矿井交流提升机可编程电控系统设计.pdf

设计与计算 山东机械 1 9 9 8牛第2期 矿井交流提升机可编程 肥城 矿务 局 计算中 心 拦 山东省煤炭工业信息计算 中 肥 城矿 务局赵 亚 宁 胡 室 信√ 丁『 摘要 介 绍 了刺 甩高档 可编 程控制 嚣设 计矿 井 交流提 升机 电控 系统 的 方案 ， 硬 件配 置 ， 主要部 分 的设计 思想 抗 干扰措 施等 。 关键词 交 可鳊程控 制 器电控 系统设计 1 设计背 景 目前国内矿山用交 流提升机 电控系统 ， 主要是采 用 由继电器逻辑电路组成的有触点控制系统 ， 继电器 多达几十个 ， 连线复杂 ， 结构庞大 ， 接点多且易受电弧 侵蚀和环境氧化， 因此系统故障率高 ， 日常维护量大 ， 性能和可靠性差 由于提升机原电控 系统存在以上缺 陷 ， 因此利用微 电子技术对 电控系统进行改造是十分 必要 的， 是交流提升机 T K D电控系统发展的趋势 。 近年来许多科研单位、 生产厂家 ， 采用不同手段研 制新型电控系统 。这些电控 系统的设计思想是 解决 原控制系统中机械触点过多 的问题 ， 大都选用微型可 编程控制器作主机 ， 这种可编程控制器是整体型结构 ， 出现故障时需要更换整台可编程控制器 ， 维护不灵活， 不方便， 而且电控系统中仍存在许多继电器接点 ， 并且 不能直接处理模拟量 ， 运算功能较差． 先进的控制技术 难以实现 。因此这种 电控系统的先进性和可靠性受到 一 定限制 。 为期底解决上述 问题 ， 我局开发研制了高档新 型 交流提升机可编程电控系统 ， 在 陶阳矿副并获得 了成 功 2 设计方案 系统设计 中本着确保电控系统的安全性、 可靠性 和先进性 的原则， 选用高档可编程控制器， 提升过程控 制， 行程、 速度、 电流测量及显示， 主保护和后备保护功 能由一 台可编程控制器独立完成。 2 ． 1 控制原理采用 T K D系统的控制原理。 7b f j j『， fu ， 畜 2 ． 2 动力 制动采用单闭环控制 。 2 ． 3选用 日本欧姆龙公司 C 2 0 0 H型可编程控制器 ， 实现过程控制程序化 ， 新 系统设计成为无机械触点系 统 。 2 ． 4去掉原系统 中的磁放大器、 时间继 电器延时 电 路 ， 将安全回路， 正反转回路 ， 调速电路 ， 动力制动控制 等收可编程控制器完成 。 2 ． 5 实现提升距离、 速度、 电流的测量及显示。 2 ． 6 动力制动采用数字控制算法 ， 提高系统 的运行品 质 。 2 ． 7 保护符合 煤矿安全规程 要求， 主要保护具备双 重保护功能 ， 并具有后各保护功能 。 2 ． 8 用计算机在线调试 ， 监视提升机的运行状态 。 2 ． 9 用转 子真空柜取 代原系统八级加速接触器 ， 用高 压真空柜取代 原系统高压换 向回路接触器 、 线路接触 器及动力制动接触器 ， 实现高低压接触器真空化 ， 减少 维护量 ， 提高系统的可靠性 。 3系统硬件配置 3 ． 1 可编程控制器 的特点及配置 可编程控制器是提升机电控 系统的核心 ， 设计中 我们选用 C 2 0 0 H型可编程控制器， 该可编程控制器为 模块 化结构 ， 具有功能强 、 体积小、 结构灵活 、 维护方 便 、 抗干扰能力强等特点 。该 系统 主要 由 C P U模块 C P U0 1 、 开关 量输 入模块 I D2 1 2 、 开关量输出模 块 D2 1 1 、 A／ D模块 AD0 0 1 、 D／ A模块 D A0 0 1 、 高速 计 数模块 C T 0 0 1 、 数字显示电路等组成 。 3 ． 2 系统 硬件 配置 图 2 5 计 设 统 维普资讯 山东机械 1 9 9 8年第 2期 设计与计算 输凡剖讣 口 J 编 榨制{ }5} 输山音 j 丹 操怍 台主奇 札 置什 戈 位 胃开差 定 了电流．测速 电 ．