由IGBT模块组成。其显著特点是电源侧电流波形为正弦波；功率因数可调；可工作在电动或发电状态；有电压提升功能可补偿电网电压降低的影响；在发电状态时，当电网电压消失时不会造成逆变失败。,（二）ZJT-200四象限隔爆型变频器,ZJT-200隔爆兼本安智能变频调速装置是我公司在引进国外先进的变频调速技术和主要元器件的基础上开发的适用于煤矿井下有防爆要求的四象限变频调速装置。1 主要特点： 1）采用全数字无速度传感器矢量控制，使系统调速范围宽，调速精度高，变频器在低频运行时也保证有100%额定转矩输出。最大转矩为额定转矩的2倍，0.5Hz可达到

19、1.7倍的起动转矩。 2）采用AFE自换相技术，在绞车减速或重物下放时，能自动将电动机的再生能量反馈至电网，实现回馈制动，节能效果明显。 3）网侧变频器采用单独的CPU实行PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测和控制，使网侧功率因数接近于1。网侧变频器采用了PWM控制，使输入电流波型为正弦波，大大减少了对电网的谐波污染，总谐波电流含量小于0.5%。 4）变频器采用交-直-交电压型主回路，整流器与逆变器结构相同，功率器件采用SKiiP模块（一种IPM模块），散热器采用高效能的热管散热器，因而使整个变频器结构紧凑，体积小，节省了安装面积。,5) 变频器具有过流，短路，过压，欠压，过温，

20、缺相等保护，安全可靠性高。 2 设备组成： ZJT-200型变频调速装置是由输入电抗器箱（+VFD1）和变频器箱（+VFD2）组成。变频调速系统是由主回路和控制回路组成。 主回路是由旁路接触器，充电电阻，输入电抗器，滤波电容器和6组SKiiP模块组成。由6组SKiiP模块组成二组三相全控整流电路，其中一组为整流器，另一组为逆变器。 控制回路是由隔离变压器，控制电源板，主控板（整流器和逆变器各一块），PIB板（整流器和逆变器各一块），显示屏（整流器和逆变器各一块），PID板（只装在逆变器上）组成。 充电接触器，充电电阻，输入电抗器等装在输入电抗器箱内，其它器件装在变频器箱内。3 设备功能： 1）

21、输入电抗器箱:箱体内主要元器件及其功能如下:, 输入电抗器: 输入电抗器的电感量是按通入变频器额定电流时其阻抗压降 为电源相电压的15%计算的。其主要功能为： * 作为储能元件，使电感上的电压与电源电压的相量和高于电 源电压， 从而可以提高变频器直流母线电压，为能量回馈制动作好准备。 * 拟制由电源回路流入的浪涌电压和电流； * 衰减由变频器产生的或外电路流入的谐波电流； 充电电阻:用来限制电容器的充电电流。 旁路接触器:当直流母线电压上升到一定值时, 自动旁路充电电阻。 变频器控制回路变压器:800VA,660V(1140V)/380V,为变频器箱电源板提供三相380V电源。 PLC控制回路

22、变压器:1200VA,660V(1140V)/110V,24V,为PLC控制箱提供电源。 熔断器RU1、RU2:用来保护PLC控制回路变压器。 制动油泵控制回路:由断路器Q1,接触器K1,热继电器KH1,油泵选择接触器K2、K3组成。为液压站制动油泵提供电源。 润滑油泵控制回路:由断路器Q2,接触器K4,热继电器KH2,油泵选择接触器K5、K6组成。为润滑站油泵提供电源。,2）变频器箱:变频器所采用的功率器件和控制板件均为进口产品, 其主要功能如下: 可控整流器:由三组SKiiP模块组成三相全控桥。由MSC2控制板通过接口板（PIB）对三相全控桥实行PWM控制，可实现能量在电源侧和直流侧的双向

23、传输，同时系统可将电源侧的功率因数调整到任何希望的数值，且电源侧的电流为近乎完美的正弦波。SKiiP模块是一种集功率半导体器件，驱动电路，检测电路，保护电路等为一体的智能功率模块（即IPM模块）。可控整流器的参数设置和运行参数及故障参数显示均在整流器上的显示屏上完成。可控整流器的主要功能如下： * 能将电动机的发电制动能量回馈到电网，实现回馈制动； * 内置的PID控制器动态调整输入电流，使直流母线电压稳定在设定值 上，不受电网电压的波动而变化； * 电源侧功率因数为1； * 电源侧电流接近正弦波，谐波含量小于5%； * 具有过压、欠压、短路、过流、过载、过温等保护。 滤波电容器:主要作为直流

