基于PLC控制的变频调速的系统设计专科毕业论文.doc

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1、成都电子机械高等专科学校成教院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 基于PLC控制的变频调速的系统设计教 学 点： 重庆科创职业学院指导老师： 赵鹏展 职 称： 讲师 学生姓名： 袁飞 学 号: 09124415016专 业： 机电一体化技术成都电子机械高等专科学校成教院制2011年 1 月 12 日成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文）任务书题目： 基于PLC控制的变频调速的系统设计任务与要求：对本文在矿井提升机控制系统研究中，采用变频器和可编程序控制器相结合的方法，取得了一定的成果，通过对已改造的提升机设备进行调研以及相关文献的阅读可以看出PLC控制的变频调速提升机有明显的社会效益和

2、经济效益。 时间： 2010 年 11 月10 日至 2011 年 1 月 15日共 9周教 学 点： 重庆科创职业学院学生姓名： 袁飞 学 号： 09124415016专业： 机电一体化技术指导单位或教研室： 指导教师： 赵鹏展 职 称： 讲师成都电子机械高等专科学校成教院制毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字10年11月10日至11月27日选题良好10年11月28日至12月6日论文提纲写作良好10年12月7日至12月24日初稿写作良好10年12月25日至11年1月5日二稿写作良好11年1月6日至 1月7日定稿并上交论文的电子文档良好教师对进度计划实施情

3、况总评 签名： 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 摘 要近年来，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。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。因此，需要研制更加安全可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性和安全性得到提高。在提升机技术，对原有提升机控制系统进行升级换代。 结合电机速度闭环控制,本文介绍了采用PLC,变频器和编码器组成的交流闭环调速系统的工作原理,重点阐述了用PLC实现闭环变频调速控制的关键技术，并指出了设计中应注意的主要问题。本文从

4、解决实际矿井提升系统存在的问题出发，对传统的调速方案进行了控制方式的革新和数字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加强了系统稳定性。表明本文所提出的设计方案具有实用价值。适用、经济、高效、可靠是本文提升机系统设计的追求目标。关键词 交流调速PLC 变频器AbstractIn recent years, the foreign hoist machinery parts and electric parts all have developed rapidly, and both to promote each other and improve each other. The current

5、domestic ascension mechanical and electrical control most or rotor circuit piecewise control ac string resistance wound rotor motor relay contactor system, equipment obsolete, the backward in technology. And this kind of control way has a lot of problems. Therefore, we need to develop more safe and

6、reliable control system, to ascend chance done reliability and security improved. In the ascent machine control system in the application of the computer control technology and frequency control technology for the original hoisting machine control system upgrading. Combined with motor speed closed-l

7、oop control, this paper introduces the PLC, frequency converter and encoder composed of ac frequency conversion closed-loop speed system of working principle, and expounds the closed-loop inverter with PLC control key technologies, and points out the design main problems that should pay attention to

8、. This article from solving actual problems existing in the mine shaft hoisting system based on traditional speed control scheme in the control mode of innovation and digital transformation, reduced cost, improve the control accuracy, strengthening the system stability. That the proposed design sche

9、me is of practical value. Applicability, economy, efficient, reliable in this paper is hoist system design goal. Keywords ：ac adjustable speed PLC inverter 目 录第一章 提升机的工况分析1第一节 提升系统简介1第二节 提升机电动机运行方式1第三节 提升机的速度图和力图2第四节 矿井提升机对电气控制系统的要求4第二章：矢量控制变频调速8第一节 变频调速在提升机系统中的应用8第二节 变频调速基本原理8第三节 变频调速控制方式分类11第四节 变频

10、器按中间直流环节方式分类12第三章：系统设计14第一节 提升机电控系统总体结构14第二节 PLC外围硬件设计15第三节 软件设计与总体结构22第四节 变频调速在控制系统中的运用24第四章：组态软件26第一节 上位机的软件设计26第二节 组态软件26第三节 提升机监控画面的开发29结束语31谢 辞32参考文献33第一章 提升机的工况分析第一节 提升系统简介矿井提升机可分为竖井提升机和斜井提升机两种。提升过程一般包括:起动加速、匀速、减速、爬行和停车几个主要环节。韶关一旅游景点的斜井提升观览车其提升和下降的整个过程控制全部由可编程逻辑控制系统（PLC）自动完成。观览车在一长度为 400 m、坡度为