手 州 定 白鞯 角机 电压 旋转编码器 输凡模块 开关毋输出 轴楼坡 卜 最输 输 模块 关 l工辁 山 D ， 鞫 一模 块 A ／ D ff l 模块 输⋯模挑 高琏刊敌横， 高压挽向枢 怔 压 r 柜 括 州 可 调问 动力制动杠 } 亍 程显 娃度显示 电流显示 4 主要部分的设计 4 ． 1 速度和行程的计算方法 4 ． 1 ． 1 速度计算 在 相等的时间间隔内读取脉 冲的计数值 ， 算出前 后两次计数值之差． 除以间隔时间 ， 从而得出速度 。设 脉 冲差值为 P． 每个脉冲代表的距离为 K， 时间间隔为 T 则 有 v m／ s l 4 ． 1 ． 2 距离计算 设计数脉冲为 N， 则提升距离 H K N m 4 ． 2电压信号和电流信号的设计 该 电控系统将凸轮板 自整角机 的给定电压、 测速 发电机反馈电压、 手 闸 自整角机 电压和主回路电流信 号 经整 流、 滤波 、 分压 ， 作为 P C的输入信号 ， 经 A ／ D 转换变为数字量 ， 按照控制算法运算 实现控制及保护 功能 。 4 ． 3 可调 闸 电路 4 ． 3 ． 1 手动控制闸 当减小 自整 角机 CD1输出电压时 ， P C的输出电 压也随之线性减小 ， 当 自整角机 C D1的输 出电压为 0 时 K T线 圈的电流为 0 可调闸抱闸； 正常工作时 KT 线圈的电流为 2 5 0 mA。 4 ． 3 ． 2 可调闸速度闭环控制 控制原理 凸轮板 给定 电压与测速发电机的反馈 电压相 比较 ， 当给定电压大于反馈电压时松闸； 当给定 电压小于反馈 电压时 可调闸有制动趋势 。在加速段、 等速段、 减速段超速 5 时贴闸皮 超速 8 时紧闸。 4 ． 3 ． 3手闸与自动 闸的关系 C D]的输入量与速度闭环 的控制量 比较 谁小谁 输出 可调闸在超速 5 时开始起作用， 按比例规律调 节 。 4 ． 4 减速段速度闭环控制 一 2 6 4 ． 4 ． 1 速度单闭环控制 当提升机运行至减速点 ， 控制回路切断高压回路 ， 经延时消弧投人动力制动， 动力 制动电源为晶闸管变 流装 置 。凸 轮板给 定 和测 速发 电机 的反馈 电 压 ． 经 过 P C_运算得出偏差 ， P C将控制信号送到晶闸管变流装 置 的移相电路 ， 调节动力制动电流 ， 达到按设定值减速 的 目的 4 ． 4 ． 2 P I D控制算法 由于交流提升系统 的数学模型难以建立 ， 系统 的 参数经常变化 ， 运用控制理论进行分析综合很困难 也 难 以达到预期效果 ， 我们采用 P I D控制 ． 根据现场需 要整定参 数． 可以达到 良好的控制效果， 使系统不但具 有较高的动态品质 ， 又具有良好的平稳性 。 4 ． 5 安 全 回路设计 在 提 升 机 电控 线 路 中 ， 设 有 煤矿 安 全规 程 规 定 的保护 和连锁 。当正常工作状态遭到破坏时 ， 安全回 路 中的触点断开安全接触器 AC回路 ， 使安 全回路制 动 。实现安全制动时 ， 安全 回路接触器 A C的常开触 点 断开 使高换 向器回路断电， 电动机切断高压电源 ， 并且转子回路接人全部电阻 安全回路 串联的保护接点较多 ， 主要介绍下列几 种 a ． P C内部测速监视继电器 的常开点与 P C内部 加速 接触器 8 J C的常闭点并联 ． 当 8 J C闭合时 ． 若测 速回路异常 则断开安全回路。 b ． 错 向保护 若在提 升过程 中停 车 再开车时按 原方 向开车 ， 不能反向开车 ； 若提升 中途控制系统停 电， 再送 电后保证按原方向开车 ． 不能反向开车。 c ． 测速电路的相互监视保护 当出现编码器测速 值与测速 发电机速度反馈值之差超出允许范 围时 系 统报警 指示测速故障。 d ． 可编程控制器的安全保护功能 在安全回路 中 串接 P C的输 出触点 ， 当 P C工作 正常 时 该触点 闭 合； 当 P C故障时， 该触点断开， 安全回路断电。 4 ． 6 双重保护设计 为确保安全 提升机电控系统中的重要保 护设计 为双重保护 ， 这样也满足了后备保护的要求 。 