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1、礦井提升機設(shè)計（完整版） 作者: 日期: 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 礦井提升機設(shè)計 姓名： 饒祖文 2 0 15年9月20日 摘 要 畢業(yè)設(shè)計是培訓(xùn)學(xué)生綜合運用本專業(yè)所學(xué)的理論和專業(yè)知識， 用來分析和解 決實際問題的能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，對三年所學(xué)知識的復(fù)習(xí)與鞏固。同樣， 也促 使了同學(xué)們之間的相互探討，相互學(xué)習(xí)。因此，我們必須認(rèn)真、謹(jǐn)慎、塌實、一步 一步的完成設(shè)計，給我們?nèi)甑膶W(xué)習(xí)生涯畫上一個圓滿的句號。 畢業(yè)設(shè)計是一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)實習(xí)使我們了解到一些實際與理 論之間的差異。通過畢業(yè)設(shè)計，不僅可以鞏固專業(yè)知識為以后的工作打下堅實的 基礎(chǔ)，而且還可以培養(yǎng)和熟

2、練地使用資料、運用工具書的能力 ，在各位老師及有 關(guān)技術(shù)人員的指導(dǎo)下鍛煉自己獨立思考、分析、解決問題的能力 ，把我們所學(xué)的 課本知識與實踐相結(jié)合起來，起到溫故而知新的作用。在畢業(yè)設(shè)計過程中 ，我們 要較系統(tǒng)地了解礦井提升設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)， 包括從總體設(shè)計原則。本次設(shè)計 綜合三年所學(xué)的專業(yè)課程，以 《設(shè)計任務(wù)書》的指導(dǎo)思想為中心，參照有關(guān)資料， 有計劃、有頭緒、有邏輯地把這次設(shè)計搞好！ 由于時間倉促，再加上所學(xué)知識有限，設(shè)計中，難免出現(xiàn)錯誤或不當(dāng)之處，懇請 各位教師給予一定的批評和建議，我表示非常感激，并誠懇地接受 ，以便將來在 不斷的商討和探索中，有更好的改進(jìn)，以便在今后的人生道路

3、上，不斷完善。 第1章緒論 1 1. 1國內(nèi)外提升機的研究狀況 1 1.2課題研究的目的和意義 4 1. 3本論文承擔(dān)的任務(wù) 8 1.4小結(jié) 10 第2章 礦井提升機的組成及分類 11 2. 1科技名詞定義 11 2. 2礦井提升機的組成 11 2. 3礦井提升機的分類 11 第3章 礦井提升機的制動裝置與安全裝置 1 3 3. 1礦井提升機的制動裝置 1 3 3.1.1制動裝置的組成及種類 13 3. 1. 2制動裝置的作用 1 3 3.1 .3《煤礦安全規(guī)程》對制動力矩的規(guī)定 1 3 3.1.4制動裝置的有關(guān)規(guī)定 14 3.2礦井提升機的安全

4、保護(hù)裝置 14 3 .2. 1提升機機房的管理 15 3. 2.2設(shè)備電氣火災(zāi)的預(yù)防措施 1 4 3 .2.3提升機機房的保安措施 1 6 3. 2.4井下提升機電控制室對風(fēng)量和溫度的具體要求 1 6 3.2. 5斜井（巷）提升，常用的跑車防護(hù)裝置及設(shè)施類型 16 第4章提升機調(diào)速控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 17 4. 1引言 1 7 4.2提升機電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 17 4 .3提升機電控制系統(tǒng)變頻器的選擇 18 4. 4變頻控制部分設(shè)計 19 4. 4 .1變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計 1 9 4. 4 .2變頻器外電路設(shè)計 21 4. 5PLC 控制部分設(shè)計 25 4

5、.5. 1基本控制功能 2 5 4 .5.2 位置檢測電路 28 4 .6硬件調(diào)速控制系統(tǒng)保護(hù)措施 2 9 4 .6. 1調(diào)速控制系統(tǒng)抗干擾處理 3 0 4.7小結(jié) 33 第5章 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 31  5.1引言 31 5 . 2礦井提升機中S型速度曲線建模及實現(xiàn) 31 5.2.1速度曲線的選擇及給定方法 33 5.2 . 2提升機理想S型速度曲線數(shù)學(xué)模型 36 5 .2.3理想速度曲線的實現(xiàn) 39 5 .3調(diào)速空間系統(tǒng)流程 42 5.4小結(jié) 4 3 第6章 礦井提升機操作、維護(hù)與檢修 4 0 6.1 操作規(guī)程 4 1 6. 2

6、設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中的檢查及維護(hù)內(nèi)容 43 結(jié)束語 47 參考文獻(xiàn) 49 致謝 50 第1章 緒論 1.1國內(nèi)外提升機的研究狀況 近三十年來，國外提升機機械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩 者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機是電動機通過減速器傳動卷筒的系統(tǒng) ，后來 出現(xiàn)了直流慢速電動機和直流電動機懸臂安裝直接傳動的提升機。 上世紀(jì)七十年 代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理后， 標(biāo)志著用同步電動機來代替直 流電機實現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時代已經(jīng)到來。1 9 81年第一臺用同步機懸臂傳動的提升 機在德國M on op ol礦問世，1 9 88年由MAVG1H和西門子合作制造的機

7、電一體 的提升機（習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機式）在德國R omb er g礦誕生了 ,這是世界上第一臺 機械和電氣融合成一體的同步電機傳動提升機。 在提升機機械和電氣傳動技術(shù)飛 速發(fā)展的同時，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，使提升機的電氣控制系統(tǒng)更是日 新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器（PL C ）應(yīng)用于提升機控制 上。上世紀(jì)八十年代初，計算機又被用于提升機的監(jiān)視和管理上。計算機和 PLC 的應(yīng)用，使提升機自動化水平、安全和可靠性都達(dá)到了一個新的高度 ，并提供了 新的現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。特別要強調(diào)的是 ，此時期在國外一著名的提升機 制造公司，如西門子、ABE、ALSTHM都利用新的技

8、術(shù)和裝備,開發(fā)或完善了提 升機的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有新的提高。 就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時候， 我國提升機的電控系統(tǒng)很長時間都 處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機電控系統(tǒng)大多數(shù)還 是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后。 國產(chǎn)提升機安全 性和可靠性差，在關(guān)鍵部位和上下兩井口減速區(qū)段沒無有效的速度監(jiān)視裝置， 就 提升機控制技術(shù)而言，依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。礦井 提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對象分：主井提升、副井提升；按井筒的提升道角 度分：豎井（如圖1.1所示為豎井井架設(shè)備）和斜井；按提升容器分：箕斗提升、