24、回路滤波和储能用,能为电机提供所需的无功功率。由于用作滤波的电解电容器的电容量有较大的离散性，使它们承受的电压不相等，通过在每个电容器上并联阻值相等的均压电阻来均压。, 逆变器: 由三组SKiiP模块组成三相全控桥。由MSC3控制板通过接口板（PIB）对三相全控桥实行PWM控制，可实现能量在电机侧和直流侧的双向传输。由于采用了矢量控制技术，使交流异步电动机的调速性能与直流电动机的几乎相同。逆变器的参数设置和运行参数及故障参数显示均在逆变器上的显示屏上完成。加装在逆变器主板上的两块PID板分别用来输出电机的电流和频率。逆变器的主要功能如下： * 最大输出转矩可达到变频器额定输出转矩的2倍，并能持

25、续一分钟； * 低频运行时输出转距能达到100%变频器额定输出转矩； * 调速平滑，调速范围广（1：10），精度高（0.5%）； * 具有过压、欠压、短路、过流、过载、过温等保护。4 使用与维护： 使用时应注意：1) 变频器隔爆外壳及本安控制盒的结构和非本安及本安电路的电气参数，在出厂前均已装配调试合格，用户严禁改动变频调速装置壳体的结构和电气参数，以确保本产品的防爆性能、电气性能和本安性能。,2) 设备在带电情况下，严禁松动隔爆壳紧固件，在检修或处理故障时，请注 意“断电源后开盖”。（注：本安接线腔不受此限制）3) 外壳应可靠接地。4) 变频器主回路输入输出线切忌接反。5) 在防爆主腔内进行

26、操作时，手上必须带接地导线或静电环。6) 装置电源R、S、T停电以后5分钟内禁止对变频器隔爆主腔内的任意电路进行操作，且必须用仪表确认机内电容已放电完毕，方可实施机内作业。停电以后1分钟内禁止再次给电。7) 负载运行过程中尽量减少瞬时停电次数。8) 禁止对变频器主回路及控制回路进行耐压试验，如对与变频有电路联系的相关设备进行耐压试验之前应将与变频相关的电路切断。9) 测量变频器输出电压时必须使用整流式交流电压表，使用其它非整流式电压表测量高频脉冲电压时，容易产生误操作或显示不准确。10) 变频器安装应远离大容量变压器及电动机（容量为变频器的10倍以上）。 11) 该系统输出端不允许加装电容器或

27、阻容吸收装置。12) 该系统变频器箱与电抗器箱连接必须完全按照相关图纸进行，以保证电源电压相序一致。13) 未经唐山开诚电器有限责任公司许可，用户不得随意改动本系统安装调试后设置的ZJT-MSC参数及ZJT-MSC2参数（尤其是不允许通过操作防爆主腔内部的键盘更改ZJT-MSC2参数）。,维护与保养1) 检查与保养 变频器在正常使用时，除日常检查外尚需定期（如机器大修时或按规定且最多6个月）检查，请参照下表实施，以防患于未然。,在检查时，不可无故拆卸或摇动器件，更不能随意拔掉接插件，否则将不能正常运行或进入故障显示状态及导致元器件的故障甚至主开关器件模块损坏。 在需要测量时，应注意各种不同的仪

28、表可能得出差别较大的测量结果。推荐用指针电压表测量输入电压，用整流式电压表测量输出电压，用钳式电流表测量输入输出电流，用电动式瓦特表测量功率。2) 必需定期更换的器件 为保证变频器可靠运行，除定期保养、维护外，尚应对机内长期承受机械磨损的器件-所有冷却用的风扇和用于能量缓存与交换的主回路滤波电容器以及印刷电路板等进行定期更换。一般连续使用时，可按下表之规定更换，尚应视使用环境、负荷情况及变频器现状等具体情况而定。,3) 储存与保管 变频器购入后不立即使用，需暂时保管或长期储存时，应做到下述各项： 应放于标准规范所规定温度范围内且无潮、无灰尘及无金属粉尘，通风 良好的场所。 如果超过一年仍未使用

