矿井提升机的数字化改造.pdf

第 3 0卷第 3期 2 0 0 9年 3月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e V0 1 ． 3 0 No ． 3 M8 r ．2 Oo 9 口 革新 改造 矿 井 提 升 机 的 数 字 化 改 造 高志斌 。赵继敏 ，强倩 1 ． 上海交通 大学 ， 上海 2 0 0 2 4 0 2 ． 上海交通大学 微 电子学院 ， 上海 2 002 40 摘要 从赵庄矿井的实际情况出发 ， 对它的直流提升机调速 系统进行 了数字化改造的研 究。 该方案以 C y g n al 8 0 5 1 单片机为核心 ， 确定 了全数字调 节装置的硬件结构； 计算 出了系统各项调节 器的参数。最后采用 Ma t l a b软件对调速 系统进行 了仿真， 发现调速 系统可获得快速、 精确的调速 效果 。 关键 词 直流提升机 ；驱动 系统 ；数 字控制 中图分类号 T D 5 3 4 文献标志码 B文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 3 0 1 3 5- 0 3 Di g i t i z e d Tr a n s f o r m a t i o n f o r M i n e Ho i s t GA O Z h i b i n 。 Z H A O J t mi n 。 QI AN G Q i a n ’ 1 ． S h a n g h a i T r a ff i c U n i v e r s i t y 。 S h ang h ai 2 002 40 。 C h i n a ； 2 ．C o l l e g e o f Mi c r o e l e c t r o n i c s i n S h ang h ai T r a ff i c U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 002 40 。 C h i n a Ab s t r a c t Th i s wo r k h a s d o n e s o me r e s e a r c h o n s pe e d c o n t r o l s y s t e m o f DC h o i s t whi c h wa s c o n t r o l l e d b y S CM f r o m Z h a o z h u a n g Mi n e ．Th e s c h e me u s e a Cy g n al 8 0 5 1 mi c r o c h i p c o mp u t e r a s t h e c o r e pr o c e s s o r ， c o n fi r m t h i s f u l ld i s t a l c o n t r o l s y s t e m’ S h a r d wa r e ．Ma k e t h e p ara me n t o f all c o n t r o l l e r s ．A t l a s t -u s e Ma t l a b t o s i mu l a t e thi s s p e e d c o n t r o l l e d s y s t e m． I t C a l l a c h i e v e f a s t a n d a c c u r a t e s p e e d mo d u l a t i o n e ffe c t ． Ke y wo r d sDC h o i s t ；d riv e s y s t e m ；d i g i t a l c o n t rol 1 系统原始参数 赵庄煤矿的提升机系统的原始参数为 断丝的61 9顺捻提升钢丝绳， 样本上模拟断丝根 数不同的模型 ， 试验次数为每种断丝模型测试 2 0 0 次， 试验条件为钢丝绳 自由静止和随机晃动 2种状 态 。 对该实验结果的统计分析表 明 钢丝绳断丝在 线检测装置对集 中断丝的无误差准判率大于 8 0 ％ ， 当允许 1根 断丝误判差 时， 平均定 量准判率大 于 9 0％ 。 表 1 断丝检测定量准判率实验结果 注 1 无误判时的平均断丝定量准判率 A l2 3 8 ／ 3 0 01 0 0 ％ 7 9 ． 3 ％ ； 2 允许 l根断丝误 判时的平均断丝定量准判 率 A 2 2 3 8 4 5 ／ 6 0 01 0 0 ％ 舛 ． 3 ％ 。 参考文献 f 1 ] 李春华， 林海鹏， 胥良． 提升钢丝绳探伤监测的研究[ J ] ． 煤矿机 械 ， 2 0 0 5 4 3 3 3 4 ． [ 2 ] C h e n T，e t a 1 ．