9、罐籠提升、礦車提升；按提升類型分：單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦 用提升機主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國 家相比，開采的井型較小，礦井提升高度較淺，煤礦用提升機較多，其他礦 （如金 屬礦、非金屬礦）則較少。因此在20世紀(jì)60年代開始單繩纏繞式礦井提升機采 用較多。 目前我國提升機90沖上均采用交流繞線式異步電動機的拖動方式，其電控 系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機的有T KD系列，多繩磨擦式提升機的有 JKM幻J 系列。這幾種提升機通常在電動機轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動和調(diào)速。 串 電阻調(diào)速是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，轉(zhuǎn)子功率的損耗隨著串入電阻的增大而增大。

10、盡管轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟(jì)，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差 ，但是由于這種調(diào)速方法比較簡單易行，起動轉(zhuǎn)矩較大，在拖動起重機等中、小容量的繞線式異 步電動機中仍然應(yīng)用廣泛。 20世紀(jì)80年代，我國從瑞典、西德等國引進(jìn)2 0多套晶閘管一直流電動機控 制系統(tǒng)。直流電動機傳動有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機一直流電動機機組， 另一種為晶閘管一直流電動機系統(tǒng)。我國自己生產(chǎn)的晶閘管一直流電動機控制系 統(tǒng)應(yīng)用于2 0世紀(jì)90年代。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：體積小、重量輕、占地面積 小；基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費用低；無齒輪傳動部分（不需要減速器）、總效率高、 電能消耗少；單機容量大，適用范圍廣；調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速范

11、圍廣、調(diào)速精度高；易 于控制，能實現(xiàn)自動化，安全可靠；節(jié)約電能。 礦井提升機對安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機電控系統(tǒng) 的技術(shù)水平在一定程度上代表一個廠或國家的傳動控制技術(shù)水平。 比較國內(nèi)外礦 井提升機系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機在電控方面的應(yīng)用特點有以下幾個方 面： 1 ）提升工藝過程微機控制 提升工藝過程大都采用微機控制，由于微機功能強，使用靈活,運算速度快, 監(jiān)視顯示易于實現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實現(xiàn)的。 2） 提升行程控制 提升機的控制從本質(zhì)上說是一個位置控制，要保證提升容器在預(yù)定的地點準(zhǔn) 確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到土 2cm采用微機控制

12、，可通過采集各種傳 感信號，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處 理，計算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。 一般過程控制用微機作監(jiān)視，行 程控制也采用單獨下位機完成。 3） 提升過程監(jiān)視 提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采 用微機主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視:a、提升過程中各工況參數(shù)（如速度、電流 ）監(jiān) 視；b、各主要設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視；c、各傳感器（如位置開關(guān)、停車開關(guān)）信號的 監(jiān)視。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生 ，并對各種被監(jiān)視的 參數(shù)進(jìn)行存儲、保留或打印輸出。甚至與上位機聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測系統(tǒng)中。 4） 安

13、全回路 安全回路是指提升機在出現(xiàn)機械、電氣故障時控制提升機進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài) 極為重要的環(huán)節(jié)。為確保人員和設(shè)備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方 法。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一。英、德幾家公司都采用兩臺 PC微機構(gòu)成安全回路，使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，無論是提升機還是 安全回路本身出現(xiàn)故障時都能準(zhǔn)確地實施安全制動。 而在電力拖動方面，近幾年國外出現(xiàn)了不少新拖動方式，交一交變頻供電方 式就是最有前途的一種。2 0世紀(jì)80年代西歐一些工業(yè)先進(jìn)國家將交流變頻調(diào)速 技術(shù)應(yīng)用于提升機，有代表性的是西門子公司和 ABB公司。我國在2 0世紀(jì)90 年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機

14、控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵直流電動 機,取得很寬的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機械特性，在提升 機應(yīng)用中顯示了其獨特的優(yōu)勢。 1.2課題研究的目的和意義 礦井提升機是煤礦，有色金屬礦生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。提升機的安全、可 靠、有效高速運行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。礦井提升系統(tǒng)具有 環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運行速度快、慣性質(zhì)量大、運行特性復(fù)雜的特點 ，且工作狀 況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。雖然礦井提升系統(tǒng)本身有一些安全保護(hù)措施，但是由于現(xiàn)場使 用環(huán)境條件惡劣，造成了各種機械零件和電氣元件的功能失效， 以及操作者的人 為過失和對行程監(jiān)測研究的局限性，使得現(xiàn)有保護(hù)未能達(dá)到預(yù)期的效果

15、，致使提 升系統(tǒng)的事故至今仍未能消除。一旦提升機的行程失去控制，沒有按照給定速度 曲線運行,就會發(fā)生提升機超速、過卷事故，造成楔形罐道、箕斗的損壞，影響礦 井正常生產(chǎn)，甚至造成重大人員傷亡，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。 所以提升機調(diào)速控制系統(tǒng)的研究一直是社會各屆人士共同關(guān)注的一個重大 課題。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機能否實現(xiàn)平穩(wěn)、安全、 可靠地起 制動運行，避免了嚴(yán)重的機械磨損，防止較大的機械沖擊，減少機械部分維修的工 作量,延長提升機械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)的自動化，改善提升性能 ， 以及提高提升設(shè)備的提升能力，對電氣傳動方式提出了更高的要求。對礦井提升 機電氣傳動系

16、統(tǒng)的要求是：有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運行，能快 速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運行，動態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動和定位功能 ，可靠性要求 目前,我國地下礦山礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升 機,主要采用晶閘管變流器一直流電動機傳動控制系統(tǒng)和同步電動機矢量控制交 一交變頻傳動控制系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)大都采用數(shù)字控制方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自 動化運行，效率高，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，運行可靠性高，但造價昂貴，中小 型礦井難以承受。對于中、小型提升機，則多采用交流繞線式電動機轉(zhuǎn)子切換電 阻調(diào)速的交流電氣傳動系統(tǒng)，即TKD電控系統(tǒng)。這種電氣傳動系統(tǒng)設(shè)備簡單，但 屬于有級調(diào)速，提升機在減速和爬行

17、階段的速度控制性能較差 ，特別在負(fù)載變動 時很難實現(xiàn)恒加減速控制，經(jīng)常會造成過放或過卷事故。提升機頻繁的啟動和制 動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗 ，另外轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制 電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，影響生產(chǎn)效益。 將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。 對于現(xiàn)采用TKD電控系統(tǒng)的中小型礦井，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交一直一交 電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機改造中應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實 現(xiàn)提升機的恒加速和恒減速控制，消除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗 ，具有十分明顯 的節(jié)能效果［10］。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了