29、，则应进行充电试验，以使机内主回路滤波电容 器的特性得以恢复。充电时，可使用调压器慢慢升高变频器的输入电压， 直至额定输入电压，通电时间要在1-2小时以上。上述试验至少每年一次。 不可随意实施耐压试验，它将导致变频器寿命降低。4) 测量与判断 使用一般勾表测量电流时，在输入端的电流会有不平衡的现象，一般差 异在30% 以内属於正常，若差异在50%时应通知原厂更换整流桥，或检查输 入三相电压是否偏差超过 5V。输出三相电压若采用一般万用表测量时，因 载波频率的干扰，所读的数据均不准确，只作参考。输出的电压不会高于 输入端电压的有效值，若有超过表示电表被干扰，而非输出不正常。,5，常见故障处理：

30、ZJT-200变频器内部的故障信号是通过逆变侧主板上的一个DO端子输出到一个继电器上与外电路进行闭锁的。变频器整流侧与逆变侧是通过整流器的“运行信号” 进行闭锁的，如果整流侧不运行，逆变侧不能工作。变频器出现故障时，司机台上“变频器故障”指示灯就会亮，具体的故障信息在逆变侧显示屏上可以看到，如果显示的的信息是“RLY OPEN”，说明故障发生在整流侧，需要再看整流侧显示屏。整流侧与逆变侧常见故障处理分别见下表:,整流侧常见故障处理,逆变侧常见故障处理,五、PLC控制系统使用与维护,(一) 主要特点： 1 双线制:PLC控制系统主要由两套PLC系统组成。PLC1作为主控系统，PLC2作为监控系统

31、。每套PLC系统都带有各自独立的位置检测元件（轴编码器）。正常工作时，两套PLC系统同时投入运行，实现了绞车的“双线制”控制与保护。为了确保两套PLC系统能同步工作,在PLC1内对两套PLC系统的位置信号和速度信号进行实时比较，一但偏差过大，就会立即报警。两套PLC系统主要是以通讯的方式进行数据交换 2 应急方式:如果有一套PLC出现故障或其位置检测元件出现故障，则可在“应急1”或“应急2”方式下，由单套PLC继续工作。绞车在应急方式下工作时，应有的保护并没有缺少，只是没有了“双线制”。但为了保证绞车运行的安全可靠性，将运行速度降为半速。如果两套位置检测元件出现故障，绞车只能以不超过0.5m/

32、s的速度运行。 3 双路速度源：控制系统中的实际速度来自变频器和轴编码器两个不同的速度源,参与控制和超速保护的实际速度取自两者的最大值。 4 位置控制:PLC自动产生以行程为自变量的速度给定v(s)，对等速段以后的速度给定实行v(t)与v(s)双重给定，在两者不一致时，以行程给定v(s)为主。,5 试验方式:可以在静态时对系统的一些关键故障进行模拟测试。 6 半自动操作方式:与传统意义上的半自动操作方式不同,是利用司机台上的“速度选择开关”来同时控制绞车的运行速度与工作闸的开闭,特别适用于斜井绞车的运行情况。(二) 设备组成与说明： PLC控制系统主要由PLC控制箱(+DS),司机台(+PA)

33、和附件等组成。1 PLC控制箱(+DS) 主要由两套PLC、供电电源、继电器和接触器、深度信号转换板等组成。 PLC选用的是日本三菱公司的FX2N系列产品,PLC1(-A1)作为主控系,PLC2 (-A2)作为监控系统。1) PLC系统 PLC1由基本单元-A10(128MT)，模拟量输入单元-A11(4AD)，模拟量输出单 元-A12(4DA)组成；PLC2由基本单元-A20(64MT)，模拟量输入单元-A21(4AD)，模拟量输出单元-A22(4DA)组成。(1) PLC基本单元 主要由电源、CPU、锂电池、RS485通讯、数字量输入（其中:X0-X7为高速 计数器输入端）、数字量输出(晶

34、体管输出)等部分组成。,A 电源：额定输入电压:AC100240V。电压允许范围:AC85264V。本系统输 入的电源电压为AC110V。B CPU单元：CPU是PLC的核心，含有编程接口等。绞车的控制程序储存在CPU 内部的RAM存储器中，电源中断后，可由锂电池保持。PLC上有内置的 RUN/STOP”开关，由人工进行操作。 CPU工作方式: “STOP”方式 不扫描程序 禁止输出(信号状态为“0”) 可对PLC 编程或修改程序。 “RUN”方式 循环进行输入刷新、执行程序和输出刷新 面板LED指示灯主要有： 电源指示(POWER):亮时电源正常 运行指示(RUN) :亮时PLC运行正常 电

