1、畢業設計（論文）說明書畢業設計（論文）題目 基于plc控制的變頻調速系 系統在礦井提升機中的應用 年級專業 09機電一體化 學生姓名 指導教師 龐元俊 董德銘 平頂山工業職業技術學院 2011 年 5 月 25 日平頂山工業職業技術學院成人教育學院畢業設計（論文）任務書姓名 張 熙 專業 機電一體化 任 務 下 達 日 期 2011 年 2 月 26 日設計（論文）開始日期 2011 年 2 月 26 日設計（論文）完成日期 2011 年 5 月 29 日設計（論文）題目： 基于plc控制的變頻調速系統在礦井提升機中的應用 a 編制設計 b 設計專題（畢業論文） 指 導 教 師 龐元俊 董德銘

2、 系(部)主 任 年 月 日 平頂山工業職業技術學院畢業設計(論文)評語第 頁共 頁學生姓名: 張 熙 專業: 機電一體化 年級: 09級 畢業設計(論文)題目: 基于plc控制的變頻調速系統在礦井提升機中的應用 評閱人: 指導教師: (簽字) 年 月 日成 績: 系(院)主任: (簽字) 年 月 日畢業設計(論文)及答辯評語: 平頂山工業職業技術學院畢業設計（論文）答辯委員會記錄 系 專業,學生 于 年 月 日 進行了畢業設計(論文)答辯。設計（論文）題目：基于plc控制的變頻調速系統在礦井提升機中的應用 專題(論文)題目: 指導老師: 龐元俊 董德銘 答辯委員會根據學生提交的畢業設計(論文

3、)材料,根據學生答辯情況,經答辯委員會討論評定,給予學生 畢業設計(論文)成績為 。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， ， 目 錄目錄1摘要.3前言 4第一章 十一礦新副井提升絞車電控系統概況81.1 十一礦新副井絞車電控系統簡介81.2十一礦新副井原來轉子切電阻調速電動機運行方式81.3十一礦新副井絞車原來使用拖動系統系統框圖及功能9第二章 雙饋變頻調速系統技術方案112.1變頻技術簡介112.2變頻調速的基本原理152.3雙饋調速系統結構圖和運行原理192.4電平雙pwm變換器212.5全控雙饋調速系統構成

4、222.6雙饋調速系統運行方式232.7矢量控制全控雙饋調速方案242.8全控雙饋調節系統結構252.9多plc網絡控制系統27第三章 操作臺及外部設備的作用313.1操作臺313.2上位機監視部分323.3外部傳感器的安裝與作用33第四章 兩種方案比較34 總結.37參考文獻39致謝.40基于plc控制的變頻調速系統在礦井提升機中的應用 摘 要目前我國礦井提升機中的大多交流異步電機拖動系統，采用的電氣控制系統采用轉子串、切電阻調速，由繼電器一接觸器構成邏輯控制裝置。本文以安全、可靠、高效、經濟為出發點，以可靠性原則為依據，對礦井交流提升機電控系統中轉子電路串電阻調速部分，進行改革，由可編程控

5、制器(plc)控制的變頻調速控制代替原有的串，切電阻的調速方式。本文以jkmd-3.5x4le型多繩摩擦提升機為例，提出了研究設計方案，并且在中平能化集團十一礦新副井提升絞車上成功實施。plc變頻調速電控系統主要有一下幾方面的優點：1. 能耗明顯降低；2. 生產效率大提高；3. 調速性能好，無機械沖擊；4. 電機定子、轉子溫度均下降很多，使電機運行的故障率大幅減少；5. 系統自動化高，保護齊全，安全性高，減少了人工操作失誤率。關鍵詞：礦井交流提升機 變頻調速 plc電控技術研究前 言在煤礦生產中，礦井提升機起著非常重要的作用。礦井提升是礦井生產過程中的一個重要環節，它的任務是提升有用礦物和矸石

6、；升降人員和設備；下放材料等。提升機電控裝置的技術性能，既直接影響礦山生產的效率及安全，又代表著礦井提升機發展的整體水平，是礦井安全生產中重中之重的一大環節。我國目前正在服務的礦井提升機的電控系統主要有以下3幾種方案：轉子電路串電阻的交流調速系統、直流發電機與直流電動機組成的gm直流調速系統和晶閘管整流裝置供電的vm直流調速系統。中平能化十一礦新副井以前就是采用轉子電路串電阻的交流調速系統。而這種電控系統存在著很多的問題:（l) 電機轉差功率全部消耗于轉子電阻回路中，而提升機有較長時間運行在重載加速、減速的工況下，此時轉差功率非常大，這就造成了巨大的能源浪費。根據有關調查研究 ，我國2006年