11、 35的斜坡上运行 ,见图 1-1,其功能是在山顶与山底之间运送游客。 图1-1 观览车提升系统第二节 提升机电动机运行方式提升机电动机的运行方式 ,主要根据系统的力图来确定。（1） 加速阶段。提升时为正力 ,采用电动加速。下放时为负力 ,若负力值较小 ,可考虑自由加速 ,并配合使用盘式制动器 ,若负力值较大 ,则采用动力制动加速。加速阶段不实行闭环调节 ,而以时间、速度为函数 ,逐步短接转子附加电阻 ,使提升电动机从零速升至全速。（2） 匀速阶段。提升时为正力 ,采用电动拖动。下放时为负力 ,采用能耗制动、闭环控制 ,单闭环速度控制系统由与距离有关的理想速度给定电路、速度负反馈电路、PID

12、调节器、移相触发电路及双向可控硅能耗制动电路组成 ,下放速度由 PID 调节。（3） 主减速阶段。提升时为正力 ,采取逐级接入转子附加电阻和机械制动的方式。下放时为负力 ,一方面接入转子附加电阻 ,另一方面增大制动电流并辅以机械制动方式减速。（4） 爬行阶段。当为正力时 ,转子接入几段附加电阻 ,由 PLC控制运行;当为负力时 ,在能耗制动方式下接入转子附加电阻。第三节 提升机的速度图和力图合理地确定提升机的力图和速度图 ,可以提高其运行的安全可靠性 ,以及减小电动机的功耗。一 、提升机的速度图（1） 主加速阶段 t1 。如图1-2所示,正常提升时 ,接入第一级电阻 ,电动机产生的力矩比阻力矩

13、大3 %5 %,产生比较低的加速度 a 0.3 m/。随着转子电阻的逐渐切除 ,既保证了起动阶段的加速度 ,又使起动平稳 ,当上升到时 ,电动机运行在自然特性曲线上。下放时 ,由于负力较大 ,需要制动力来维持稳定的下放速度和规定的减速度。投入动力制动时 ,盘式制动器松闸 ,将电动机的定子从交流电网上切除 ,并通过整流变压器 T 和调压模块 ,向定子绕阻通以直流电 ,从而产生固定的直流磁场 ,由于惯性作用 ,旋转的转子在固定磁场中运动 ,转子上产生感应电流 ,转子电流与固定磁场相互作用便产生了制动力矩 ,此后电动机的转速由于制动作用而降低。制动力矩与励磁电流的平方成正比 ,并与转子附加电阻和电机

14、的极数有关。（2） 匀速阶段。上升时 ,电阻按时间原则来控制切除 ,使电动机保持电动状态 ,且速度 。下放时 ,由测速发电机反映转子下放速度 ,当速度高于时 ,增大励磁电流 ,提高制动力矩 ,使观览车在斜坡上匀速运行。（3） 主减速阶段。为使提升机准确停车 ,在停车前应进行减速。减速按照速度图要求进行 ,由装在斜坡上的位置开关动作发出信号 ,PLC 再根据与电动机同轴运行的光电编码器发出的脉冲数进行比较 ,发出指令 ,然后接入两段电阻、使提升机速度下降 ,几秒后又将、接入电路 ,使降到。提升机到达底端与到达顶端稍有不同 ,一方面接入、,一方面增大励磁电流，使下放速度在规定的时间内降低。（4）