18、接觸器、電阻器、繞線電 機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生。因此，變頻器在提升機調(diào) 速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。本文介紹變頻器在提升機調(diào)速控制系統(tǒng)中 的應(yīng)用。 1.3本論文承擔(dān)的任務(wù) 本課題擬解決的關(guān)鍵問題是控制策略研究。提升機是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè) 備，它屬于大轉(zhuǎn)動慣量機-電-液系統(tǒng),提升機要按所要求的速度圖運行，否則在 系統(tǒng)中容易產(chǎn)生大的慣性力，降低機器的使用壽命，甚至產(chǎn)生脫軌等惡性事故。 控制策略研究就是要通過電、液實時地、準(zhǔn)確地使提升機按給定的速度圖運行 ， 使控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性滿足提升機運行的要求。 本論文的研究目標(biāo)是將可編程控制器（PL C）與變頻器相結(jié)

19、合并應(yīng)用于礦山 實際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的提升機電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計，提高精度 ，在更安全的范 圍內(nèi)保證礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行。設(shè)計中充分考慮到保護(hù)系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境， 采 用控制功能強大的PL C來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型交流接觸器，簡化了控制線路，并應(yīng)用 各種現(xiàn)場抗干擾措施,包括采用電抗器、空 氣開關(guān)、及R C防浪涌震蕩電路等。 尤其在軟件中采用提升機電控系統(tǒng)中斷模塊及故障處理模塊 ，使超速報警更加科 學(xué)合理。為了更直觀的顯示提升機的工作狀態(tài)及故障來源， 增加了提升機監(jiān)視控 制系統(tǒng),通過顯示器對整個提升系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。 本論文承擔(dān)的主要任務(wù)如下： 1 ?提升機電控系統(tǒng)主電路部分，結(jié)合煤礦生產(chǎn)實際情況，

20、分析提升機工作過 程及工作特點，給出提升系統(tǒng)的整體控制方案；確定基于PLC控制的大功率礦井 提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)組成。確定各部分所要完成的控制功能， 并給出控制電 路連接電路圖，分析其功能的實現(xiàn)。并采取一些提高系統(tǒng)安全運行和抗干擾能力 的措施。 2 .控制系統(tǒng)軟件設(shè)計部分，可編程控制器 PLC有強大的可編程控制功能， 它是編程軟件TEP — 7來完成的。對于復(fù)雜的礦山提升機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)采用 P LC控制,在本文中設(shè)計出程序控制功能流程圖，并給出其它基本控制功能的梯 形圖及控制程序編程語言。提升機系統(tǒng)是一個對安全性要求極高的控制單元， 所 以在軟件設(shè)計部分應(yīng)有對其系統(tǒng)的故障診斷與處

21、理內(nèi)容， 在出現(xiàn)故障時應(yīng)能及時 報警或停車。 3. 提升機速度給定方式分析，由于礦山生產(chǎn)過程中，提升機所承受的載荷不 同、提升的方式及提升行程不同，提升機的牽引力也就不同，應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào) 節(jié),提升速度也應(yīng)能及時進(jìn)行控制；如不做相應(yīng)的處理和調(diào)整，系統(tǒng)將在較小的范 圍內(nèi)產(chǎn)生極大的累計誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)的巨大波動，造成過載或松繩等，甚至導(dǎo)致礦 車脫軌或過卷等重大事故，造成巨大的損失。所以要尋求一種控制方法來提高控 制精度。在實際中經(jīng)常采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，因其為有級調(diào)速，調(diào)速不連續(xù)，且 對電網(wǎng)沖擊大。所以尋求一種理想的速度給定方式極為重要 ，以求能夠提高電控 系統(tǒng)的控制性能，改善控制品質(zhì)。

22、 4. 保護(hù)及抗干擾措施 傳統(tǒng)交流電控系統(tǒng)可靠性差，其安全保護(hù)、閉鎖及監(jiān)測系統(tǒng)不完善 ，均為單 線系統(tǒng),且與控制系統(tǒng)相混聯(lián)，多數(shù)共用一套線路，互相影響。本文針對制約提升 機安全的主要環(huán)節(jié)設(shè)置減速、超速報警及過載、松繩、過卷等安全保護(hù)措施，增 加監(jiān)視系統(tǒng)，對提升機的運行狀態(tài)及故障來源進(jìn)行實時監(jiān)視 ，使提升安全狀況有 所改善。為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計上應(yīng)采用隔離、濾波、屏蔽、接地等 抗干擾措施，安全回路應(yīng)具有雙重冗余功能。 1. 4小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了礦井提升機信號系統(tǒng)的背景，闡述了本課題研究的目的和意 義。在此基礎(chǔ)上提出了本文所承擔(dān)主要任務(wù)和研究的主要內(nèi)容為 ：提升機電控系 統(tǒng)主

23、電路設(shè)計部分、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計部分、 提升機速度給定方式分析、保護(hù)及 抗干擾措施。在完成以上設(shè)計內(nèi)容時，此調(diào)速控制系統(tǒng)才能成為一個有機的整體， 才能安全可靠的工作，并達(dá)到預(yù)期的控制效果。 第2章 礦井提升機的組成及分類 2.1名詞定義 中文名稱：礦井提升機 英文名稱： min e wind e r; m i n e h o ist 其他名稱：礦井卷揚機；絞車;礦井絞車 定義:安裝在地面或井，借助于鋼絲繩帶動提升容器沿井筒或斜坡巷道運行的提 升機械。分“纏繞式提升機（mine dr u mwi nder）”和“摩擦式提升機（min e friction winder） ” ,百度名稱:

24、礦井提升機是礦井井下和地面的工作機械。 說明：礦井提升機是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒 中升降,完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展 演變而來?，F(xiàn)代的礦井提升機提升量大，速度高 ，已發(fā)展成為電子計算機控制的 全自動重型礦山機械。 2. 2礦井提升機的組成 礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示 系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。按提升鋼絲 繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機又分 單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單滾筒大多 只

25、有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙卷筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個 容器,運轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn) 量在1 2 0萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭 掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。 提升繩的兩端各連接一 個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡配重。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方 式分為塔式摩擦式礦井提升機（機房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提 升機（機房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升 機和多繩摩擦式礦井提升機。后者的優(yōu)點是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的 摩擦輪,從而機組

26、尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn) 12 0萬噸以上、井深小于2 100米的豎井大多采用這種提升機。 2 .3礦井提升機的分類 礦井提升機是聯(lián)系礦井井下和地面的工作機械。用鋼絲繩帶動容器在井筒中 升降,完成運輸任務(wù)。按工作方式分類如下： （一）纏繞式提升機： 纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深 度指示器和制動器等（圖2）。雙卷筒提升機的卷筒與主軸固定者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào) 繩離合器與主軸相連者稱活動卷筒。中國制造的卷筒直徑為2 ~5m。隨著礦井深 度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應(yīng)增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增 加，故不適