4 ． 6 ． 1 速度双线保护 1 5 、 1 0 速度保护 信号来源于安装在主机轴 的旋转编码 器发 出的计数脉冲 ， 以此信号计算出的速度值与设计 速度值 比较实现速度保护； 另一种保护 信号来 自测速 发 电机的电压 以此反馈 电压与给定电压 比较 实现速 度保护 。 4 ． 6 ． 2 过卷保护 过卷保护信号一路来 自过卷保护开关 另一路来 自可编程计算出的距离。在安全回路中有两个过卷保 维普资讯 设计与计算 山东机械 1 9 9 8年弟 2期 护点 ， 不管机械过卷开关是否动作 ， 只要距离到过卷 ， 软件 过卷 保护起 作用 。 4 ． 6 ． 3 减 速点 减速点信号一路来 自减速点 开关 ， 另一路来 自可 编程计算出的距离 。不 管机械减速点是否动作． 只要 距离到减速点 ， 则软件减速点动作。 双重保护设计满足了后备保护的要求 ． 不再需要 后备保护装置。 5系统抗干扰措施 可编程 控制器本 身可以适应恶 劣的工业应用环 境 ． 具有较高的抗干扰能力 ， 我们选用 的高档可编程控 制器有更强的抗干扰能力， 它内部装有信号调节和滤 波 电路 ， 具有 良好 的抗电子干扰性能 ， CP U单元及每 个 I ／ 0模块 中对电源进行多重滤波 。除此之外， 我们 还在系统 电源中加 了稳压电源提高系统 的供电质量 ， 输入信号采用屏蔽线， 可编程控制器的抗干扰端子和 大地端子接地。输入、 输 出电源采用抗干扰能力强的 开关电源。软件 中采用 了数字滤波 、 平均值、 限幅等措 施， 进一步提高系统的抗干扰能力。 ● 封面说明 6 结束 语 该控 制系统采用 T K D电控原理 ， 用高档可编程 控 制器作主机 ， 利用软件实现了提升机的过程控制及 系统保护 。在肥城矿务局陶 阳煤矿副井 已运 行一年 多 ， 经现场工业性试验和性能测试证 明 该控制系统安 全可靠 ， 性能 良好 ， 符合 煤矿安 全规程 规定 ， 满足矿 井提升各种运行方式的要求。实现了逻辑 电路 的程序 化 、 输入输 出模块化、 模拟量数字化 、 高低压接触器真 空化、 显示数字化 具有技术先进 、 功能齐全、 性能价 格 比高． 抗干扰能力强、 维护量 小等特点 。1 9 9 7年 7 月通过 省科 委组织 的技术 鉴定 ， 技 术属 国内领先水 平 。 参考文献 1 煤 矿电工手册 六 ． 煤炭工业出版牡 ， 1 9 8 4 ． 2 金光业 ， 李景学等． 可编程控制器 原理及应用． 中国 自动化学会应用 专业 委员会 山东黑豹集 团公 司简介 山东黑豹集团公 司是一 家跨地区、 跨行业的大型综合企业， 总资产6 O 亿元。 公 司通过技术开发、 精细化管理、 资本运 营、 兼并控股， 迅速成长为全国最优5 0 0 家 中工业企业第2 2 2 位、 机械工业第5 8 位的大型企业集团。 公 司下辖 山东黑豹股份有限公司、 山东文登 黑豹矿泉水有限公司、 威海黑豹 世运工业有限公司、 威海黑豹轮毂有限公 司、 贵州航天黑豹工业有限公司、 沈阳富 桑黑豹工业有限公司。其 中 山东黑豹股份有限公 司是 中国农用车行业的首家上 市公 司 ， 1 9 9 6 年排 沪、 深 两市龙虎榜 第四名。 目前 ， 集团公司生产的产品包括轿车、 皮卡车、 轻、 微型汽车、 农用车、 发动机、 家电、 饮料等5 O 多个规格品种， 并逐步向跨 国经营、 旅游餐饮、 金融证券等领域不 断延伸 。其 中 “ 黑豹” 农用车1 9 9 5 年在部颁 可靠性考核 中， 综合评分名列全国同 类产品第一， 被评为优等品； 并获得机械部可靠性产品特别推荐 ； 1 9 9 6 年“ 黑豹” 车 先后两次进入 中南海接 受了江泽民、 李鹏、 朱镕 基等党和国家领导人的检 阅。今 天， 黑豹集 团已成为山 东省百 家重点扶持企业之一 。 黑豹集团正以雄厚的实力、 稳健的步伐朝着世界经济5 0 0 强行列迈进 ， ， 1 ， 々 曲 ， 々 ， ， ， ， } 维普资讯