15、爬行阶段。在 0.3 m/ s左右 ,此数值实际上是一个平均值 ,因为提升机由较高的不可能很准确的变为速度。脉动爬行 ,此时电动机转子串有大量的电阻 ,故有特性软、不易控和电耗大等缺点。（5） 停车阶段。接入最后一段电阻,同时将盘式制动器的 KT线圈断电 ,抱闸迅速抱住卷筒 ,提升机停转。图1-2 提升机速度图二 、力图图 1-3提升机力图由直线运动的运动方程可得:F = + ma式中: F 提升机在某运动阶段的力 ,kg;提升机的静阻力（包括车重、提升机重量和绳重）,kg;m 把旋转运动的部件折算到直线运动的变位质量 ,kg/ m;a 各阶段的加速度、减速度值 ,m/。当 a =0 时 ,

16、F = ,匀速运行;a 0 时 , F ,加速运行;a 0 时 , F ,减速运行。根据以上分析 , F = f（t） 的力图见图1-3。第四节 矿井提升机对电气控制系统的要求提升机控制系统方案的选用应满足生产工艺的要求，即满足各种可能出现的运行速度图和力图。所以需要先来分析提升机电控系统的静、动态特性。提升机的电气传动系统的给定速度，=f(t)如图1-4所示，根据动力学方程式 *式中Te电动机电动力矩;传动系统的静阻转矩;传动系统的飞轮力矩， ，其中J为转性惯量（kg*），g是重力加速度（m/）；传动系统的动态转矩（N*m）；加速度；可以得出按给定速度图所需转矩=f(t)的特性，从而可以得到

17、拖动系统所需的力F=f(t)，如图1-4所示。提升机的负载静力凡，决定于提升机辊筒承受的静张力差，在双罐笼的平衡提升系统中，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，所以静力凡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)，对辊筒必须施加机械闸。从图1-4可以看出，要使提升机按照给定的速度图运行，电动力矩双可能为正，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。图1-5表示出了平衡提升系统的四种不同的运

18、行状态。(l)重物上提，静载量较大()。其给定速度图与力图如图1-5(a)所示在加速段其中为加速力矩与匀速力矩之差图1-4 提升机传动系统给定速度图、力图加速力矩为：在匀速段，匀速力矩为： 在减速段，但|,所以减速段力矩为：其中为减速力矩与匀速力矩之差 在爬行段，爬行力矩为：根据此力图可知，电动机在各段均工作在正向电动状态。(2)重物上提，静载量较小()。其给定速度图和力图如图1-5（b）所示 在加速段，加速力矩： 在匀速段，匀速力矩： 在减速段，减速力矩：但，所以|=|0 在爬行段，爬行力矩：根据力图可知，电动机在加速段和等速段，工作在正向电动状态;在减速段，工作在正向制动状态;在爬行段，又

19、工作在正向电动状态。也就是说，在整个提升过程中，电动机的运行状态应切换两次。图1-5 在不同负载下的给定速度图和力图（3）重物下放，静载量较小（）。其给定速度图与力图如图1-5（c）所示 在加速段： 在匀速段： 在减速段：|=|0，0 在爬行段： 根据力图可知，电动机在加速阶段，工作在正向电动状态；在匀速、减速和爬行阶段均工作在正向制动状态。(4)重物下放，且静载量较大（）。其给定的速度图和力图如图1-5（d）所示 在加速段： 在等速、减速和爬行段，F均为负。根据力图可知，电动机在整个提升过程中始终工作在正向制动状态。要使提升机按给定速度图运行，电气传动系统应能根据负载的变化而自动的工作在电动

20、或制动状态，也就是说要求电气传动系统能满足四象限运行。综合以上提升机的运行特点以及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)速度符合国家有关安全生产规程的规定。提升人员时，加速度，升降物料时，加速度。另外不得超过提升机的减速器所允许的动力矩。(2)具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速方便，调速范围大，能满足各种运行方式及提升阶段(如加速、减速、等速、爬行等)稳定运行的要求。(3)有较好的起动性能。提升机不同于其他机械，不可能待系统运转后再装加物料，因此，必须能重载启动，有较高的过载能力。(4)特性曲线要硬。要保证负载变化时，提升速度基本上不受影响，防止负载不同时