27、用于深井提升。 1. 單繩纏繞式提升機 根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：①單卷筒提 升機,一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容 器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出 ，帶動提升容器升降。②雙卷 筒提升機，作雙鉤提升（圖1） 0兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上，分別從卷筒上、 下方引出，卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機按卷 筒的外形又分為等直徑提升機和變直徑提升機兩種。 等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制 造容易，價格低，得到普遍應(yīng)用。深井提升時，由于兩側(cè)鋼絲繩長度變化大，力矩 很不平衡。早期采用變直徑提升機（圓柱圓錐形卷筒 ），

28、現(xiàn)多采用尾繩平衡。 2. 多繩纏繞式提升機提升機在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼 絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命； 尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。2 0世紀(jì)50年代末，英國人布雷爾（E lair）設(shè)計了一臺直徑3. 2 m雙繩多層纏 繞式提升機（又稱布雷爾式提升機）,提升高度15 8 0?234 9m，—次提升量10? 2 0t o （二）摩擦式提升機 1 93 8年，瑞典的 ASEA公司在拉維爾（L av er）礦安裝了一臺直徑1.96m 雙繩摩擦式提升機。1 9 47年德國G .H.H.公司在漢諾威（Hann ov er）礦安裝 了一臺四繩摩擦式提升機。多繩摩擦式提

29、升機具有安全性高、鋼絲繩直徑細(xì)、 主 導(dǎo)輪直徑小、設(shè)備重量輕、耗電少、價格便宜等優(yōu)點 ，發(fā)展很快。除用于深立井 提升外，還可用于淺立井和斜井提升。鋼絲繩搭放在提升機的主導(dǎo)輪（摩擦輪 ） 上，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重（錘）。運轉(zhuǎn)時，借主導(dǎo)輪的摩擦襯墊與鋼 絲繩間的摩擦力，帶動鋼絲繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為2? 10根。多繩摩 擦式提升機的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示 器、制動裝置及導(dǎo)向輪等（圖5）o主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應(yīng)具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能，其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機的生產(chǎn)能力、 工作安全性及應(yīng)用范圍。目前使用較多的

30、襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯 橡膠等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時深度指示器 偏離零位,故應(yīng)設(shè)自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。車槽裝置 用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動，可 采用彈簧機座減速器。 1. 井塔式提升機機房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地;鋼絲繩不暴 露在露天,不受雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，造價高,并不宜用于 地震區(qū)（圖3）0 2.落地式提升機機房直接設(shè)在地面上,井架低,投資小,抗震性能 好；缺點是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多，影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命 人停1狎盜V

31、If I 骰升飢剛科 團(tuán)4 落電式$蠅擎攥 第3章 礦井提升機的制動裝置及安全裝置 3. 1 礦井提升機的制動裝置 3 .1. 1 制動裝置的組成及種類 提升機制動系統(tǒng)是提升機重要組成部分，它直接關(guān)系到提升機設(shè)備的安全運 行，它由制動器（閘）和傳動裝置組成。制動器直接作用到制動力矩的機構(gòu)， 傳動 裝置是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的機構(gòu)。制動器按其結(jié)構(gòu)可分為塊閘 （角移式和平移 式）和盤閘；傳動裝置按傳動能源可分為液壓、氣動及彈簧等。 3. 1. 2 制動裝置的作用 提升機在礦井中擔(dān)負(fù)著提升煤炭、 矸石、升降人員和設(shè)備、運送材料及工具 等任務(wù)。它是溝通礦井地面與井下的運輸設(shè)備，

32、是礦井的重要設(shè)備之一。而礦井  提升機的制動和安全保護(hù)裝置是提升系統(tǒng)的重要組成部分， 它直接影響提升機正 常工作和安全運行，因此對提升機的制動器和安全保護(hù)裝置必須給予充分的重 視。并加強機房管理，為操作人員創(chuàng)造一個更好的更安全的工作環(huán)境。礦井提升 機制動裝置的用途是： (1) 在提升終了或提升機不工作時，可靠地閘住提升機一一停車制動 ； (2) 減速階段參與提升機的速度控制一一工作制動； (3) 作為安全機構(gòu)，發(fā)生緊急事故時控制 進(jìn)行安全制動 ； (4 )對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)一一緊急制動； (5)雙卷筒提升機動作調(diào)繩離合器時，應(yīng)能閘住活卷筒，動作死卷筒。 3.1.3《煤礦安全

33、規(guī)程》對制動力矩的規(guī)定 ① 對于立井或傾角大于30度的斜井最大制動力矩不得小于提升或下放最大 靜負(fù)力矩的3倍； ② 對于雙滾筒提升機.為了使離合器打開時能制動住游動滾筒、制動器在一 個滾筒上的制動力矩，不得小于該滾筒懸掛提升容器和鋼絲繩重力所產(chǎn)生的力矩 的1 . 2倍； ③ 在同一制動力矩作用下，安全制動時，上提及下放貨載。其減速度是不同 的。在立井和傾斜巷道中使用的提升機，安全制動時，全部機械的減速度必須符 合下表的規(guī)定； ④ 對于摩擦式提升機工作制動或安全制動的減速度、不得超過鋼絲繩的滑動 極限。即不引起鋼繩打滑； ⑤ 安全制動必須能自動、迅速和可靠地實現(xiàn)，制動器的空動時間(由安

34、全保護(hù) 回路斷電時起到閘瓦接觸到閘輪上的時間)氣壓塊閘不得超過0.5秒?液壓塊閘 不得超過0. 6秒,盤式制動器不得超過0. 3秒。 3.1 .4 制動裝置的有關(guān)規(guī)定 (一)《煤礦安全規(guī)程》第4 2 8條規(guī)定:提升絞車必須裝設(shè)深度指示器、開 始減速時能自動示警與不離開座位即能操縱的常用閘和保險閘 ，保險閘必須能自 動發(fā)生制動作用。常用閘和保險閘共用1套閘瓦制動時，操縱和控制機構(gòu)必須分 開。雙滾筒提升絞車的2套閘瓦的傳動裝置必須分開。 對具有2套閘瓦只有1套傳動裝置的雙滾筒絞車，應(yīng)改為每個滾筒各自有其 控制機構(gòu)的彈簧閘。 提升絞車除設(shè)有機械制動閘外，還應(yīng)設(shè)有電氣制動裝置。 嚴(yán)禁司機離開