35、池电压指示(BATT.V) :亮时须在一个月内更换锂电池 出错指示(PROGE.E) :闪亮时可能程序有错 I/O点状态指示: 亮时有输入或输出信号 C 锂电池:在PLC电源故障时，保存程序和程序中所有带停电保持的软元件的 内容。,D RS485通讯:系统中两套PLC通过RS485通讯交换数据。PLC1为主站，由M800-M899，D490-D499发送数据；由M900-M999，D500-D509接收数据。PLC2为分站，由M800-M899，D490-D499接收数据；由M900-M999，D500-D509发送数据。E 数字量输入 由现场过程来的数字量信号用24VDC电压等级输入。每个输

36、入均采用光电隔离。输入信号状态变化时，PLC上有对应的灯光指示。数字量输入地址采用的是8进制数。PLC输入端子号与程序中表示的输入信号相同。X0-X7可作为高速计数器输入端，能直接接收轴编码器A，B两相脉冲信号，并能根据A，B两相的相位进行增减计数。F 数字量输出 PLC执行完整个程序后,可将运算结果通过输出端子输出。输出信号状态变化时, PLC上有对应的灯光指示。数字量输出地址也采用的是8进制数。PLC输出端子号与程序中表示的输出信号相同。,(2) 模拟量输入单元 模拟量输入单元将现场过程来的模拟量信号（电压或电流信号）采集进来，转化为PLC内部的数字量，来参与程序控制。对于4AD，外部输入

37、10V，对应PLC内部2000数字量。系统中主要模拟量输入信号有：手动速度给定（8V对应额定速度）；变频器速度（8V对应额定速度）；电机电流（10V对应变频器最大电流）；液压站油压信号。在程序中看到的都是经过规格化的实际物理量。4AD输入电压超过15V时模块就可能损坏。(3) 模拟量输出单元 PLC将运算结果（数字量）通过模拟量输出单元转化为模拟量信号（电压或电流信号）。对于4DA，PLC内部2000数字量，对应外部10V输出。系统中主要模拟量输出信号有：变频器速度给定（8V对应额定速度）；变频器速度指示（0-10V）；电机电流指示（0-10V）；液压站油压指示（0-10V）。 2) 供电电源

38、 +DS箱内的进线电源来自+VFD1箱,有AC110V和AC24V。AC110V电源直接供给 开关电源V1和V2（两开关电源都具有过载和短路保护功能）。 V1 (AC110V/DC5V）给司机台数字深度指示器提供5V电源； V2（AC110V/DC24V）通过各路断路器分别给PLC1数字量输入输出和模拟量 输入输出模块提供DC24V电源（M1+，M0）；给PLC2数字量输入输出和模拟 量输入输出提供DC24V电源（M2+，M0）；给整个控制回路提供DC24V电源 （M+，M-）。AC110V电源还通过断路器Q3供给PLC1基本单元；Q4供给PLC2基 本单元。,AC24V电源供给单相整流桥变成

39、直流后，给蓄电池进行浮充，再经过二级管 降压后，可作为UPS电源给液压站电磁阀提供DC24V电源。UPS电源可保证液 压系统在整个电源断电后，仍能正常进行二级制动。3) 继电器、接触器 PLC控制系统所选用的继电器HH54P-FL，DC24V是一种合资产品。共有4对 转换接点，带指示灯和过电压吸收元件；体积小、可靠性高；采用导轨安 装、易于更换。在控制系统中主要用作硬软件信号转换，逻辑闭锁和保护 等。接触器选用的是西门子3TH系列直流操作交流接触器，主要用在安全电 路、液压站控制、油泵控制等回路。4) 深度信号转换板 由于PLC数字量输出单元为漏型输出,而数字深度指示器的输入信号为正电平 触发