7、的電能消耗中，6070%為動力電；而在總容量高達5.8億kw的電動機總容量中，卻只有不到2000萬kw的電動機是采用節能型的變頻調速方式。電機節能，特別是大型電機系統節能是降低國家能源消耗的重要手段。（2)電阻分級切換，為有級調速，設備運行不平穩，容易引起電氣及機械沖擊。（3)繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。（4)交流繞線異步電動機的滑環存在接觸不良問題，容易引起設備事故。（5)電動機依靠轉子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。（6)提升容器通過給定的減速點時，由于負載的不同，而將得到不同的減速度，不能達到穩定的低速爬行，最后導致停車位置不準，不能正常裝卸載

8、。上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需研制更加安全可靠的控制系統，使提升機運行的可靠性和安全性得到提高。在提升機控制系統中應用計算機控制技術和變頻調速技術，對原有提升機控制系統進行升級換代。在八十年代后期，特別是九十年代以來，隨著半導體技術的發展，交-直-交變頻技術發展越來越成熟，應用也越來越廣。因此，以全數字變頻控制技術來代替傳統的tkd控制方式已經成為一種趨勢。其控制方式為“全數字變頻調速+多plc冗余控制+上位機監控”全數字電控系統。與原系統相比較新系統存在能耗小、噪音低，特別是配備全數字控制系統時可靠性更高、維護極為方便的優點。礦井變頻調速提升機全數字電控系

9、統有如下特點：（1）硬件結構簡單，故障點少，可靠性高全數字調速電控系統的硬件電路均采用大規模和超大規模集成電路，元器件少，結構簡單，故障點少，可靠性高；傳統tkd系統則以分立元件為主，元器件多，線路復雜，故障點多，可靠性差。（2）可控精度高，工作穩定性好全數字調速電控系統設有微處理器，整個控制功能與調速算法均由軟件完成，控制參數一經確定，就不會發生改變，所以控制精度高，工作穩定性好；而老式電控系統的控制功能與調速算法均由硬件實現，控制參數離散性大，控制精度低，工作穩定性差。（3）故障自診斷能力強，大大降低使用維護成本全數字調速電控系統中，硬件工作狀態可以通過軟件來反映，軟件運行情況也可以通過硬

10、件來監視，這樣硬、軟件故障可以通過指示直接反映出來，維護方便。（4）具有較高的可構置性，擴展方便，運行靈活性高全數字電控系統硬件采用以總線聯系的模塊化結構，控制算法和系統控制采用軟件完成，具有較高的可構置性，在系統投入運行以后，隨著科學技術的發展和系統要求的提高，可以進行功能擴展，具有較高的運行靈活性；而原電控系統一經設計完成，就無法進行功能擴展，具有功能單一，運行靈活性差的缺點。（5）可與其它系統聯網，實現現代化管理全數字調速電控系統容易實現數字通訊，并與其它系統聯網，它可將系統中的運行參數、運行狀態傳遞到網絡上，便于實現現代化管理，而模擬調速電控系統就很難實現聯網功能。（6）性能價格比高一

11、方面，隨著電子技術的發展，集成器件的成本越來越低，這樣全數字調速電控系統的成本將越來越低；另一方面，全數字調速電控系統技術先進、可靠性高、功能強大，因此具有很高的性能價格比。進一步來說，全數字調速電控系統在技術上已經發展成熟，因此在傳動領域采用全數字調速電控系統并大力發展是一種必然趨勢，它終將取老式調速電控系統。盡管礦井變頻調速提升機全數字電控系統具有以上特點，但針對我國礦山常用的高壓繞線式異步電動機拖動的提升機而言，仍然因元件耐壓等因素而難以實現，采用電平疊加的方式解決了耐壓問題，但終究因變壓器、器件等損耗而使得效率較低，且價格昂貴。隨著以igbt為代表全控器件組成的pwm變換器具有諧波分量

12、小的顯著優點，于是針對高壓繞線異步電動機轉子雙饋變壓變頻調速成為可能，也就解決了上述問題，特別適合我國國情。第一章 十一礦新副井提升絞車電控系統概況1.1 十一礦新副井絞車電控系統簡介十一礦新副井絞車是一套主導輪直徑為3.5米的落地式摩擦輪交流絞車，型號為jkmd3.54（）e（pds），電機功率800kw，提升高度為724米，最大提升速度為6.46米/秒；以前的電控系統采用焦作華飛電力電子工業有限公司的tkd系統，采用“繞線異步電機+轉子串電阻加速+高壓接觸器換向+低頻拖動減速”的控制方式；轉子切電阻調速，能耗高，效率低。按照09年安全治理項目計劃，對新副井電控系統進行改造，新系統為“全數字