35、工作崗位、擅自調(diào)整制動閘。 (二)《煤礦安全規(guī)程》第429條規(guī)定：保險閘必須采用配重式或彈簧式的制 動裝置，除可由司機操縱外，還必須能自動抱閘，并同時自動切斷提升裝置電源。 常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機械制動裝置。 保險閘或保險閘第一級由保護(hù)回路斷電時起至閘瓦接觸到閘輪上的空動時 間：壓縮空氣驅(qū)動閘瓦式制動閘不得超過 0. 5 s,儲能液壓驅(qū)動閘瓦式制動閘不 得超過0.6s，盤式制動閘不得超過0.3s。 盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙應(yīng)不大于 2mm。保險閘施閘時，杠 桿和閘瓦不得發(fā)生顯著的彈性擺動。 （三）提升絞車的常用閘和保險閘制動時，所產(chǎn)生的力矩與實際提升最大靜載 荷旋轉(zhuǎn)

36、力矩之比不得小于 3。在調(diào)整雙卷筒提升絞車卷筒旋轉(zhuǎn)的相對位置時（此 時游動卷筒與主軸脫離連接），制動裝置在各滾筒閘輪上所發(fā)生的力矩，不得小 于該滾筒所懸重量（鋼絲繩重量與提升容量重量之和）形成的旋轉(zhuǎn)力矩的1 ? 2 倍。 在立井和傾角大于30的傾斜井巷，提升裝置的保險閘發(fā)生作用時，減速 度必須符合：下放重載時，不得小于 1.5m/s。 3. 2 礦井提升機的安全保護(hù)裝置 《煤礦安全規(guī)程》第4 2 7條規(guī)定：提升機必須具有以下九種安全保護(hù)裝置： 防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、深度指示 器失效保護(hù)裝置、閘間隙保護(hù)裝置、松繩保護(hù)裝置、滿倉保護(hù)裝置、減速功能保

37、護(hù)裝置 1、 防止過卷裝置：當(dāng)提升容器超過正常終端停止位置（或出車平臺）0.5m時, 必須能自動斷電，并能使保險閘發(fā)生制動作用。 2、 防止過速裝置：當(dāng)提升速度超過最大速度15 %寸，必須能自動停電，并 能使保險閘發(fā)生作用。 3、 過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：在提升機的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和欠電壓 保護(hù)裝置,在過負(fù)荷或欠電壓情況下使配電開關(guān)自動跳閘，切斷提升電動機電源， 并使保險閘發(fā)生作用。 4、 限速裝置：提升速度超過3m/s的提升絞車必須裝設(shè)限速裝置， 以保證提升容器（或平衡錘）到達(dá)終端位置時的速度不超過 2m/s。如果限速裝置 為凸輪板,其在1個提升行程內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)不小于 2

38、70。 5、 深度指示器失效保護(hù)裝置：當(dāng)指示器失效時，能自動停電并能使保險閘發(fā) 生作用。 &閘間隙保護(hù)裝置：當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時，能自動報警或自動斷電。 7、松繩保護(hù)裝置：纏繞式提升絞車必須設(shè)置松繩保護(hù)裝置并接入安全回路和 報警回路，在鋼絲繩松弛時能自動斷電并報警?；诽嵘龝r ，送繩保護(hù)裝置動作 后,嚴(yán)禁受煤倉放煤。 8、 滿倉保護(hù)裝置：箕斗提升的井口煤倉倉滿時能自動報警和自動斷電。 9、 減速功能保護(hù)裝置：當(dāng)提升容器(或平衡錘)達(dá)到設(shè)計減速位置時，能示 警開始減速。防止過卷裝置、防止過速裝置、限速裝置、減速功能保護(hù)裝置應(yīng)設(shè) 置為相互獨立的雙線型式。 3.2.1提升機機房的管理

39、 (1) 提升機機房電控室消防及其滅火、提升機機房必備消防器材如消防砂 箱、消防砂袋以及防火鍬、鎬、鉤、桶等；提升機機房必須配備必要的滅火器材。 如二氧化碳滅火器、干粉滅火器等；2 5m長的消防軟管等。 (2) 提升機機房日常管理內(nèi)容：要認(rèn)真對滅火器定期檢查，防止失效；砂箱 砂量不得少于0.2個立，防火用具不得挪作他用、使用后應(yīng)及時補充；消防用水 應(yīng)有一定的水量和壓力。 (3) 撲滅提升機機房電控室的電火和油火時應(yīng)注意的事項和方法是， 應(yīng)盡快 切斷電源，防止火勢蔓延，并且防止觸電。切斷電源時應(yīng)注意：起火后絕緣降低， 操作人員應(yīng)使用絕緣用具；應(yīng)先斷開負(fù)荷開關(guān)，若無法斷開開關(guān)時，應(yīng)設(shè)法剪斷

40、線 路?；馂?zāi)發(fā)生后，應(yīng)立即向礦調(diào)度室報告。滅火時 ，不可將身體或手持的用具觸 及導(dǎo)線和電氣設(shè)備，防止觸電。使用不導(dǎo)電的滅火器材(二氧化碳滅火器、干粉 滅火器等)若油著火時，不能用水直接滅火，只能用砂子以及二氧化碳滅火器、 干粉滅火器等器材滅火。 3. 2 .2 設(shè)備電氣火災(zāi)預(yù)防措施 (1) 提升機機房保持電氣設(shè)備的完好，發(fā)現(xiàn)故障及時處理。 (2) 提升機機房避免電氣設(shè)備的溫度過高。 (3 )提升機機房保持電氣設(shè)備的清潔，電纜要吊掛整齊，及時清理電氣設(shè)備 的油污、粉塵。 (4 )提升機機房電氣設(shè)備近處不得存放易燃、易爆等物品。 (5)提升機機房 配備足夠數(shù)量、不同種類的消防器材，并加

41、強管理，定期檢查、試驗。用后應(yīng)及時 補齊。 3. 2. 3提升機機房的保安措施 (1 )提高警踢，加強“三防”工作，保證設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)。 (2) 非機房操作人員不準(zhǔn)人內(nèi)。外來人員必須經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后，持介紹 信,方可登記人內(nèi)。 (3) 遵守勞動紀(jì)律，不準(zhǔn)脫崗或做與工作無關(guān)的事情。 (4) 積極做好安全檢查及事故預(yù)防工作。消防器材要完備可靠，發(fā)現(xiàn)隱患及時 消除。 (5) 發(fā)生電氣設(shè)備事故時，必須妥善保護(hù)現(xiàn)場，如實匯報情況 ，及時處理。 (6) 房門外要按規(guī)定懸掛“機房重地，閑人免進(jìn)”的警示牌 (7) 機房應(yīng)配應(yīng)照明急燈。 3. 2.4井下提升機電控室對風(fēng)量和溫度的具體要求