D i a e u a a io n o f E x p e r ime n t a l E l e c t r o m a g n e t i c Wi r e Ro p e I n s p e c t i o n s P e rf o r me d a t t h e He a l t h a n d S a f e t y L a b o r a t o r y i n S h e ff i e l d E ngh n d [ J ] ． N ff r o f A I I l c a ， 2 0 0 5 6 4 6 4 8 ． [ 3 ] H e r b e r t R ．E l e c t r e Wi r e R o p e I n s p e c t i o n s i G e n e r a - N D TT e c h n o l o g i e s [ J ] ．N D T o f A m e r i c a ， 2 0 0 4 3 1 2 9 71 3 0 1 作者简介 朱胜利 1 9 7 6一 ， 安徽淮北 人， 助理工程师 ， 毕业 于 安徽理工大学矿山机 电专业 ， 专科学历 ， 毕业后长期 从事机电技术管 理工作 ， 现任淮北矿业集团杨柳煤矿运输 区主管技术员 ， 电子信箱 c h e n g y u 4h a o 1 6 3． c o i n ． t i o n，F i l t e r i n g，a n d Co mp u t e rA i d e d Ro p e E v a ha t i o n We i s c h e d e 1 ． 1 3 5 收稿 日期 2 0 0 8 1 0 0 9 兰 的数字化改造高志斌， 等 第3 o卷第 3 期 提升机的型号为 J K M 4 X 4多绳摩擦提升机 ； 箕 斗 自重 2 l t ， 箕斗载重 2 2 t ； 平衡锤重 3 2 t ； 提升高度 7 6 7 m 前期 4 1 7 m ； 最大提升线速度 7 ． 3 m ／ s ； 最大提升 力 F 2 3 8 k N， 相应 的等效 电流， 一 3 3 91 A。 提升电动机为 Z J D1 2 0 ／ 4 2 --8 ， 1 2 0 0 k W， 电枢 电压 6 6 O V； 额定电流 1 9 5 0 A； 额定转速4 O 0 r ／ mi n ； 过载倍数 2 ． 0 ； 励磁电压 6 3 V； 励磁 电流 8 8 ． 2 A； 磁 场电阻 0 ． 7 1 6 Q； 励磁 回路时 间常数 0 ． 9 9 2 s ； 电枢 转动惯量 G D 3 7 ． 3 5 6 k N m ； 电枢绕组 电阻 R 0 ． 0 0 5 9 1 n； 换向绕组电阻 R 0 d 0 ． 0 0 1 2 5 Q； 补偿 绕组电阻 R 0 ． 0 0 2 0 9 f l ； 补偿联 线 电阻 R 例 0 ． 0 0 1 8 7 Q； 整个提升系统转动惯量 G D 1 3 5 5 5 4 k Nm 。 电枢电阻 R R s d R 0 d R B d R G d 0 ． 0 1 1 1 2 Q c Ud I d R． - 1 ． 5 9 5 一 H C M 咖 9 ． 5 5 C 1 5 ． 2 3 2系统本体设计 为了取得 良好的调速效果 ， 本文采用转速 、 电流 双闭环直流调速系统结构。 2 ． 1 电流调 节器与 转速调 节 器设计 设计要求 t r ％ ≤5 ％ ， 并保证稳态 电流无差 ， 可 按典型 I 型系统设计 电流调节器 。 整流装置滞后时 间常数 。本文 中选用三相 桥式电路 ， 其平均失控时间 T s 0 ． 0 0 1 7 s 。三相桥 式电路每个波头的时间是 3 ． 3 ms ， 为了基本滤平波 头 ， 应有 12 r o i 3 ． 3 m s ， 因此取 i 2 m s 0 ． 0 0 2 s 。故 A C R的传递函数为 ㈤ 0． 01 2 8 s0． 3 3 7 4 0． 0 3 8 s 按照上述参数 ， 电流环可以达到的动态跟随性 能指标 t r ％ 4 ． 3 ％ “ 时， 便以限幅值 作为输 出。 带有积分限幅和输 出限幅的位置式数字 P I 调 节器程序如图 1所示。 图 1 数字 P I 调节器程序框 图 2 ． 3系统主程 序设 计 软件整体结构主要由主循环和中断 2个部分组 1 主循环程序 -- 1 3 6 - - 第 3 0卷第 3期 矿井提升机的数字化改造高志斌 ， 等 V o 1 ． 3 0 N o ． 