13、轉子雙饋變頻調速+多plc冗余控制+上位機監控”全數字電控系統。改造后可降低能耗20-30%，生產效率、調速性能可大大提高，系統自動化程度，減少人工操作失誤率。1.2 十一礦新副井原來轉子切電阻調速電動機運行方式提升機電動機的運行方式 ,主要根據系統的力圖來確定。（1） 加速階段。提升時為正力 ,采用電動加速。下放時為負力 ,若負力值較小 ,可考慮自由加速 ,并配合使用盤式制動器 ,若負力值較大 ,則采用動力制動加速。加速階段不實行閉環調節 ,而以時間、速度為函數 ,逐步短接轉子附加電阻 ,使提升電動機從零速升至全速。（2） 勻速階段。提升時為正力 ,采用電動拖動。下放時為負力 ,采用能耗制動

14、、閉環控制 ,單閉環速度控制系統由與距離有關的理想速度給定電路、速度負反饋電路、pid 調節器、移相觸發電路及雙向可控硅能耗制動電路組成 ,下放速度由 pid 調節。（3） 主減速階段。提升時為正力 ,采取逐級接入轉子附加電阻和機械制動的方式。下放時為負力 ,一方面接入轉子附加電阻 ,另一方面增大制動電流并輔以機械制動方式減速。（4） 爬行階段。當為正力時 ,轉子接入幾段附加電阻 ,由 plc控制運行;當為負力時 ,在能耗制動方式下接入轉子附加電阻。1.3 十一礦新副井絞車原來使用拖動系統系統框圖及功能圖1 轉子切電阻調速系統原理圖（1）主控部分：包括操作臺和雙plc控制柜，是該系統的心臟。它

15、取代了傳統的操作臺、給定裝置、控制屏、穩壓電源、深度指示器、后備保護、軸瓦溫度指示、安全回路動作指示、故障記錄儀等，還能完成傳統系統根本不可能實現的許多功能。（2）高壓饋電開關柜：6kv高壓進線開關，有使用和備用兩路輸入，具有失壓、過流、短路等保護功能，且具有計量檢測儀表。（3）高壓、低頻換向柜：在加速、等速向電機定子施加交流高壓，并完成換向功能：在減速段和爬行段向電機定子施加直流或低壓電源，使電機處于可控制狀態。（4）低頻電源柜：可調幅值的低頻電源，完成減速段負力時的制動，為晶閘管交交無環流低頻電源。（5）磁力站：用于改變轉子回路金屬電阻接入量的大小，用來調節電動機轉速。一般為5至10組低壓

16、交流開關構成。（6）金屬電阻：轉子回路的三組調速電阻，每組分成8級或5級、10級；一般為生鐵電阻，用于速度調節。（7）變壓器：將6000v高壓變成與低頻電源相適應的低電壓。（8）編碼器：與主滾筒及導向輪同軸，將旋轉量變成數字變化量加到plc中，給出容器位置、按行程的速度給定和計算出當前速度。（9）必要的外部控制端子：諸如到位開關、減速點開關、過卷開關、液壓站控制端子、軸瓦磨損開關、松繩開關等必須的外部控制端子。（10）低壓電源：三相四線制380v控制電源。（11）主電機：提升機拖動電動機為繞線轉子型。第二章 雙饋變頻調速系統技術方案2.1 變頻技術簡介目前，在高耗能的大功率交流提升系統領域，采

17、用節能降耗的高效變頻電控設備已成為大趨勢，國內外主流的大功率變頻設備主要有以下幾種：1. 交-交變頻由晶閘管（scr）組成的交交變頻器可滿足交流提升的四象限運行要求，調速性能較好，但需選配低速電機，運行時諧波大，對電網污染嚴重，功率因數低，必須加裝諧波抑制和無功補償裝置，目前國外已不再推廣交交變頻產品，其原有產品也已即將停止備件供應和相關售后服務。其系統原理圖如圖2所示圖2 交-交變頻系統原理圖2. 交-直-交變頻由全控器件組成的交直交變頻裝置逐漸成為大功率變頻器的發展方向，由于目前功率器件的耐壓等級問題，往往采用相應的多電平拓撲結構來滿足大功率、高電壓的實際應用要求，其系統原理圖如圖3所示圖