42、(1) 井下提升機主控室必須設(shè)有回風(fēng)的通道或調(diào)節(jié)風(fēng)窗。其回風(fēng)斷面和回風(fēng) 量應(yīng)根據(jù)機電設(shè)備的類型、容量大小、提升能力、硐室斷面等情況而確定。通風(fēng) 網(wǎng)路必須獨立。 (2) 保持適宜的溫度，井下提升機主控室內(nèi)的溫度不得超過3 0C。當(dāng)機電硐 室的空氣溫度超過34C時,必須采取降溫措施。 (3) 必須檢查瓦斯。特別是設(shè)置在采區(qū)內(nèi)的提升機主控室必須每班至少檢查 1次瓦斯?jié)舛取? (4 )檢查機電硐室的通風(fēng)是否合格，應(yīng)檢查發(fā)熱設(shè)備周圍距機殼 0.5m處的 回風(fēng)側(cè)的溫度不超過3 0C為合格。 3.2. 5斜井(巷)提升,常用的跑車防護(hù)裝置及設(shè)施類型 (1)電動式自動擋車門：由擋車門、提檔裝置、

43、配重和電控系統(tǒng)等幾部分組 成。 (2) 機械式旁側(cè)處磕頭跑車防護(hù)裝置：當(dāng)提升機正常運行時，車箱碰撞活動 板,使活動板繞立軸上的撞板不會碰到作用杠桿上，于是車檔不落下。一旦發(fā)生跑 車，則立軸上的活動板被飛速跑下的礦車猛烈碰撞后，迫使撞板碰到作用杠桿上， 使其繞軸轉(zhuǎn)動，立即拉開脫扣，使鋼絲繩失去拉力，擋住跑車。 (3) 檔桿式跑車防護(hù)裝置：利用跑車的作用力，通過杠桿與連桿傳動機構(gòu)， 使提檔裝置動作，迫使車桿迅速落下，擋住跑車。 (4) 阻車叉跑車防護(hù)裝置：當(dāng)串車向上提升之前，把鉤工將阻車叉掛在最后 一輛礦車的尾部，一旦發(fā)生跑車，阻車叉能立即叉住礦車。 (5) 掛歷式跑車防護(hù)裝置：當(dāng)發(fā)生跑車

44、事故時，下跑的礦車以高速度沖擊擺 稈，撞擊銷軸，致使鉤稈繞軸轉(zhuǎn)動，并與樞環(huán)相互脫開 ，此刻擋車門失去鋼絲繩 的牽引力，靠自重立即下落，擋往跑車。 (6) 壓輪式跑車防護(hù)裝置：安設(shè)在井口和中部車場，礦車或串車正常運行時， 提升鋼絲繩拉緊，并將移動繩輪緊緊壓下，通過連接鋼絲繩將擋車門拉起。一旦發(fā) 生跑車,提升鋼絲繩松弛，對移動繩輪失去壓力，擋車門因無牽引力而由于自重立 即下落，擋住跑車。 第4章 提升機調(diào)速控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 4.1引言 經(jīng)過分析比較，權(quán)衡各種控制方案的優(yōu)劣，結(jié)合提升機調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩 負(fù)載特性，最終選擇PLC與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速方案，其變頻控制方式為 ： 矢量變

45、頻調(diào)速控制。 此方案能夠很好解決傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點， 變頻調(diào)速 是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電機調(diào)速的目的， 無論轉(zhuǎn)速高低，其機械特性基 本上與自然機械特性平行，能夠滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié) 電效果;采用PLC對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速 系統(tǒng)將是提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。 4. 2提升機電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 基于PLC控制的大功率礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動力裝置、液壓站、 變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖如圖3— 1所示。各部分功能如 下： 動力裝置：包括主電機、減速器、卷筒、制動器和底座，完成人、物、料

46、的 運輸任務(wù)。主電機通過減速器向卷筒提供牽引所需的動力。 液壓站：為提升機提供制動力，停車時先通過液壓站給卷筒施加機械制動力， 再取消直流制動力；提升機起動時，先對電機施加直流制動，再松開機械抱閘 ， 防止溜車，以保證系統(tǒng)安全可靠地工作。 變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換 成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機，以達(dá)到控制交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。 操作臺：操作臺設(shè)置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。它是 整個礦井提升機運輸系統(tǒng)的控制核心，通過它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方 式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令，以實現(xiàn)對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減 速、停車

47、以及緊急制動等各種控制功能。 控制監(jiān)視系統(tǒng)：是操作人員和控制系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)之間的橋梁，它可以在線 監(jiān)測提升機運輸系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)、故障參數(shù)和故障狀態(tài)。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理： 如圖3 — 1,系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想,AC 3 80V三相動力電源由隔爆接 線腔R,S ,T 3個接線柱接入隔爆主腔內(nèi),大功率變頻（S B 61G1 10KW可以將 工頻三相交流電經(jīng)過交一直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使 得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U，V, W來驅(qū)動電機的運行。 變頻器輸出頻率的變化，將導(dǎo)致電動機的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線 性。這樣，

48、就起到了調(diào)速的作用。 在提升過程中，控制提升機運行的主速度給定 S形速度曲線由P LC編程產(chǎn) 生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換,由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出 頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定 的方式進(jìn)行控制。 旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器,PLC 通過該信號可以累計計算提升機的行走距離。操作人員通過操作臺向 PLC發(fā)送 控制提升機運行的控制命令?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與 PLC的通信,將電動機的所有 運行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進(jìn)行時時監(jiān)控。為操作 人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。

49、 4.3提升機電控系統(tǒng)變頻器選擇 本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：德國的西門子(Sie m ens )公司生產(chǎn)的模塊式 PLCS7-300和變頻器各一臺。變頻器選用森蘭公司的通用變頻器系列 SB6 1 G11 0 KW通用變頻器,功率為110kW 根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由 PLC 輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率， 實現(xiàn)電機速度控制。 本系統(tǒng)中調(diào)速采用PLC^ D/A模塊配合變頻器進(jìn)行,通過P LC輸出電壓信號(0? 10V)來控制變頻器的頻率。此時的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。 為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)異常

50、，應(yīng)取出變頻器的異常信號 送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號及安全制動。 為了與變頻調(diào)速系統(tǒng)配合，保證在啟動力矩、低頻轉(zhuǎn)矩、過載能力等方面滿 足系統(tǒng)的要求，選用冶金起重專用變頻電動機。 變頻電動機的電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè) 計和絕緣系統(tǒng)設(shè)計既考慮了對變頻器電源供電和寬范圍變頻調(diào)速的適應(yīng)能力， 又 體現(xiàn)了冶金及起重專用三相異步電動機過載能力大、 機械強度高的特點。與變頻 調(diào)速良好的起、制動功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時間或斷續(xù)周期 運行、頻繁啟動和制動的場合，既能保證電動機在高頻時的過載能力，又能在低 頻時保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。 4. 4變頻控制部分設(shè)計 4. 4 .