3 参见图 1 ， 每 2 0 I n s 执行一次主程序中循环子程 序组， 它完成所有 的辅助功能 ， 图中循环子程序组包 括 ①检测 E E P R O M， 比较 R A M 区是否与 E E P R O M 区相等； ②串口通信； ③键盘， 显示及恢复出厂值； ④ 参数初始值刷新 ； ⑤电动机接 口检测 ； ⑥故障信息检 测； ⑦优化参数设定； ⑧功率部分 ， 2 ￡ 监视； ⑨串行口 P K W 参数识别值 处理； ⑩双端 口R A M P K W 处理。 2 中断程序 这是组成电动机控制程序 的核心部分， 主要用 于执行控制功能中要求实时性更强的控制部分 ， 其 电枢回路中断控制程序的循环扫描时间 ， 为电网周 期的 1 ／ 6 ， 励磁 回路中断控制程序循 环时间为 电网 周期的 1 ／ 2 ， 其中 A ／ D转换的首次启动是在电枢 回 路中断程序中完成的， 以后每 0 ． 2 5 m s 循环一次。 ①存储跟踪信号； ②开关量输出； ③码盘反馈； ④双端口R A M P Z D 传送／ 接受的过程数据 处理； ⑤自由功能块； ⑥工艺调节器； ⑦电动电位器； ⑧斜 坡函数发生器； ⑨模拟量输入； ⑩模拟量输出； ⑩优 化 ； ⑩串 口 P Z D处 理； ⑩开关量输人 ； ③ 速度调 节 器 ； ⑩电流调节器； ⑩电流预控 ； ⑥脉冲形成。 励磁回路 中断程序 ① 电动势 E M F 的预控 ； ②E M F调节器； ③励磁电流调节器； ④励磁电流预 控 ； ⑤励磁脉冲形成。 2 ． 4中断服务程序设计 1 脉冲通道的控制 为 了实现可逆调脉冲板 中设置了正反向脉冲通道 。脉冲通道的控制信号由 P I O口的 P I ． 0 、 P 1 ． 7输 出。P 1 ． 0 、 P 1 ． 7为 电位信 号 ， 是由逻辑电路运算结果决定的， 当 P 1 ． 0为“ 0 ” 时 ， 表示封锁正向脉冲通道， 当 P 1 ． 0为“ 1 ” 时， 表示 开放正向脉冲通道， 脉冲通道还包括功率放大电路。 2 脉冲宽度的控制 脉冲宽度的控制可由内 部定时器来实现。若脉 冲宽度 为 l 8 。 ， 对应 的定时 器时间常数为 1 m s 。当有任一相脉冲输 出时， 启动 定时器 ， 定时器倒计时为零时产生中断 ， 将脉冲控制 字置为“ 0 ” 。 3控制系统仿真 此次设计的晶闸管一直流电机双闭环调速系统 VM系统 的 S i m u l i n k 模型结构模型如图2所示。 圈 2 双闭环调速系统的 S i m u l i n k 动态结构图模型 在从第 1 S 开始的 l O V的阶跃电压作用下， 电 流环的阶跃响应如图 3 所示。 图 3电流环的阶跃相应 从图 3中可以看出 ％ 1 0 0 ％ 0 ． 0 1 6 ％ 丁 一 - U ’ 在从第 1 S 开始的 l O V的阶跃 电压作用下 ， 系 统的阶跃响应如图4所示。 0 1 0 2 0 3 0 4 o 5 0 6 0 7 O 80 9 0 1 0 0 图 4 电压环的阶跃相应 由图 4中可以看出 ％一0 ， 均完全达到设计要 求。 参考文献 [ 1 ] 陈伯时． 电力拖动 自动控制系统[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 王清灵， 龚幼民． 现代矿井提升机电控 系统 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 。 1 9 9 6 ． [ 3 ] 孙树朴． 电力电子技术[ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 0 0 ． [ 4] 天津 电气传动设计研究所 ． 电气传动 自动化技 术手册 [ K] ．北 京 机械工业出版社 。 2 0 0 5 ． [ 5 ] 顾永辉 ， 煤矿电工手册 第 3分册[ K ] ． 惨订本． 北京 煤炭工业出 版社 ． 1 9 9 7 ． [ 6] 何凤有 ， 谭国俊． 矿井直流提升机计算机控制技术 [ M] ． 徐州 中 国矿业大学 出版社 。 2 0 0 3 ． 【 7 ] J a me s P L y o n s ，V l a t k o V l a t k o v i c ．P o w e r e l e e tr o n i c s a n d a h e m a fi v e e n e r g y g e n e r a t i o n [ J ] ．P r o c e e d i n g s o f I E E E P E s c， 2 0 0 4 1 l 6 2 1 ． 作者简介 高志斌 1 9 8 5一 ， 山西孝义人 ， 上海交通 大学硕 士研 究生， 从事电机与 电器方向研究 ， 电子邮箱 g t , 1 8 7 1 6 3 ． c o m． 一 1 3 7 一 收稿 日期 ； 2 0 0 81 0 2 0