18、3 交-直-交變頻系統原理圖其成熟產品主要有以下幾種：(a)多管直接串聯兩電平高壓變頻器 圖4 多管直接串聯兩電平高壓變頻器原理圖優點：主回路拓撲簡單，易于實現矢量控制，采用相同結構的前端全控整流單元可實現四象限運行，系統整體功率密度水平和效率較高。缺點：需施加動、靜態均壓措施，系統可靠性較差，輸出波形畸變率較大，du/dt高，輸出電壓、電流諧波含量大，對高壓電機繞組絕緣有潛在威脅，實際應用需加裝正弦波輸出濾波器，同時emi影響較重，威脅自身控制系統和其他電子設備的正常運行。 （b）多獨立電源級聯型多電平高壓變頻器 圖5 多獨立電源級聯型多電平高壓變頻器原理圖優點：采用單元化結構設計，將多個單

19、相全橋單元疊加起來，采用載波移相等pwm調制技術，可實現多電平疊加輸出，系統電平數越多，輸出波形越接近于正弦，du/dt低，可不用輸出濾波器而直接應用于普通電機，系統冗余度較好。 缺點：較難實現高性能矢量控制，目前大多應用于調速要求不高的風機、水泵等應用場合。系統功率器件數量眾多，如對每個獨立的直流電源配置前端全控整流以實現高性能能量回饋和網側功率因數控制功能，則系統所用功率器件和傳感器數量將會急劇擴大，系統功率密度低，移相變壓器制造工藝復雜，系統占地面積大，故障點多，可靠性一般。 （c）鉗位型多電平高壓變頻器圖6 鉗位型多電平高壓變頻器優點：系統采用結構化設計，功率布局配置合理，功率密度高，

20、符合大功率變頻器的發展方向。輸出波形畸變率、du/dt、emi等指標較兩電平方式有較大改善。采用背靠背雙三電平結構可按照“電網-變頻器-電機”一體化方式進行協調控制，在實現高性能矢量控制的同時，對于網側諧波含量、網側功率因數等關鍵指標均有良好控制效果。 缺點：隨著電平數的擴展，系統輸出波形質量有進一步的改善，但算法復雜程度急劇上升，一般實際應用限制在七電平，國外成熟產品以三電平為主。du/dt對高壓電機的絕緣影響仍不容忽視，在6kv及以上高壓應用場合仍需選配正弦波輸出濾波器。2.2 變頻調速的基本原理異步電機的vvvf調速系統一般簡稱變頻調速系統。由于在變頻調速時轉差功率不變，在各種異步電機調

21、速系統中效率較高，同時性能也最好，故是交流調速的主要發展方向。交流調速系統的控制量最基本上是轉矩、速度、位置，根據不同的用途適當組合可構成各種閉環系統。異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機氣隙內會產生一個旋轉磁場，其旋轉速度為同步轉速 式中定子繞組電源頻率;p電機磁極對數。異步電動機轉差率 則異步電動機轉速由上式可知，異步電動機調速方法有如下幾種a.變同步轉速:變極p、變頻、b.變轉差率s:定子調壓、轉子串電阻、電磁轉差離合器、串極調速。由電機學可知，轉差功率:式中電磁功率;cu2轉子銅耗。由式可知，變頻調速與變極調速為轉差功率不變型不論其轉速高低，轉差功率消耗基本不變，

22、因此調速效率為最高。由電機與電力拖動可知，異步電動機等效電路如圖7所示，圖7 異步電動機等效電路對交流異步電動機進行變頻調速，交流異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速 表達式為:式中: 同 步轉速 (r/min); 定子頻率(hz); 磁極對數。而異步電動機的轉速為:式中:s -異步電動機的轉差率 改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。當然，也可以通過改變轉差率，和磁極對數n ，來改變異步電動機的轉速。 但是變極 對 數和變轉差率在調速領域內的應用范圍較小，而變頻調速具有高效率、高范圍和高精度的調速性能，是比較合理的調速方法。交流變頻器正是通過均勻的改變輸入異步電動機定

23、子的供電頻率來調節電動機轉速的。對異步電動機進行調速控制時，希望電動機的主磁通保持不變。磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機的負荷能力下降;磁通太強，則由于過勵磁狀態，使勵磁電流過大，這就限制了定子電流的負載分量，為使電動機不過熱，負載能力要下降。異步電動機的氣隙磁通 ( 主磁通)是定、轉子合成磁動勢產生的。由電機理論知道，三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為: 式中 定子每相由氣隙磁通感應的電動勢的均方根值(v) ; 定子頻率(hz) ; 定子相繞組有效匝數; m 每相磁通量(wb)。由上式可見,m的值是由e1 和f1共同決定的，對e1和f1進行適當的控制,就可以

