PLC在矿井提升机控制中的应用.docx

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1、毕业论文洛阳理工学院 09届毕业生论文题 目： PLC在矿井提升机控制中的应用 英文并列题目： PLC USE ON THE SPEED ADJUSTMENT毕业生姓名： 学 专 班 号： 业： 级： OF SHAFT HOIST CONTROLING . * * 机电一体化技术 06机电（1）班导 师 姓 名：*摘要矿井提升机是矿山最重要的设备，肩负着矿石、物料、人员等的运输责任。传统 的矿井提升机控制系统主要采用继电器一接触器进行控制，这类提升机通常在电动机 转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这种控制系统存在可靠性差、操作复杂、 故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。因此对矿井提升机控制

2、系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。本文针对提升机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变 频器应用于提升机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。(1)根据提升机的运行特点，控制系统采用工控机监控提升机变频调速系统，该系统主要由上位机工控机或触摸屏)，下位机(PLC控制系统)、变 频调速系统等组成。(2)为了提高系统的可靠性，对提升机各种物理量及控制单元进行控制监控。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、编写控制流程和工程所需要的信息报表以及结果打印等。(3)主控系统采用PLC系统，硬件简洁、软件

3、灵活性强、调试方便、维 护量小，配合一些专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压带 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。 减少了传统继电器接触式控制系统的中间环节，减少了硬件和控制线，极 大提高了系统的稳定性，可靠性。(4)电气拖动单元采用目前先进的变频调速方案。采用矢量控制技术适合提升机工作环境，只需在控制单元给出对变频器的控制命令(正转、反 转、多段速等)即可使提升机按照设定的速度曲线运行，满足提升阶段稳 定运行的要求。 (5)在故障保护上采用软硬件相结合，根据故障信号的轻重度分开轻重 等级，与故障操作保护系统进行逻辑运算和判断，最后处理为不同的故障 处

4、理动作，同时这些信号将在上位机中显示故障类型并控制声光报警。设 置软硬两套安全回路，将各种重度故障信号送给安全回路，一旦出现重故 障安全电路立即断开，系统进行紧急制动。 运行表明，采用该控制系统，使提升机工作可靠，使用方便，同时具有 动态显示的功能，节能效果明显。关键词:矿用提升机，变频调速，矢量控制，可编程控制器，组态软件ABSTRACTThe shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used totransport the materials, staff and equipment .The traditio

5、nal shaft hoist controlsystem is always controlled by the relay-contactor，and adopts the methods ofconnect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjustspeed. The system has many disadvantages such as bad reliability, complicated operation, high fault rate, large energy-wast

6、ing and low efficiency. So,carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings, and it is a subject for research by relevant experts and scholars both at home and abroad too. To these questions existing in the shaft hoist control system，the paper applied PLC(Programmabl

7、e Logic Controller) and frequency converter to the system, and have carried on deeper research in feasibility. (1)According to the operation characteristic of the shaft hoist, the control system adopts industry computer to monitor the Shaft Hoist frequency conversion system. The system mainly includ

8、e the host computer (industry computer or touch-sensitive screen)，the slave machine （PLC control system）and frequency conversion system.(2) To improving the system reliability, all the physical and control units of the shaft hoist are monitored. The dynamic monitor system for shaft hoist is composed

9、 of industry computer (or touch screens) and configuration software. The user can complete the animation designing, equipment connecting, programming the flow of control, getting the information and printing the result in the environment of configuration. (3) The main control system adopts PLC syste

10、m. It has many advantages such as the simple hardware, flexible software, convenient debugging and less work for maintenance. We can control the brake with high pressure or lower frequency in conjunction with the control equipment of shaft hoist which is composed of specialized electronic module. At

11、 the same time, it can measure each motors fault phenomenon and send the signal to computer to display, which reduced the intermediate link of traditional relay contactor control system, and the system stability and reliability be improved greatly.(4) The electrical driving unit adopts the most adva