40、,因而必须在两者之间加深度信号转换板进行电平转换。实际上就是由 三极管组成的倒向器。系统中共用了三块即A101-A103。每块上有16路倒向 器。,2 司机台(+PA) 司机台主要由主令手柄、制动手柄、转换开关、按(旋)钮、指示仪表、指示灯、数字深度指示器、信号显示屏等组成。对矿用一般型和普通型系统还可配上位机。1) 主令手柄(-B1) 主令手柄是一个独立的机构，是由手柄、高耐磨电位器、和转换开关等组成。前后推动手柄时，可带动电位器的中心头滑动，按照一定的接线可连续的改变电阻值的大小，同时手柄带动转换开关旋转，在不同位置可接通相应的接点。手动开车时手柄通过改变加在电位器上的电压值，给出0-8V

41、的电压信号作为速度给定，还可给出“手柄零位”，“正向”，“反向”接点。2) 制动手柄(-B2) 与主令手柄机构相同,但作为工作闸给定时所要求的转换开关接点接通的位置不同。手动开车时手柄通过改变加在电位器上的电压值，给出0-12V的电压信号加在闸控板的输入端，经闸控板放大后可对工作闸线圈提供相应的驱动信号。制动手柄在零位时，可给出“零位”接点。3) 转换开关 主要有:“制动油泵选择”,“润滑油泵选择”,“过卷旁路”,“水平选择”,“操作方式选择”,“应急方式选择”，“半自动速度给定”等转换开关。4) 按钮、旋钮 主要有:“报警解除”,“事故复位”,“急停”,“运人” 和制动油泵和润滑油泵起停等按

42、钮；“检修”和各种试验用旋钮。,5) 指示仪表 有“电源电压指示”,“电流指示”,“速度指示”,“工作闸电流指示”, “油压指示”,“电机温度指示”。6) 指示灯 有24个故障指示灯和24个状态指示灯。7) 数字深度指示器 可以对容器的位置进行数码管精指示和发光二级管粗指示。通常以主容器在上井口的停车位置作为系统的基准点(矸石山绞车是以装载站为基准点)，对应数字深度指示器一边的精指示值为0m，粗指示在最上端。主容器在基准点以下时精指示值变为负值，以上时变为正值。精指示值的指示范围为：1999.99m。数字深度指示器的驱动信号是由PLC高速计数器采集轴编码器的脉冲信号，并在PLC内转换为位置信号

43、，经PLC输出端输出的。精指示值的增加与减少是由编码器输出的A，B两相的相位决定的。8) 信号显示屏 主要显示打点信号，如“2”：快上、“3”：快下、“4”：慢上、 “5”：慢下。提升种类信号，如“提物”、“提人”、“检修”。9) 上位机 由上位机组成的监视系统，能以内容丰富、画面鲜明生动的动态形式，实时反映绞车的各种运行状态；能自动生成速度和电流的实时趋势曲线；能逼真的模仿提升容器在轨道上的运行情况；硬软件安全电路，真实的反映了所发生的故障及故障发生的原因、日期和时间。上位机监视系统是通过与PLC控制系统通讯获得数据的。,3 附件: 主要有轴编码器,位置开关等。1) 轴编码器 轴编码器是PL

44、C控制系统中最关健的位置传感器。轴编码器的可靠性直接关系到PLC控制系统的安全可靠性。(1) 轴编码器选型:不同厂家的轴编码器其电气性能存在一定的差别。从使用 的角度来衡量轴编码器的电气性能主要有以下几点： * 抗干扰能力:在复杂的电气环境中,如在有变频器工作的现场，其输出 的脉冲信号的相位和脉冲数都应正常等。 * 精度:在高速旋转过程中,用示波器看到的脉冲波形应清晰整齐,上升沿 和下降沿陡度好,并不出现多脉冲或少脉冲现象。 * 灵敏度:在转速急速上升或下降时,轴编码器输出脉冲要能及时跟随变 化。 按照以上要求，并经过现场使用比较，选用欧姆龙的轴编码器，能够满足对变频绞车的使用要求。(2) 轴

45、编码器每转脉冲数的确定:轴编码器的脉冲数不宜过高或过低。过高 后，就会产生大量的运算数据，占用PLC的程序执行时间。当然，如果所选 的脉冲数太低，则电控系统的控制精度也就降低了。通常按照1个脉冲对应 0.5cm1cm选择。,2),位置开关 在机械式深度指示器上还装有过卷和减速开关，这些开关主要用作硬件后备保护。过卷位置和减速位置应与PLC内软件设制的位置基本一致。 (三) 主要控制功能： 控制系统的控制功能主要由PLC软件完成的。1 逻辑控制:1) 方向选择 提升方向的选择以主容器运行方向为准，主容器向上运行为正向，向下运行为反向。双滚筒绞车一般是以固定滚筒所挂的容器作为主容器。2) 速度选择