24、使氣隙磁通m保持額定值不變。下面分兩種情況說明: 1 .基頻以下的恒磁通 變頻調速這是考慮從基頻(電動機額定頻率an)向下調速的情況，為了保持電動機的負載能力， 應保持氣隙主磁通m不變， 這就要求降 低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持e1/ f1 = 常數， 即保持電動勢和頻率之比為常數進行控制。 這種控制又稱為恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式。但是，e1難于檢測和直接控制。當el和f1值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如果忽略不計，則可以近似的保持定子相電壓u1和頻率f1的比值為常數即可。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。當頻率較低時，u1和e1都變小， 定子漏阻抗壓降(主要是定子

25、電阻壓降)不能再忽略,這種情況下，可以適當的提高定子電壓以 補償定子電阻壓降的影響,使氣隙磁通基本保持不變 。2.3 雙饋調速系統結構圖和運行原理圖8 全數字轉子雙饋變頻調速電控系統結構圖傳統雙饋電機即為繞線式轉子異步電動機，因其定、轉子各有一套繞組與外部電源（電網或變頻器）相連，功率流向可分別由定、轉子饋入或饋出，故稱雙饋電機。早期得到較廣泛應用的繞線式轉子異步電動機串級調速其實為雙饋調速的一種方式，因其只能從轉子側饋出能量，只能運行在同步轉速以下，沒有制動停車功能，可理解為狹義雙饋。與之相對應的廣義雙饋是指電機定、轉子均可進行能量的雙向流動。結構形式通常為電機定子側接入恒壓恒頻電網，轉子側

26、接入變壓變頻裝置。通過控制轉子附加電勢的頻率、幅值和相位進行調速和功率因數控制。圖9雙饋調速系統運行原理示意圖上圖為由晶閘管功率器件組成的六拍逆變雙饋調速系統，轉子側功率變換單元由cu1和cu2組成，當轉子側饋入功率時，cu1工作在逆變狀態，cu2工作在整流狀態；當轉子側饋出功率時，cu1工作在整流狀態，cu2工作在逆變狀態。此外，另一種由晶閘管功率器件組成的轉子側功率變換單元為交交變頻器，由于變頻器自身的特點，一方面可以自然實現功率雙向流動，另一方面會給電網帶來較大的諧波，在功率較大的場合需使用諧波抑制裝置。目前使用晶閘管功率器件的雙饋調速系統在實際生產中有一定數量的應用，但已不再推薦使用。

27、2.4 電平雙pwm變換器以igbt為代表全控器件組成的pwm變換器具有諧波分量小的顯著優點。近年來，隨著全控器件的容量不斷提高， 使得在高壓大功率調速應用場合也有可能使用pwm變換器進行變壓變頻調速，其效率、功率因數、電壓利用率等各項指標均優于晶閘管半控器件組成的相控變換器。圖10 二極管中點鉗位三電平變換器的基本結構傳統的兩電平逆變器的大功率運用中存在許多問題：需要笨重、耗能、昂貴的變壓器，為了得到高質量的輸出波形而提高開關頻率，造成很高的開關損耗，而為了適應高電壓的要求，需采用器件串聯，因而需要復雜的動態均壓電路。三電平變換器由早期的兩電平變換器演化而來，在變換器的橋臂上有4個電力半導體

28、開關器件。每個期間三電平變換器作為一種新型的高壓大容量功率變換器，從電路拓撲結構入手，在得到高質量的輸出波形的同時，克服了兩電平逆變器的諸多缺點：無須輸出變壓器和動態均壓電路，開關頻率低，因而開關器件應力小，系統效率高等。其主要優點是：電平數越高，輸出的電壓諧波含量越低，開關器件的開關頻率低，開關損耗小，器件應力小，無須動態均壓。采用不同的控制方式，可使三電平變換器工作在逆變狀態或整流狀態。在逆變運行狀態，通過對直流側的分壓和開關動作的不同組合實現多電平階梯波電壓輸出，從而使得輸出的電壓波形更加接近正弦波。在整流運行狀態，可在直流輸出電壓可控的基礎上，實現網測功率因數調節。目前，在電力系統中正

29、越來越多的使用由三電平全控整流器構成的有源濾波器。2.5 全控雙饋調速系統構成 全控雙饋系統構成與圖1類似，只是其中的功率變換單元均由全控器件組成的三電平變換器構成。當轉子饋出能量時，變換器cu1工作在全控整流狀態，cu2工作在變壓變頻的逆變狀態；當轉子饋入能量時，兩個變換器的工作狀態與上述相反。由cu1和cu2組成的雙三電平pwm變換器的結構如下圖所示： 圖11雙三電平pwm變換器2.6 雙饋調速系統運行方式雙饋控制所具有的一個突出優點是電機在調速的同時，能夠獨立調節定子側無功功率，改善系統的功率因數。由于電機定子側直接接入恒壓恒頻電網，因此在實際應用中，合理地選擇轉子電流的控制方式，使系統