12、nced frequency conversion technology, the vector control technology is suitable for the working environment of shaft hoist. We can make the elevator to run according to the specified spee curves to meet running stability at the upgrade state, just by giving the control orders of the inverter (revers

13、e rotation, positive rotation etc) in the control unit. 5) The combination of hardware and software is used in fault protection. The fault signal changes to different fault operations according to the result of logic operation and judgment about the different grades of fault signal with fault protec

14、tion system. At the same time these signals will be shown in PC and control the sound and light alarm. The system sets two kinds of security loop, and sends various serious signals to the security loop, breaks down the security circuit once the system has serious faults and brakes immediately. The r

15、uning indicates, adopting this control system, the shaft hoist works reliably, easy to use, energy-saving well, and have dynamical shown function. KEY WORDS:shaft hoist, frequency conversion, vector control, PLC (Programmable Logical Controller), configuration software目录第一章：绪论第二章：PLC在提升机变频控制中的应用第三章：

16、PLC的型号选择 第四章：变频器的容量及型号选择 4.1）变频器容量选择 4.2）矢量变频调速较之传统调速的特点4.3）变频器的型号选择五章：PLC程序及相关控制电路设计 第六章：总结及展望矿井提升机的PLC变频控制第一章：绪论课题来源 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、研石、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I。提升机的电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处于 过负荷运转和电动、制动不断地转换的状态中。对提升机

17、来说，运行的安全、可靠性是 至关重要的，主井直接关系到矿山的生产效率，作为运送人员的副井，一旦发生故障， 往往造成机毁人亡23。提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力， 影响整个矿山的经济效益，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造 即安全可靠又节省能源的提升机是煤矿安全生产的一项重要课题。近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两者相互促 进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流 慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢 量控制的交一直一交变频原理后，标志着用同步电动机来代

18、替直流电机实现调速的技 术时代已经到来4。1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世， 1988年由MAV GHH和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德 国Rom berg矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升 机。 在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器 (PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高 度，并提

19、供了新的、现代化的管理、监视手段。特别要强调的是，此时期在国外一些著名的提升机制造公司，如西门子、ABB, ALSTHOM都利用新的技术和装备，开发或完善了提升机的安全保护和监控装置，使安全保护性能又有了新的提高(510 就在国外 科学技术突飞猛进发展的时候，我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况。直 到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的 交流调速系统，设备陈旧、技术落后。国产提升机安全性、可靠性差，在关键部位 上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置，就提升机控制技术而言，依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。 矿井提升系统的类型很多，

20、按被提升对象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升 井道角度分:竖井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、 罐笼提升、矿车提升;按提升类型分:单绳缠绕式和多绳摩擦式等f21。我国常用的 矿用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。我国的矿井与世界上矿业较发达的 国家相比，开采的井型较小、矿井提升高度较其他矿(如金属矿、非金属 矿)则较少。因此在20世纪60年代开始单绳缠绕式矿井提升机采用较多 目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统 用于单绳缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机的有JKM, K/J系列。这 几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。

21、串电阻调速 是一种恒转矩调速方法转子功率的损耗随着串入的电阻的增大而增大。尽管转 子串电阻调速方法很不经济，低速特性也很软，稳定性差，但是由于这种调速方 法比较简单易行，起动转矩较大在拖动起重机等中、小容量的绕线式异步电动机 中仍然应用广泛。20世纪80年代，我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管直流电动机控制系统。 直流电动机传动有两种电控系统，一种为直流发电机直流电动机机组，另一种为晶闸管直流电动机系统。我国自己生产的晶闸管直流电动机控制系统应用于20世纪90年代。这种控制系统的优点是:体积小、重量轻、占地面积小;基础省、单机容量大，适用范围广;调速平稳、调速范围广、调速精度高;易于控制，

22、能实现 自动化，安全可靠;节约电能 。 矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要 求，使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技 术水平(7l。比较国内外矿用提升机系统，具体来说国外矿井提升机在电控方面的 应用特点有以下几个方面：1)提升工艺过程微机控制 提升工艺过程大都采用微机控制，由于微机功能强，使用灵活，运算速度快，监 视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。 2)提升行程控制 提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升容器在预定地点准确停车， 要求准确度高，目前可达到士2cm。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转 角脉冲变换