46、 根据提升种类不同和多水平提升中各运输区段距离不同，所选择的最高运 行速度也不同。本系统中的速度种类有以下几种： (1)全速:一般为运物速度。 (2)半速: 一般为运人方式和应急方式下的速度。 (3)检修速度:为检修方式下的速度0.3-1m/s。 (4)爬行速度:爬行段的速度0.5m/s。 (5)小于爬行速度: 检修方式下的最低速度0.3m/s。,3) 水平选择 在多水平提升中，根据信号系统显示的水平信号，在司机台上可以进行水平选择。水平选定后，控制系统会自动建立运行方向，自动选择运行速度，运行到所选水平后会自动减速和停车。 4) 正反向开车 （1）开车准备 （2）运行准备好 具备开车条件时,

47、若信号系统给了“允许开车” 信号,则“运行准备好” 指示灯闪亮,此时就可以开车了。 （3）开车 在手动方式下同时操作主令手柄和制动手柄就可以进行正反向开车，制动手柄要完全推到松闸位置，主令手柄用来控制速度大小。在半自动方式下通过操作“速度选择开关” 进行正反向开车，速度高低由“速度选择开关”选择，工作闸自动打开。有运行指令后，延时0-0.5S打开工作闸，让电机先建立力矩，防止倒转。 5) 减速 6) 停车,2 位置控制: 容器在轨道上运行时,需要在不同的位置有不同的速度，对实际行程也有限制,不能发生过卷或过放现象，这些都离不开位置控制。1) 位置测量 提升容器的位置信号是由PLC高速计数器接收

48、安装在绞车机械轴上的轴编码器的脉冲信号，并在PLC内将累加的脉冲数按照一定的关系换算成位置信号。这个过程涉及以下几个方面的内容。 (1) PLC高速计数器： X0-X7是FX2NPLC高速计数器的8路输入端,本系统采用X0、X1两路输入端来接收编码器A、B两相脉冲信号，并选择高速计数器C251来储存脉冲数。 (2) 轴编码器:也叫旋转编码器或光电编码器 本系统选用的是欧姆龙系列增量式轴编码器，具有抗干扰能力强、精度和灵敏度高等特点。轴编码器需要输入一路DC24V电源,并输出A、B两相脉冲信号。A、B两相脉冲的相位决定了计数方向。在PLC中反映C251计数方向的信号为M8251，M8251“OF

49、F”时为增计数，“ON”时为减计数，由此可以确定绞车的实际运行方向。 (3) 安装位置: 轴编码器的安装位置及安装前面都已经讲过，这里要强调的是如果轴编码器安装处的速比不知道，则一定要准确测量滚筒转一圈时编码器实际输出的脉冲数，这样才能准确算出位置信号。 (4) 脉冲-位置换算: 由公式：C251*D/P可算出脉冲数所对应的行程值（单位：cm）。D：滚筒直经，P：滚筒转一圈时编码器实际输出的脉冲数。 根据一定时间内测得的行程差值S与该段时间T之比ST就可算出编码器所产生的速度信号。程序中用D162表示。,2) 位置同步校正 由于钢丝绳存在拉长现象，时间一长就会造成提升容器位置偏差，但通过对PL

50、C中高速计数器的计数值进行校正，就可以消除这种位置误差。通常由装在轨道上的电感式接近开关或装在机械式深度指示器上的接近开关来完成。 所谓同步校正，就是在开关动作时，将开关所在位置所对应的脉冲数同步装入高速计数器C251中，并在此基础上继续计数。 同步开关的安装位置通常设置在减速点之前，保证容器能可靠减速。容器到达停车位置时，由停车开关再次进行位置校正。没有同步开关和停车开关时，还可由人进行手动调零。3) 位置信号 在程序中，PLC将当前行程值与设定值进行比较，可以产生各种位置信号，如减速点、二级制动解除点、2m/s限速点、各水平停车点、过卷点等。这些软开关点设置灵活方便，动作安全可靠，对绞车的