30、獲得某種能量指標最優。一般雙饋調速系統有以下四種運行方式：（1）全補償工作方式：即全部補償定子的無功功率，使定子無功電流為零。在轉子不過流的情況下，電動機的輸出轉矩將小于額定轉矩。這種工作方式控制簡單，較易實現，比較適用于負載變化不大的場合。（2）轉子電流量最小工作方式：這種工作方式的實際意義在于降低轉子側功率變換器的容量。由于轉子有功電流分量取決于負載，因此，當轉子電流無功分量為零時，轉子電流達到最小值。在這種情況下，當轉矩為額定時，轉子的全電流即為額定的有功電流。（3）轉子電流恒定工作方式：當負載變化時，轉子電流幅值不變，但相位改變。重載時，轉子電流的轉矩分量較大。滿足負載要求，在不過流，

31、發揮改善功率因數的作用；輕載時，則提供較大的超前無功電流，盡量發揮改善功率因數的作用，這種工作方式特別適合負載變動較大，經常輕載而電網又常常需要補償功率因數的場合。（4）最小損耗工作方式：這種工作方式的基本原理是通過調節轉子典雅的幅值和相位，合理的分配定子電流的有功分量和無功分量，使得在任何夫在下雙饋調速的異步電動機的損耗為最小。這種控制方式效率最高，但控制復雜。上述四種工作方式各有特點，在使用中應根據實際情況進行選擇，也可采用多方式切換來滿足不同工況的需要。2.7矢量控制全控雙饋調速方案 對于雙饋電機而言，由于電機的定子接在工頻電網上，轉子接在可控的三相電源上，在動態過程中有轉子側引起的磁場

32、波動必將在定子側進行解耦補償，考慮到沖擊性負載及電網在瞬間畸變情況下磁鏈應具有很強的抗擾特性，因此選定磁鏈矢量作為同步定向坐標軸系。磁鏈定向方法可分為轉子磁鏈定向，定子磁鏈定向和氣隙磁鏈定向。在雙饋調速中，一般應用定子或氣隙磁鏈定向進行轉矩分量和勵磁分量的解耦。 圖12 雙饋調速矢量控制示意圖當采用磁鏈定向后，轉子電流m-t分量的解耦控制直接對應于定子電流在有功與無功電流方向上的正交控制。因此，分別采用有功和無功電流調節器可以使系統對無功電流的調節構成更好的實時控制效果。2.8全控雙饋調節系統結構圖13全控雙饋調節系統結構全控雙饋調節系統由以下幾部分構成：系統主處理單元：使用mpc5554，3

33、2位risc主處理器，實現速度調節、開停機條件檢查及控制、設備運行狀況監視。該模塊通過信號處理接口單元和現場具體信號相連。模擬量接口單元：提供16路模擬量輸出，將系統運行信息通過模擬量供給外部儀表和操作設備。通信借口單元： 提供can和profibus工業控制總線，和絕大多數plc實現無縫連接。顯示操作接口單元：提供設備顯示和操作鍵盤接口。功率驅動接口單元：為脈沖觸發處理單元提供必要的輸入信號，并將其輸出的脈沖觸發信號進行功率放大。脈沖觸發處理單元：為系統的核心單元，其結構如下圖所示： 圖14 脈沖觸發單元示意圖如圖所示，脈沖觸發單元的輸入信號包括三路零電流，三路同步，三路電壓、電流，輸出為三

34、相正反組觸發脈沖（橋式變流器為36路觸發脈沖，零式變流器為18路觸發脈沖）。在脈沖觸發單元中需完成矢量控制，電流調節，觸發脈沖分配等任務。脈沖觸發單元由tms2812，32位dsp為主運算單元，主要進行矢量控制和電流調節任務，脈沖觸發分配由fpga硬件實現，最大程度的保證系統響應的實時性。整個調節系統通過16位并行總線和高速串行總線相連，具有很強的實時數據處理能力和可擴展性。2.9 多plc網絡控制系統提升機是礦山咽喉設備，為滿足其高可靠性、高安全性要求，建立以網絡為連接紐帶的多plc冗余控制系統，用于完成提升機行程控制、邏輯操作和故障保護、液壓制動控制以及其他輔機設備自動控制等。plc網絡控