23、、钢丝绳打滑、井筒、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出容器准 确的位置而施以控制和保护。一般过程控制用微机作监视，行程控制也采用单独下位 机完成。 3)提升过程监视 提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节7l。提升过程采 用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。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储、保留或 打印输出。甚至与上位机联毕业论文网，合并于矿井监测系统中。 4)安全回路 安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提

24、升机进入安全保护状态的极 为重要的环节。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法。安 全回路极为重要，它是保护的最后环节之一，英、德几家公司都采用两台PC微机构成 安全回路，使安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是安全回路本身出 项故障时都能准确地实施安全制动7l(9104)安全回路 安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态的极为 重要的环节。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方法。安全回路极为重要，它是保护的最后环节之一，英、德几家公司都采用两台PC微机构成安全回路，使安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是安全回

25、路本身出项故障时 都能准确地实施安全制动7l(910 而在电力拖动方面，近几年国外出现了不少新拖动方式，交一交变频供电方式就是最有 有代表性的是西门子公司和ABB公司。我国在20世纪90年代也引进了交流变频调速提升机 控制系统。变频调速方式类似于它励直流电动机取得很宽的调速范围、很好的调速平滑 性和有足够硬度的机械特性，在提升机应用中显示了其独特的优势。 .1.3本文内容及研究意义 研究内容 当前国内提升机电控绝大多数还是转子回路串电阻分段控制的交流绕线式电机继电 器接触器系统，设备陈旧、技术落后。而且这种控制方式存在着很多的问题:前途的一种210 20世纪80年代西欧一些工业先进国家将交流变

26、频调速技术应用于提升机，n n n n n n1)转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。 2)电阻分级切换，为有级调速，设备运行不平稳，容易引起电气及机械冲击。3)继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器使用寿命，维修成本较高。 4)交流绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题，容易引起设备事故。 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，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。n上述问题使提升机运行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需要研制 更加安全可靠的控制系统，使提升机

27、运行的可靠性和安全性得到提高。在提升机控制 系统中应用计算机控制技术和变频调速技术，对原有提升机控制系统进行升级换代。n就计算机技术在工业现场应用情况而言，可编程控制器(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照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控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小， PLC技术己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(21。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、

28、低速爬行等各种运动方式的控制要求n而在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，运用现在先进的矢量控制技术，不 但适合提升机运行工艺的要求，还将解决整套提升机系统的电力拖动方面的一系列 问题。变频装置取代复杂的串联电阻切换装置，对提升机运行速度曲线、转矩大小 的要求都由变频器来完成，简化了控制操作流程，提高了控制精度。n第二章：PLC在提升机变频控制中的应用nn1、变频调速的发展及在提升机系统中的应用传统调速系统中，直流调速以其控制容易，调速精度高等特点长期占据了主导 地位，但是由于结构复杂，过流能力不强，环境适应差，难以实现高速度化等原因，一直限制了其应用范围的进一步扩大。相比较而言，交流异步

29、电机具有环境适应能力强、过流能力大、牢固耐用、结构简单、容易维护及价格低廉等优点，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控制理论的飞速发展， 现代控制理论越来越多的应用到交流调速系统中，使得交流调速性能可以和直流调速相媲美、相竞争，交流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，更为高性能交流调速系统的实现奠定了基础，目前己 经进入了实用化阶段，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。n n交流电动机变频调速控制技术大体经历了以下几个发

30、展阶段： 第一个阶段为电压/频率(Ul f)恒定控制，这种控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略，因此需要人为地把电压抬高一些，用以补偿定子压 降，负载不同时需要补偿的定子压降值也不一样，在控制软件中备有不同斜率的补偿 特性，以便用户选择。n第二个阶段是矢量变换控制，它的方法是模拟直流电动机的控制特点来进行交流电动机的控制，通过电机统一理论和坐标变换理论，把交流电动机定子电流分解成磁 场定向坐标的磁场电流分量和与之相垂直的坐标转矩电流分量，把固定的坐标系变换 为旋转坐标系解祸后，交流量的控制变为直流量的控制，于是等同于直流电动机。n第三个阶段为直接转矩控制，也叫直接自控