51、1.變頻調(diào)速主系統(tǒng)設(shè)計 變頻調(diào)速單元采用森蘭S B61系列SB61G110KW通用變頻器，其變頻調(diào)速系 統(tǒng)主電路如圖3—2所示。與標(biāo)準(zhǔn)的電壓一頻率控制裝置相比較，在速度參數(shù)和 負(fù)載轉(zhuǎn)矩都改變的情況下，VVC PLus的動態(tài)和穩(wěn)定性較優(yōu)越，可實現(xiàn)一個全數(shù) 字化的保護(hù)，即使在最惡劣的操作條件下 ,也可確?？煽窟\行。S B6 1G11CK W 具有國際領(lǐng)先的無速度傳感器矢量控制技術(shù)和擬超導(dǎo)技術(shù)， 使電機低速時機械特 性變硬。同時具有短路、接地和過載保護(hù)功能。 調(diào)速控制系統(tǒng)主電路主要部件的功能和原理： ① 空氣斷路器：過流過載保護(hù)； ② 交流接觸器：切斷電源和啟動； ③ 交流電抗器

52、La :降低諧波，抑制浪涌電壓，改善功率因數(shù); ④ 噪聲濾波LB:減小無線電干擾； ⑤ 電抗器LA:減小干擾和振動； ⑥ 熱繼電器FR斷相保護(hù)，過載保護(hù)； 1提升電動機選擇 一般電動機的額定電流可以用如下公式計算，即： 根據(jù)上述公式對一般三相交流異步電功機的額定電流計算得出： 異步電動機 的額定電流與電動機額定功率的關(guān)系為：如果U =380 V,電流大約為1 kW是2A。 因此.在選擇電動機的保護(hù)元件時可以用 1kw2A 來估算電動機的額定電流值，從而達(dá)到快速選擇保護(hù)元件的目的。 本調(diào)速系統(tǒng)所選電動機為：QABP系列三相異步變頻調(diào)速電動機。其技術(shù)數(shù)據(jù) 如表3 — 1所示：

53、 U 3 — 1 E 極電機技術(shù)?數(shù)（50HZ ^01 7E0r/nin） 林稱功 聿丿KW St定轄 鶴定轉(zhuǎn) 1 r/min ) 量大專加wt 宦轉(zhuǎn)矩倍 時 /Kg 315M8A .■0 118 955 741 0 4, 9591 1015 2變頻器的容量選擇 在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額 定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機功率大于當(dāng)前該 電動機的功率。另外礦用提升機屬于頻繁起動、加減速運轉(zhuǎn) ，其變頻器容量的選 定應(yīng)根據(jù)加速、恒速、減速等各種運行狀態(tài)下的電流值 ，按

54、下式確定： T _ M +厶茁+…厶& ” 式中：變頻器額定輸出電流（A）; 各運行狀態(tài)平均電流A）; 各運行狀態(tài)下的時間； K0:安全系數(shù)（運行頻繁時取1.2，其它條件下為1.1）。 考慮到礦用電機性能上的差異及機械負(fù)載的波動 ，變頻器容量取電動機容量的 1.4倍，本系統(tǒng)中所需電動機的軸上功率為 75KV，按1. 4倍容量就選擇105KW 以上變頻器。 3變頻器的選擇絞車升降的運轉(zhuǎn)具有較大慣性 ，四象限運行的特點，與其他 傳動機械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求 ，SB61 G系列通用變 頻器是專為起重類負(fù)載而設(shè)計的專用變頻器， 該系列產(chǎn)品采用了最優(yōu)的電機控制

55、方法一矢量控制技術(shù)，它可以對所有交流電動機的核心變量進(jìn)行控制 ，并把定子 磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。其對負(fù)載的變化和瞬時掉電 ，能做出迅速響應(yīng)； 開環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（誤差 0. 1%~0 . 5 %），開環(huán)轉(zhuǎn)矩 階躍上升時間小于5 ms ,起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)2 0 0%并具有有效的磁通制動來提供最 大可能的制動力矩。尤其它還提供了絞車應(yīng)用宏程序，可以實現(xiàn)絞車過載保護(hù)、 過卷保護(hù)、超速保護(hù)和各種故障監(jiān)控及報警，模塊化功能可方便實現(xiàn)施工現(xiàn)場多 臺絞車同步控制，確保使用時安全快速運行、故障處理容易、維護(hù)簡單。 根據(jù)變頻器所需容量,查變頻器型號規(guī)格:選擇森蘭SB61GQ0KW通

56、用型變 頻器。其標(biāo)稱參數(shù)如表3 — 2所示：  型號 電壓 容量 電流 功率 SB61G110KW 400/ 13B. 0KVA 210. 0A 110 Kff 2 森 SB61G110 K W通用型變頻器的參數(shù) 4 .4 .2變頻器外電路設(shè)計 K Mi KM1 R f）PLC的軼JU遼軸人 K r l ft frfKjrtlJlJ 掩轉(zhuǎn) K I 4 ? 4-fl f- ■ r 9-4 F a +s*-4| fl* 4 ■ -4 d fi * ■ ■*** ■ I 1 I FR H :：A _ VK1 i卜腥 竺二 3田 3

57、-or Pit FpijH-心 IM 棄 3flA o HL SOB 30C TH! P 1A IM J 血創(chuàng)電剛 COM 變制i需外欄電歸叫 1功單兒 TB VR2 *WF抽時宅 REV FWFJ CM 變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報警輸出 口及制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報警器和安全制動 ，更有效的對控制系統(tǒng)進(jìn) 行安全保護(hù)，變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，另外在變頻器的外圍加設(shè)有 聲光報警輸出口及制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報警器和安全制動 ，更有效的 對控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)，外部電路連接如圖3 — 3所示。

58、 1聲光報警回路 （1）、變頻器報警輸出的動斷（常閉）觸點“ 30B- 30C ”串聯(lián)在KM1的線圈 電路內(nèi)，當(dāng)變頻器因故障不能正常工作時，發(fā)出報警；同是報警輸出的常閉觸點動 作,使KM1線圈失電，將變頻器與電源斷開，進(jìn)行安全保護(hù)。為了保護(hù)報警輸出 的觸點，在接觸器的線圈兩 端，并聯(lián)阻容吸收電路（即 RC震蕩電路）。 （2 ）、聲光報警電路由報警輸出的動合（常開）觸點“ 3 0 B-30A”控制,當(dāng) 變頻器跳閘時，觸點“ 30B-30A”閉合,將報警指示燈HL和電笛HA接通，進(jìn)行聲 光報警。 與此同時，斷電器KA 1得電，其觸點將聲光報警電路自鎖，使變頻器斷電 后，聲光報警能持續(xù)