35、制系統中，由多臺西門子s7-300plc構成，所有plc均通過mpi和profibus雙網連接，從而保證了重要數據的同一性，每臺plc的基本配置有：電源模塊、cpu模塊、數字量i/o模塊、a/d和d/a模塊以及通訊模塊等。（1）plc提升行程控制要由行程監控plc、叁個軸編碼器(兩個裝在驅動輪上，另一個裝在天輪上)和井筒同步開關（裝在減速點前）構成。叁臺軸編碼器將提升機鋼繩在線速度和行程位置轉換成脈沖信號分別送入plc中，plc將部分操作信號、保護信號以及設定的一些行程參數與軸編碼器信號結合起來進行邏輯運算處理，自動產生提升機所需的速度給定信號(即運行曲線),為了盡量減少起動、制動過程中的機械

36、沖擊，提高提升機控制精度，速度給定信號的加速、減速段為“s”型曲線，減速段行程通過plc實際運算來調節減速度以保證其為一固定值，從而保證了停車點不變和停車點的精度。主要技術參數為： 傳感器：（1）增量式軸編碼器2048脈沖/轉（2）行程測量范圍：000.00999.99,分辨率:0.01m（3）速度測量范圍：00.0019.99,分辨率:0.01m/s主要功能為:（1）與操作保護plc之間相互保護、相互監視。（2）產生速度包絡曲線對提升機的速度進行連續監視。（3）提升機進行法定試驗時，可以更安全、可靠和容易，通過啟動一個試驗開關，就可以將井筒長度“縮短”到一個特定預置的數值，提升容器以任何試驗

37、速度接近“縮短”了的井筒端部時，就會使提升機停車，這樣，在試驗時，各種保護的效果，以及制動系統的效果，可以得到可靠的保護。（4）補償由于運行磨損帶來的鋼絲繩和滾筒直徑的變化及鋼絲繩滑動引起的位置變化。具體做法是，當提升容器在井筒底部時按下標定按鈕，提升機慢速提升一個循環即可，這種操作在軟件中得到了充分的安全保護。（2）操作保護plc操作保護plc的主要功能是：（1）執行操作程序，生成開車信號和方向；（2）實現各種故障保護及閉鎖。（3）與行程監控plc之間相互保護、相互監視。（3）安全保護回路由操作保護plc、閘控plc與繼電器構成雙線制提升機安全保護回路。來自提升機各部分的保護信號分為立即施閘

38、、井口施閘、電氣制動和報警4類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引入到plc中，plc將其處理后送監視器顯示故障類型并控制聲光報警系統報警并施閘，而立即施閘類事故信號除引入到plc中處理、顯示、報警外，還直接引入到安全直動回路，動作施閘系統施閘。系統的安全回路有兩套，一套由plc構成，另一套為繼電器直動回路，如圖所示。圖15 各類保護示意圖系統的主要保護有：（1）立即施閘類故障保護（就是說發生下列各類故障時，系統能立即進行安全制動停車）：-高、低壓電源斷電； -整流逆變故障;-主回路過電壓或接地; -整流器過電流;-逆變器過電流； -調節裝置電源故障;-整流裝置故障; -錯向操作;-

39、制動油路系統故障; -軸編碼器故障;-提升容器過卷; -變壓器調閘;-提升速度超過最大速度15%及減速段過速10%;-提升容器達到終端位置時的速度超過2m/s；-鋼絲繩滑動超限; -按下安全制動按鈕;-定子、轉子回路故障； （2）終端施閘類故障保護(就是說發生下列各類故障時，允許一次提升循環結束后再停車): -制動油油溫超限； -電機溫度和主軸承溫度超限; -運行過程中通風機故障; -變壓器溫度偏高。 -閘盤故障（3） 電氣制動類故障保護(就是說發生下列各類故障時，系統自動降低速度到1米/秒,然后再施閘停車):-信號電源欠壓; -液壓制動系統油溫偏高;-液壓制動系統油位偏低; （4）制動控制系

40、統對液壓站各閥進行控制和調節的電氣控制系統能與制動系統協調一致，對接收的信號在控制器中加以處理，并對制動系統進行控制。自動送閘 /施閘;油壓值的調整，實現恒制動力制動;液壓站的故障信號。制動系統的屏幕顯示包括在提升機電控系統中并由不間斷電源供電。第三章 操作臺及外部設備的作用3.1操作臺操作臺采用操作方便的分體式結構，共由左操作臺、右操作臺和指示臺三部分構成，左操作臺上有制動手柄，高壓送電按鈕、磁場送電按鈕，快開控制按鈕，安全復位按鈕、緊停按鈕、燈試驗按鈕、閘試驗按鈕、過卷旁通按鈕等。右操作臺上有主令操作手柄、工作方式選擇開關、控制方式選擇開關、自動控制按鈕和信號聯絡按鈕等。右側為工業控制計算