31、，它避开了矢量控制中的两次坐标变 使转矩响应时间控制在一拍以内，且无超调，控制性能更好。换及求矢量模与相角的复杂计算工作，直接在定子坐标系上计算电动机的转矩与磁通，n提升机控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控制。减速段速度调节采用低频发电制动方式，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。采用现 代智能控制技术实现速度电流闭环调节，使减速阶段在各种条件下均可严格按照给定 的速度图运行，使交流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。n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

32、与爬行、负力减速与爬行以及验绳 等多种工作方式,达到控制要求。采用矢量控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准确指示出来。从而使传动系统获 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。采用特殊的软件编程， 改善低频特性，即使在输出OHz的情况下，也能输出200%的负载力矩，达到了在整个运行过程都得高精度、高可靠性。采用直接转矩控制可改善低频特性，普通变频器虽然可以输出较低的频率，能输出满足负载要求的力矩。完全避免了重载坡起时溜车的现象。n n提升机使用变频调速控制具有下列优点： (1)调速平滑、调速范围大。

33、通过控制器的控制，变频器的输出频率可以连续调节，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。n n(2)调速精度高。电动机在自然特性上运转时的外特性硬，转速随负载变化小。 (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。n(4)易实现电动机的换向，当频率降低至零后即可反向开车，采用控制器改变札序即 可实现反转，因此可在四象限内平滑的过渡。n(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%.第三章：PLC的型号选择现在市场上可供选择的PLC型号很多，但鉴于性价比和大家熟悉的类型，本文以河 南登封豫安煤矿

34、矿井提升机电控操作台所选PLC型号及参数为例进行介绍。 豫安煤矿矿井提升机电控操作台上的PLC为三菱FX系列，具体型号为FX2N-32MR、FX2N64MR,并且为了满足矿井提升机对模拟量的监控要求还配有PLC的输入、输出量转换 4A/D、4D/A，下面具体介绍一下三菱FX系列PLC的特点。 三菱FX系列是由电源、CPU、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制器。nAC电源、DC输入型的内装DC24v电源可作为传感器的辅助电源。基本单元采用易于维修的装卸端子台。标准型内装8K步有备用电池的RAM存储器。另外，若采用可选的存储卡盒，最大可扩展到16K步。关于存储器的类型，可以选用RAM、EE

35、PROM和EPROM。 FXZN内含计时功能，可以进行时间控制。PC使用A7PHP/A7HGP、A6GPP/A6PHP相对应的 编程软件，可以在RUN时改变程序。通过设定参数可以确保编程存储器内元件的注释 区域。此外还有具有利用可输入汉字的外围设备给程序加汉字注释的显示功能。为防 止顺控程序被写入或盗用，可以对程序存储器设定3级保护。具有丰富的输入输出扩 展设备:继电器输出、三段双向可控硅开关元件输出、晶体管输出;丰富的特殊扩展设 备:模拟输入输出设备、温度传感器输入、热电偶输入设备、1轴定位设备、双轴(内 插)定位设备、脉冲输出设备、高速计数器、并联连接、NELSCLNET/MIN-S3连接

36、设备、 Rs485通信设备、Rs232通信设备、ID机器连接设备、模拟量模块等z3。nFX2N系列是PLCFX家族中最先进的系列。由于FX2N系列具有如下优点:最大范围的包容 了标准特点、程式执行更快、全面补充了通功能、适合世界各国不同的电源以及满足 单个需要的大量特殊功能模块，它可以为提升机的自动化控制提供最大的灵活性和控 制能力。nFX2N系列具有较高的扩展能力以及高水平的性能:nn灵活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单元中的每一个单元可 扩充到256 I/0。控制点数从16至256点(主单元:16/32/48/65/80/128),高速运算n n n n