21、速降过大，影响系统正常工作(当然，当负载超过一定的限度时，还要求系统能有效的自我保护。迅速安全制动停车，即所谓要具备挖土机机械特性)。(5)工作方式转换容易。要能够方便的进行自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式的转换，操作方便，控制灵活，不至于因工作方式的转换影响正常生产。(6)采用新技术和节能设备，易于实现自动化控制和提高整个系统的工作效率。具备必要的连锁和安全保护环节，确保系统安全运行。尽量节约能源和降低运转费用。第二章：矢量控制变频调速第一节 变频调速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

22、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

23、点得到了广泛的应用22。提升机使用变频调速控制具有下列优点:(l)调速平滑、调速范围大。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。(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。(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%。第二节 变频调速基本原理异步电机的VVVF调

24、速系统一般简称变频调速系统。由于在变频调速时转差功率不变，在各种异步电机调速系统中效率较高，同时性能也最好，故是交流调速的主要发展方向。交流调速系统的控制量最基本上是转矩、速度、位置，根据不同的用途适当组合可构成各种闭环系统。异步电动机定子对称的三相绕组中通入对称的三相交流电，在电机气隙内会产生一个旋转磁场，其旋转速度为同步转速 式中定子绕组电源频率;P电机磁极对数。异步电动机转差率 则异步电动机转速由上式可知，异步电动机调速方法有如下几种a.变同步转速:变极p、变频、b.变转差率s:定子调压、转子串电阻、电磁转差离合器、串极调速。由电机学可知，转差功率:式中电磁功率;Cu2转子铜耗。由式可知

25、，变频调速与变极调速为转差功率不变型不论其转速高低，转差功率消耗基本不变，因此调速效率为最高。由电机与电力拖动可知，异步电动机等效电路如图2-1所示，图2-1 异步电动机等效电路对交流异步电动机进行变频调速，交流异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速 表达式为:式中: 同 步转速 (r/min); 定子频率(Hz); 磁极对数。而异步电动机的转速为:式中:s -异步电动机的转差率 改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。当然，也可以通过改变转差率，和磁极对数n ，来改变异步电动机的转速。 但是变极 对 数和变转差率在调速领域内的应用范围较小，而变频调速具有高效率、高范围和高

26、精度的调速性能，是比较合理的调速方法。交流变频器正是通过均匀的改变输入异步电动机定子的供电频率来调节电动机转速的。对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持不变。磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负荷能力下降;磁通太强，则由于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力要下降。异步电动机的气隙磁通 ( 主磁通)是定、转子合成磁动势产生的。由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值为: 式中 定子每相由气隙磁通感应的电动势的均方根值(V) ; 定子频率(Hz) ; 定子相绕组有效匝数; m 每相磁通量(Wb)

27、。 由上式可见,m的值是由E1 和f1共同决定的，对E1和f1进行适当的控制,就可以使气隙磁通m保持额定值不变。下面分两种情况说明:1.基频以下的恒磁通变频调速这是考虑从基频(电动机额定频率AN)向下调速的情况，为了保持电动机的负载能力， 应保持气隙主磁通m不变， 这就要求降 低供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/ f1 = 常数， 即保持电动势和频率之比为常数进行控制。 这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。但是，E1难于检测和直接控制。当El和f1值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如果忽略不计，则可以近似的保持定子相电压U1和频率f1的比值为常数即可。这就是恒压频比，是

28、近似的恒磁通控制。当频率较低时，U1和E1都变小， 定子漏阻抗压降(主要是定子电阻压降)不能再忽略,这种情况下，可以适当的提高定子电压以 补偿定子电阻压降的影响,使气隙磁通基本保持不变， 。2.基频以上的弱磁变频调速这是考虑由基频开始向上调速的情况，频率由额定值. f 1N向上增大，但电压U1受额定电 压U1N的限制不能再升高，只能保持U1 =U1N不变。必然会使主磁通随着f1的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。综合两种情况，异步电动机变频调速的基本控制方式如图2-2所示，为恒转矩区和恒功率区，低频调速时通过电压补偿的方式来保持恒转矩。 图2-2 异步电动机