41、機，中間指示臺上有運行參數顯示儀表、重要操作信號和故障信號指示燈，顯示儀表有：- 深度指示器：包括一套柱式顯示器（粗針）和一套數字顯示器（精針）；- 速度表； - 液壓表；- 可調閘毫安表； - 定子電流表；- 轉子電流表； - 6kv電源電壓表。重要操作信號和故障指示燈有：- 1#高壓柜指示； - 錠子送電指示；- 轉子送電指示； - 液壓站正常指示；- 潤滑站正常指示； - 輔助電壓工作指示；- 安全回路正常指示； - 滿倉指示；- 主令零位 - 閘把零位等。司機可操作操作臺上的開關及按鈕來控制提升機運行，并通過指示燈和顯示儀表以及工業控制計算機及時了解提升機的運行狀態及運行參數。3.2上

42、位機監視部分：由上位計算機實現人機對話，它可顯示：-提升系統全貌及介紹；-主回路及勵磁回路；-低壓系統；-提升系統全貌；-速度圖、力圖-液壓制動系統圖；-生產報表；-故障信息； -幫助（如何閱讀畫面）等。上述所有畫面都是動態畫面，它們反映了提升機所有的運行參數和運行狀態以及故障類型和故障發生時間，工業控制計算機能使司機對提升機的運行狀況一目了然，若發生故障，司機能及時從上位計算機上了解到故障類型及位置，能及時通知維修人員排除故障，從而縮短排除故障時間，提高勞動生產率。3.3外部傳感器的安裝與作用（1）井筒開關：選用磁性非接觸開關，分別設置在井筒中過卷、齊平、同步、減速點等位置。（2）軸編碼器：

43、選用2臺堅固型編碼器分別安裝在導向輪和驅動輪上。（3）測速機：選用與軸編碼器一體化的進口產品，安裝在驅動輪上。軸編碼器pg1信號進入行控，軸編碼器pg3信號進入主控plc2，作為兩路完全獨立的行程和速度監測信號，行控plc3實現速度控制，plc2、plc3分別實現有關行程和速度的監視保護。通過網絡通訊，plc2和plc3進行行程和速度參數的相比較，實現鋼繩滑動監視及pg1和pg3的相互監視。測速機（tg1）信號同時進入主控plc1和plc2，用于速度的監視保護，及測速機和軸編碼器的相互監視。（4）軸編碼器pg3信號輸入調速控制計算機，用于閉環調速控制。（5）裝設一套井筒開關，用于完成控制與保護

44、功能，包括：過卷開關、減速開關、停車開關、同步校正開關。第四章 兩種方案比較（1）能耗明顯降低：矢量控制全控雙饋調速方案與串電阻調速方式相比，節約了消耗于轉子電阻回路中的能量，且在制動過程中可以發電并回饋電網，每年可節約電能消耗約20-30%。（2）生產效率大提高：目前系統的速度圖如下：圖16 新系統速度圖從改造前后的速度圖可看出：(1) 以上為改造后的速度圖，在最大速度沒有增加的情況下，加減速均取保守值。(2)提升時間：t總=5.5+10.72+99.15+9.1+7.7+3.3=135.47s改造后速度圖 v（m/s） vbh=7.48m/svm=6.5m/s v1=0.3m/s v2=1

45、.5m/s vp1=1.0m/s vp2=0.5m/s vp3=0.22m/sa(m/s 2)0 0.2 0.6 0 0.48 0.044 0.05 0.06 s(m) 15.4 32.6 630 44 8.6 2 0.4t(s) 3 6 8.2 96.9 11.5 11.3 5 2t總=3+6+8.2+96.9+11.5+11.3+5+2=143.9s圖17 老系統速度圖較目前系統提人163s 和提物155.62s減少運行時間為27.53和20.15秒目前絞車速度運行速度每勾因重量不同，速度在6米/秒至6.46米/秒之間，所以每勾時間不固定。改為轉子雙饋變頻系統后，調速性能同直流系統，速度按設定的s曲線運行，加速、減速、等速段固定，速度可控制為6.46米/秒，每勾時間固定，減少每勾運行時間。（3）調速性能：傳統tkd在啟動和減速時都屬于有極調速，失量控制可實現類似直流拖動控制系統的優良調速性能，實現無級調速。系統能自動高精度地按設計的提升速度圖控制提升速度，系統的安全得到保證，極大地降低了操縱難度；減速時電氣制動減速，司機無需再用施閘手段控制絞車減速，避免了超速、過卷的發生。（4）無機械沖擊：由于實現了無級調速解決了tkd系統切換電阻沖擊電流大，運行平