37、n基本指令:0. 08 s/指令 应用指令:1. 52至几百s/指令突出的寄存器容量FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩充到16K步RAM或EPROM。 丰富的元件资源3072点辅助继电器、256点计时器、235点计数器和8000点数据寄存器n表3-1列出了FX2N系列的部分功能。FX2N系列PLC内设实时时钟，使用标准型号实时 时钟可满足对时间灵敏的应用要求;增加了过程控制，可使用FX2N PID指令或易于使 用的FX2N-2LC温控模块;网络能力强，完全充足的网络模块式数据通信容易实现;具有 很强的数学指令集，使用32位处理、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能要求

38、 很高的情况;使用DIN导轨或便利的安转孔直接安装表盘，易于安装;基于Windows的GX-Developer或FX/PCS-Win软件能快速、容易的开发程序;方便直观的操作员界面，从一条完整的线路或操作员界面来选择数据编辑和显示;为大量实际应用而开发的特 殊功能，以满足不同的需求模拟I/O，高数计数器等。n在实际应用中为了提高PLC运行的可靠性和缩短扫描时间，在矿井提升机的电控操作 台上往往使用两个PLC机，即分为主机和监控机。我所在的公司做的矿井提升机的电 控操作台几乎都是如此，就拿豫安煤矿矿井提升机控制台来说，它使用的是 FX2N32MR（监控机）和 FX2N-64MR（主机） PLC。

39、n此外，PLC 在矿井提升机控制时要特别注意外界环境的信号干扰，这对于 PLC能 否正确运行起到关键作用，排除干扰信号的方法一般是采用屏蔽线。nn第四章：变频器的容量及型号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能力和 短时过流能力。但当低速时负载较重的情况下，为提高转矩提升能力而使电压补偿提 的过高，往往容易引起过电流保护动作。选型时应充分考虑这些情况，必要时应将通 用变频器的容量提高一档，或者采用具有矢量控制或直接转矩控制的通用变频器 321。采用矢量控制或直接转矩控制通用变频器可以在不

40、过电流的情况下提供较大 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，在其下降过程中需要一定制动转矩，同时会有能量回馈，因此要求变频 器有一定余量。属于恒转矩负载特性。由于恒转矩负载类设备都存在一定静摩擦力，负载的惯量很大，nn4.1）变频器容量选择提升机构平均起动转即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 因素及需通过125%超载试验要求等因素，其最大转距必须有1.8-2倍的负载力矩值， 以确保其安全使用的要求。等额变频器仅能提供小于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200%力矩值。此

41、时变频器容量为1.5PcnKP/mcos式中cos电机功率因数P提升额定负载所需功率 m电机效率Pcn变频器容量K系数，K=2n提升机构变频器容量依据负载功率计算，并考虑2倍的安全力矩。若用在电机额定功 在变频器功率选定的基础上再作电流验证，公式如下: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放容损失。nIcnImn式中 Icn变频器额定电流Im 电机额定电流变频器系统器件如下图所示，主要由断路器、接触器、整流单元、逆变单元组成。nnn4.2）矢量变频调速较之传统调速的特点如下：n 1)技术性能n串电阻调速属有级调速，开环控制，调速精度低，爬行速度不易控制。重物下放操作

42、 时，需动力制动与转子电阻配合操作，全凭司机的经验和感觉，很难准确控制，安全 性能差。n变频调速属无级调速，闭环控制，调速范围大，调速精度高，爬行速度易控制，重物 下放操作时易操作，安全性能好。nn2)节电性能串电阻调速装置在减速和重物下放时需投入动力制动，消耗电源功率，并将电动机的 再生能量消耗在转子电阻上。而四象限变频调速装置在减速和重物下放操作时，能自动地将电动机的再生能量反馈至供电电网，实现再生反馈制动，节电效果明显。以250KW / 380V - 0 2.5m提升机为例，采用变频调速装置较串电阻调速装置省电63%以 上，年节约电费1015万元左右。n3)提升机保护n转子串电阻调速装置