29、变频调速时的控制特性第三节 变频调速控制方式分类在变频调速领域，异步电机的控制方式多种多样，但从转矩的响应性和过渡特性来看，变频调速的控制方式分为以下几种:U/F控制U/F控制是交流电机最简单的一种控制方法，通过控制过程中始终保持U/F为常数，来保证转子磁通的恒定。然而U/F控制是一种开环的控制方式，速度动态特性较差，电机转矩利用率低，控制参数(如加/减速度等)还需要根据负载的不同来进行相应的调整，特别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。这种控制方式多用于调速精度不高的场所。转差频率控制转差频率控制是检测异步电动机的转速，对转差频率采取闭环控制。与U/F

30、控制相比，调速精度要求较高，且系统容易稳定，即能在宽广的调速范围内，将电动机的转矩、功率因数及效率控制在最佳状态。但是采用此法的电动机调速系统只能是单机运行，同时转差频率控制未能实施对电机瞬时转矩的闭环控制，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。矢量控制矢量控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分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以将作为控制对象的感应电机当作直流电机来进行控制，实现对瞬时转矩的控制。目前，实用中多采用转差频率矢量控制，由于其没有实现直接磁通的闭环控制，无需检测出磁通，因而容易实现。但是其控制

31、器的设计在某种程度上依赖于电机的参数，为了减少控制上对电机参数的敏感性，已经提出了许多参数辨识、参数补偿和参数自适应方案，收到了较好的效果。直接转矩控制直接转矩控制(DTC)也是一种转矩闭环控制方法，其克服了坐标变换和解祸运算的复杂性，直接对转矩进行控制，通过转矩误差、磁通控制误差，按一定的原则选择逆变器开关状态，控制施加在定子端的三相电压，调节电机的转速和输出功率，达到控制电机转速的目的。由于DTC直接着眼于转矩控制，对转子参数变化表现为状态干扰而非参数干扰，DTC方法比矢量控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理想。异步电动机用变频器传动的方块图，

32、如图2-3所示，变频器由变流器、平滑电路、逆变器、控制器四大部分组成，变流器将交流电变为直流电，平滑电路将此直流电平滑后，由逆变器将它变换为频率可调的交流电，向电动机提供电压、电流和频率。图2-3 变频器的基本结构第四节 变频器按中间直流环节方式分类1、电流型变频器当交-直-交变压变频装置的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电流源型变频器。有的交-交变频装置用电 抗器将输出电流强制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它也是电流源型变频器。这种电流源型变频器，其逆变器中的晶闸管每个

33、周期工作1200 ，属于1200导电型。电流源型变频器一个突出的优点是当电动机处于再生状态时，反馈到直流侧的再生电能可以方便的回懊到交流电网，不需要主回路中附加任何设备，只要利用网侧的可逆变流器改变其输出电压极性即可，这种电流型变频器有制动发电能力，又能设置电流环提高承载能力，适合需要快速减速和调速范围宽的场合，适配大功率电机，国内单机容量可达12000KW，国外达数万K W级。 2、电压型变频器在交-直-交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电压源型变频器。一般的交-直-交变

34、压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电 源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压源型变频器。对负载电动机而言，变频器是一个交流电压源，在不超过电压容量的情况下可以驱动多台电动机并联运行，具有不选择负载的通用性。中小功率变频器通常采用电容滤波即电压型变频器。逆变器开关器件己由晶闸管 （SC R)、功率晶体管 （GTR)，发展到绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)，以至智能型功率模块 (IPM)，集成门极换流晶闸管 (IGCT)等。第三章：系统设计第一节 提升机电控系统总体结构独特的地理环境和构造给矿井主电路设计和维护带来诸多不便，本设计中我们用P L C实现各种故障保护和对继电器I/O口触点的控制，