59、下去，直到工作人員按下ST1為止，報警才能解除。 另外繼電器線圈和電笛線圈的兩端， 也需要并聯(lián)阻容吸收電路，以保護(hù)變頻 器內(nèi)部報警繼電器觸點。 2制動控制回路 提升機負(fù)載由于慣性較大，當(dāng)變頻器的輸出頻率下降至0 Hz時,常常停不 住，而有“蠕動”(也稱爬行)現(xiàn)象，在礦山提升機這種大負(fù)載機械中，蠕動現(xiàn)象 有可能造成十分危險的后果。為此，變頻器調(diào)速時應(yīng)設(shè)置能耗制動和直流制動功 能。 一、 能耗制動電路的作用 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。 這時： 1、 電動機的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而 由于機械慣性的原因，電動機的轉(zhuǎn)

60、子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時 ，轉(zhuǎn) 子電流的相位幾乎改變了1 80 ,電動機處于發(fā)電機狀態(tài)。與此同時，電動機軸 上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降。從電動機的角度來看 ，處 于再生制動狀態(tài)。 2、 變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)電動機再生的電能經(jīng)如圖 3— 2所示與逆變管反 并聯(lián)的續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，由于直流電路的電能無法回輸給 電網(wǎng),盡管各部分電路還在消耗電能，但電容上仍有短時間的電荷堆積，形成“泵 生電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此 ， 當(dāng)直流電壓超過一定值時，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉。所 以，從變頻調(diào)

61、速系統(tǒng)的角度來看，拖動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時減少的動能 ，由電動機 “再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。 歸根結(jié)底，是通過消耗能量 而獲得制動轉(zhuǎn)矩的，屬于能耗制動狀態(tài)。 用于消耗電動機再生電能的電路，就是 能耗制動電路。 二、 能耗制動電路的構(gòu)成 1、制動電阻能耗制動電路結(jié)構(gòu)如圖 3—4所示，圖中的BR就是制動電阻，用于將 電動機的再生電 能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。其選擇方法如下： (1) 的阻值一般情況下，的大小以使制動電流不超過變頻器額定電流的一半 為宜。 (2) 的功率由于的工況屬于短時工作，幫其標(biāo)稱功率可以比長期通電時消耗 的功率小很多：式中，為選用系數(shù)，取值范圍約為=0.

62、3?0.5 ,取決于電動機的容量和工況。通常,電動機容量較小時取小值，反之取大值。當(dāng)電動機的再生制動狀 態(tài)屬于正常工作狀態(tài)時，應(yīng) 取二1. 0。例如超重機械中，吊鉤的下降過程就是。 2、制動單元BV 如圖3—4 ,制動單元BV的功能是，當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值勤時，接 通耗能電路,使直流回路通過釋放能量。 （I ）制動單元BV的組成如圖上劃線框所示，BV的組成如下： a）功率管用于接通與關(guān)斷能耗電路，是制動單元的主體。 + 圖3—4能耗制動和制動單元電路 b）電壓取樣與比較電路由于的驅(qū)動電路是低壓電路 ，故只能按比例取出的一 部分作為采樣電壓，和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較

63、，得到控制導(dǎo)通或截止的指令信號。 c ）驅(qū)動電路驅(qū)動電路用于接受“取樣與比較電路”給出的指令信號，驅(qū)動導(dǎo) 通或截止。 （I I ）功率管的選用的常用器件是G TR或I GBT其主要參數(shù)的一般選擇方 法如下： a） 擊穿電壓在電源電壓為 380V時，選=1000V即可。 b） 集電極最大電流按正常電壓下流經(jīng)的電流的兩倍來選擇 r > ju /R 三、直流制動單元能耗制動和直流制動配合使用能達(dá)到理想的制動效果。直 流制動原理： 所謂直流制動，就是向電動機的定子繞組內(nèi)通入直流電流，使異步電動機處于 能耗制動狀態(tài)。具體操作是，將電機與變頻器切斷后向定子繞組內(nèi)通入直流電流， 定子磁場是靜止

64、的。這時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩。因為轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，所產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)  矩比較強烈，從而可縮短停機時間。此外，直流磁場本身具有吸住轉(zhuǎn)子的作用， 可以有效地消除轉(zhuǎn)子的蠕動。 直流制動功能預(yù)置 A、直流制動的起始頻率,通常直流制動都是和再生制動配合使用的。即： 首 先用再生制動方式將電動機的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動 ，使電 動機迅速停住。轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的頻率即為直流制動的起始頻率 ，如圖所示。預(yù)置起 始頻率的主要依據(jù)是負(fù)載對制動時間的要求，要求制動時間越短 ，則起始頻率應(yīng) 越高。 B、直流制動強度即預(yù)置在定子繞組上施

65、加直流電壓或直流電流的大小 ，它決 定了直流制動的強度，如圖3 — 5 所示。預(yù)置直流制動電壓（或制動電流）的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大 者,直流制動強度（或）也應(yīng)越大。一般情況下，直流電壓以不超過5 0 V為宜。 3）直流制動時間 即施加直流制動時間的長短。預(yù)置直流制動時間的主要依據(jù)是負(fù)載是否有 直流制 ） “爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，應(yīng)適當(dāng)長一些。 動功能預(yù)置參數(shù)F 403、F4 0 4、F405設(shè)置（見附錄：變頻器各項參數(shù)設(shè)定 t 圖3—5直流制動功能預(yù)置 4.5 PLC控制部分設(shè)計 4. 5

66、 .1基本控制功能 ,主要的 PLC是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán),其主要控制電路如圖3—6所示控制功能有如下幾項：主令操作控制、保護(hù)監(jiān)視控制。 主令操作控制，對系統(tǒng)進(jìn)行管理，實現(xiàn)提升機與操作臺之間的指令傳遞，向提 升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機按照預(yù)定的 力圖和速度圖安全運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。 PLC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn) S形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn)S形 曲線。 PL C還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。監(jiān)控內(nèi)容主要包括 ：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、 實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深 度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn) 抱閘停車保護(hù)。 1、起動，停車 (1)多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運行功能，所以應(yīng)對控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能。 當(dāng)需要開機運行時，按下起動按鈕SB 1,其輸出繼電器KM1便吸合，置于電源與 變頻器之間的常開觸點閉合，將三相AC 380V動力電接入變頻調(diào)速回路中；當(dāng)減 速停車,并實現(xiàn)機械抱閘制動后，可以將變頻器與動力電源