43、，无电动机过负荷、缺相、超温保护，无限速、自动减速功能， 对过卷和超速只有单一保护功能。n转子串电阻调速装置内的主令控制器、正反向接触器通过电流大，又频繁动作，触点 易烧损;电阻发热量大、接头多、易氧化或接触不良而发热，所以维护量极大。n变频调速装置采用无触点控制，电机的正转、反转采用计算机控制，加上变频调速装 置的功率器件及控制计算机模件采用进口产品，产品质量优良可靠，维护量极低。n n4)间接经济效益 变频调速系统可以实现提升机的“软启动”和“软停车”，对提升机的机械部分冲击力小，从而可以延长提升机寿命，减升提升机的维护量。nn n4.3）变频器的型号选择通过以上的分析下面进行变频器型号的

44、选择。 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， 德国的西门子及丹麦的丹佛斯等。近年来国产变频器发展迅猛，且在技术性能有很大 进步，又加之价格便宜，故本系统选用国产英威腾CHF100系列通用变频器，英威腾变频器具有较合理的价格，完整的理论计算书及辅件推荐值，有利于用户合理选用。n n英威腾CHF100系列通用变频器技术特点如下：18.590KW变频器内置直流电抗器、提高输出侧功率因数、提高整机效率及稳定性、 有效消除输入侧的高次谐波对变频器的影响，减少外围的干扰；n n16段的简易PLC、多段速及PID控制、摆频功能； 提供多功能的4路数字量输入、1路高速脉冲

45、输入、2路模拟量输入、2路继电器输出、 1路模拟量输出；n n n n瞬时停电不停机功能； 自动电压调整：当电网电压变化时，能自动保持电压恒定； 转速追踪再启动功能，实现对旋转中的电机无冲击平滑启动； 提供RS485物理通讯端子接口，采用标准Modbus协议，支持RTU和ASCII两种传输格式， 可方便组网，实现上位机监控；n n提供可选的 LED操作面板，实现方便快捷的操作； 采用DSP控制系统，完成优化的V/F控制，全系列采用G/P合一设计。第五章：PLC程序及相关控制电路设计n n1)软件结构 由于系统控制核心主要由PLC和上位机组成，因此，软件包括PLC控制软件和上位机组态软件。PLC

46、软件的主要功能是对提升机的启动、加速,减速、停车等过程控制、 信号采集、逻辑处理。PLC软件设计采用模块化结构，程序编制采用梯形图。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。nPLC软件结构的设计是根据提升机工艺和控制要求，将控制任务和过程分解为许多子过程和子任务，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。n n(2)设计思路软件部分说明 由于控制工艺比较复杂，本程序采用主子程序模块化顺序结构进行编程，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

47、调用执行，按事先输入的控制程序实现自动控制， 系统编程灵活，修改程序方便，仅需修改子程序梯形图程序就可改变控制功能，便于现场维护管理，使提升机运行安全性和可靠性得到了大幅度提高。n由于本人能力有限，在此只对提升机的控制子程序进行简要说明和设计n n3)控制子程序系统根据提升信号、工作手柄以及所选择的工作方式，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 转矩和频率控制。故障时，通过对液压站电磁阀的控制，实施一二级安全制动。主要输出驱动控制功能为:主电机的变频调速控制;制动泵液压泵的控制;液压站电磁阀的控制;调绳调闸操作;安全保护、安全制动。n程序设置有半自动

48、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。在正常情况下可采用半自动或手动运行;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，在系统保 护停机后，故障被确认但不能立即排除，此时可采用应急运行方式，应急运 行速度不超过0. 5M/S.nn系统抗干扰措施可编程控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 常运行存在着严重的影响。所以在本系统中也不例外，有必要考虑系统的抗干扰措施。n抗干扰的主要措施有:n1) 数据采集采用屏蔽电缆，所有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。必要时可采用带有屏蔽层的输入 和输出信号电缆。n2) 信号回路汇线接，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