35、大大节约了人力物力财力，使维护变得安全可靠。来自系统各部分的保护信号直接引入到 P L C中， P L C将其处理后分为立即施闸、终端施闸、电气制动和报警四类，根据不同故障控制闸控系统 ， 控制声光报警系统报警，并送监视器显示故障类型。由保护 P L C根据系统的安全要求，构成软件安全回路。还将由编码器信号经软件计算后处理成罐笼在井筒中的在线速度， 进行后备位置、 速度保护。基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统由动力装置、变频器、操作台和控制监视系统组成，系统框图各部分功能如下：动力装置：包括主电机、电源模块、制动器和底座，完成人、物、料的运输任务。主电机通过减速器向卷筒提供牵引所

36、需的动力；变频调速器：是动力装置的能量供给单元，通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。操作台：操作台设置两个手柄，分别用于速度辅助给定及制动力给定。它是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。控制监视系统：是操作人员和控制系统及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。第二节 PLC外围硬件设计一 、电源回路电源部分采用双回路供电模式，电源柜主要是给变频柜

37、和动力柜供电，同时用来进行过流保护和电压、电流测量。并且将操作台中的主电源上电开关串入变频柜送电断路器的失压脱扣线圈中，用来实现紧急停车。供电主回路示意图如图3-1所示。图3-1 主电路回路图动力柜主要是给油泵、风机和操作台供电，同时具有断相、缺相、过流保护和电机过热保护。其中油泵有:制动油泵两个，润滑油泵两个。操作台采用UPS电源供电。操作台电源供电方式，如图3-2所示，从动力柜来的AC220V电在操作台中经断路器分六路供电，分别给两套PLC电源模块供电、给数显仪表供电、给开关电源(AC220V输入，DC24V输出)、给可调闸线性电源供电。其中:开关电源分别给DC24V回路、液压站电磁阀和现

38、场仪表供电。图3-2 操作台供电方式二 位置信号采集及传感器的信号采集1、行程开关的设置(1)深指器(如图3-3(a)所示)上一共安装七个行程开关，依次分别是:上过卷开关、上终端开关、减速点开关、上井口开关、下终端开关、下过卷开关、下井口开关。其中上过卷开关，减速点开关，上下井口开关分别接常闭触点引入操作台中。(2)辊筒(如图3-3(b)所示)出绳口附近也安装一个行程开关，用来检测松绳(延时85)，辊筒离合器附近安装三个行程开关，分别用做检测离合器分、合状态和调绳闭锁。 图3-3 深指器和辊筒(3)室外井架上安装两上终端开关，两个过卷开关，两个极限过卷开关。外接线时用防爆接线盒与电缆对接。图3

39、-4 井架及井筒行程开关的设置在左右装卸位置安一个，作为上下终端开关在左右装卸位置往上0.5米安一个，作为上下过卷开关在左右过卷往上0.5米安一个，作为上下极限过卷开关。(4)井筒中包括井架上安装6个防爆磁开关(一般为常开带记忆型的)。分别在如下位置安装:在左右爬行入口处各安一个，作为上下井口开关在左右减速开始点位置各安一个，作为上下减速点开关在左右减速点开关前5米各安一个，作为上下深度校正开关。如图3-4所示。2、传感器的安装传感器的设置主要是针对液压站和润滑站两部分。液压站的主要作用是:可以为盘式制动器提供不同的油压值的压力油，以获得不同的制动力矩;在事故状态下，可以使制动器的油压迅速降到

40、预选设定的某一值P;级，经过沿时后制动器的全部油压迅速回到零，使制动器达到全制动状态。 图3-5 液压站及润滑站A液压站部分(如图3-5(a)所示)所需传感器压力传感器两个、温度传感器一个、电接点压力表一块、电接点温度表一块，为防止压力油过热或者上冻在液压站安装电加热器一个(在操作台上加装手动启停按钮)、风冷却器一个(在操作台上加装手动启停按钮)。B润滑站部分(如图3-5(b)所示)所需传感器压力传感器一个、温度传感器一个、电接点压力表一块、电接点温度表一块，为防止润滑油过热或者上冻在润滑站安装电加热器一个(在操作台上加装手动启停按钮)、冷却水泵一台(在操作台上加装手动启停按钮)。编码器输入及

41、隔离电路共四个编码器，分别安装于电机轴、深指器轴、天轮，主要用于采集速度、深度的电平信号:电机轴头安装旋转编码器一个360P/r；辊筒主轴安装旋转编码器一个5000P/r或3000P/r；天轮处安装旋转编码器两个1000P/r；深指器丝杆上安装两套霍尔传感器上述电平信号输送到操作台需要通过信号分配器分配，分别进入两套PLC模块和控制回路中。信号隔离电路原理如图3-6。图3-6(a)中的旋转编码器为NPN型，图3-6(b)中的旋转编码器为PNP型，根据旋转编码器的不同类型在接入高速技术模块FXZN一1HC时，需要注意接线方式。图3-6 信号隔离电路原理图信号隔离电路对输入的编码信号进行隔离处理，

42、并将输入的信号分为两路。经双路光电隔离输出两路。输出信号成对出现，如:输入信号XO，输出两路信号和其公共端成对出现:PLC1XO、PLC1COMM，PLCZXO、PLCZCOMM。共几路就设计几路输出的隔离板。输入信号可通过跳线选择PNP或NPN输入。三、安全回路安全回路用于防止和避免提升机发生意外故障。硬安全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，硬安全回路马上断开。如图3-7所示，本系统安全回路采用两个接触器并联使用，以提高系统的安全性能，在安全回路中串有很多保护触头，当提升机发生故障时，故障对应的保护触头动作，ACI和ACZ断电，系统会立即解除运行控制指令

43、，封锁变频器、制动油泵，断开安全阀和KT线圈，进行紧急安全制动。ACI和ACZ断电的同时，PLC和外围硬件回路同时动作，控制工作闸对提升机迅速施闸。如图3-7所示，安全回路包含多种保护触点，安全回路的保护由以下几个部分组成:图3-7 安全回路原理图主令、控制手柄零位联锁包括主令零位中继常开触点KA01-3和制动紧闸中继常开触点KA04-3当主令手柄处于零位时，零位继电器KA01闭合;制动手柄处于紧闸位置时，紧闸继电器KA04闭合，这时允许安全回路接通。主令零位中继和制动紧闸中继在提升机正常启动后均处于断开位置，但因接接触器ACI的辅助触头自锁，所以安全回路仍然通电。当提升机在运转中产生安全制动

44、而中途停车后，即安全回路断电，必须将主令手柄和制动手柄分别恢复到零位及紧闸位置，安全回路才能重新接通，解除安全制动，再次重新启动电机，这样可以防止突然跑车。主电源断电保护当主电源断路器断开，会使继电器KA27动作，中继KA27的两路KA27-1、KA27-2送入PLC主备系统内部进行保护，另一路常开触点KA27-3通过安全回路进行硬保护，一旦主失电回路断开安全回路，实施安全制动。机械闸瓦磨损保护提升机机械闸装有闸瓦磨损开关，当闸瓦磨损超限时，会使机械闸制动力不足，如果不进行保护很可能发生跑车事故。KA23为闸开关中继，当闸瓦磨损到一定程度或弹簧疲劳到一定程度时，触头KA23-3断开，断开安全回路，进行安全制动。待更换新闸瓦后，方能开车。FWS为调闸皮转换开关，当闸开关磨损或弹簧疲劳使AC掉电时，需要进行调闸操作。重新接通AC回路。过卷保护过卷是指提升容器在停车位置没有停止运行，超过了停车位置的现象。发生这种现象时，当提升容器超出正常车位置0.5m时，过卷开关动作，使安全回路断开，提升机实现安全制动。过卷以后，如需继续开车，司机必须根据过卷的方向，扭动过卷复位开关，安全回路才能重新接通。若司机将过卷复位开关位置扭错，则不能开车，以保证开车方向与原开车方向相反。过卷故障解除后，司机应将过卷复位开关重新复位后再开车。KAO6、KA07、KA13、KA14为过