1、本科畢業設計文獻綜述350kW 提升機交流控制系統設計院（系、部）名稱：機電工程學院專業 名稱：電氣工程及其自動化學生姓名：學生學號：指導教師：2012年 5 月 2 日河北科技師范學院教務處制國內外提升機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展， 而且兩者相互促進，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，后來出現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。上世紀七十年代西門子發明矢量控制的交一直一交變頻原理后， 標志著用同步電動機來代替直流電機實現調速的技術時代已經到來。19811981年第一臺用同步機懸臂傳動的提升機在德國 MoMo

2、nopolnopol 礦問世， 19881988 年由 MAVGHMAVGHH H制造的機電一體的提升機（習慣稱為內裝電機式）在德國 RombergRomberg 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飛速發展的同時，電子技術和計算機技 術的發展，使提升機的電氣控制系統更是日新月異。早在上世紀七十年 代，國外就將可編程控制器（PLCPLC）應用于提升機控制。上世紀八十年代初，計算機又被用于提升機的監視和管理。計算機和 PLCPLC 的應用，使提升機自 動化水平、安全、可靠性都達到了一個新的高度，并提供了新的、現代化 的管理、監視手段。特

3、別要強調的是，此時期在國外著名的提升機制造公 司，如西門子、 ABBABB 、ALSTHOMALSTHOM 都利用新的技術和裝備，開發或完善了 提升機的安全保護和監控裝置，使安全保護性能又有了新的提高。就在國外科學技術突飛猛進發展的時候，我國提升機電控系統很長時 間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務的礦井提升機電控系 統大多數還是轉子回路串金屬電阻的交流調速系統，設備陳舊、技術落 后。國產提升機安全性、可靠性差，在關鍵部位上下兩井口減速區段沒 有配套的有效的速度監視裝置，就提升機控制技術而言，依然是陳舊的， 和國外相比，我們存在很大的差距。礦井提升系統的類型很多2，按被提升對象分：主

4、井提升、副井提 升；按井筒的提升道角度分：豎井 （如圖 1.11.1 所示為豎井井架設備 ）和斜井； 按提升容器分：箕斗提升、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較發達的國家相比，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 2020 世紀6060 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%90%以上均采用交流繞線式異步電動機的拖動方式，其 電控系統用于單繩纏繞式提升機的有 TKDTKD 系列，多繩磨擦式提升機的有 JKM

5、JKM、幻J J 系列。這幾種提升機通常在電動機轉子回路中串接附加電阻進行 起動和調速。串電阻調速是一種恒轉矩調速方法轉子功率的損耗隨著串入 的電阻的增大而增大。盡管轉子串電阻調速方法很不經濟，低速特性也很 軟，穩定性差，但是由于這種調速方法比較簡單易行，起動轉矩較大在拖 動起重機等中、小容量的繞線式異步電動機中仍然應用廣泛。2020 世紀 8080 年代，我國從瑞典、西德等國引進多套晶閘管直流電動機 控制系統。直流電動機傳動有兩種電控系統，一種為直流發電機直流電 動機機組，另一種為晶閘管直流電動機系統。我國自己生產的晶閘管 直流電動機控制系統應用于 2020 世紀 9090 年代。這種控制系

6、統的優點是：體積 小、重量輕、占地面積小；基礎省、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；調速平穩、調速范圍廣、調速精度高；易于控制，能實現自動化，安 全可靠；節約電能。礦井提升機對安全性、可靠性和調速性能的特殊要求，使得提升機電 控系統的技術水平在一定程度上代表一個企業或國家的傳動控制技術水 平。比較國內外礦用提升機系統，具體來說國外礦井提升機在電控方面的 應用特點有以下幾個方面：1 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，監視顯示易于實現，并具有診斷功能，這是采用模擬控制

7、無法實 現的。2 2） 提升行程控制提升機的控制從本質上說是一個位置控制，要保證提升容器在預定地 點準確停車，要求準確度高，目前可達到 -2cm-2cm。采用微機控制，可通過 采集各種傳感信號，如轉角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩 磨損等信號進行處理，計算出容器準確的位置而施以控制和保護。一般過 程控制用微機作監視，行程控制也采用單獨下位機完成。3 3） 提升過程監視提升過程監視與安全回路一樣，是現代提升機控制的重要環節。提升 過程采用微機主要完成如下參數的監視：a a 提升過程中各工況參數（如速 度、電流）監視；b b、各主要設備運行狀態監視；c c、各傳感器（如位置開 關、停車開

8、關）信號的監視。使各種故障在出現之前就得以處理，防止事故 的發生，并對各被監視參數進行存儲、保留或打印輸出。甚至與上位機聯 網，合并于礦井監測系統中。4 4） 安全回路安全回路是指提升機在出現機械、電氣故障時控制提升機進入安全保 護狀態的極為重要的環節。為確保人員和設備的安全，對不同故障一般米 用不同的處理方法。安全回路極為重要，它是保護的最后環節之一，英、 德幾家公司都采用兩臺 PCPC 微機構成安全回路，使安全回路具有完善的故障 監視功能，無論是提升機還是安全回路本身出項故障時都能準確地實施安全制動而在電力拖動方面，近幾年國外出現了不少新拖動方式，交一交變頻供電方式就 是最有前途的一種。2

9、0世紀80年代西歐一些工業先進國家將交流變頻調速技術應用于 提升機，有代表性的是ABB公司。我國在20世紀90年代也引進了交流變頻調速提升機 控制系統。變頻調速方式類似于它勵直流電動機取得很寬的調速范圍、很好的調速平 滑性和有足夠硬度的機械特性，在提升機應用中顯示了其獨特的優勢。本文內容及研究意義研究內容當前國內提升機電控絕大多數還是轉子回路串電阻分段控制的交流繞 線式電機繼電器接觸器系統，設備陳舊、技術落后。而且這種控制方式存 在著很多的問題3：1 1） 轉子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。2 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 3） 繼電器、

10、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 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 5） 電動機依靠轉子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。6 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。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，需要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。就計算機技術在工業現場應用情況而 言，可編

11、程控制器（PLCPLC）是目前作為工業控制最理想的機型，它是采用計算 機技術、按照事先編好并儲存在計算機內部一段程序來完成設備的操作控 制。采用 PLCPLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調試方便、維護量小，PLCPLC 技術己經廣泛應用于各種提升機控制，配合一些提升機專用電子模塊 組成的提升機控制設備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機 拖動等。操作、監控和安全保護系統選用可編程控制器。主控計算機應用 軟件能完成提升機自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運動方式 的控制要求。圖1-2礦用提升機變頻調速控制系統而在 PLCPLC 電控系統的基礎上配合變頻調速裝置，運用現在先進的矢

12、量 控制技術，不但適合提升機運行工藝的要求，還將解決整套提升機系統的 電力拖動方面的一系列問題。變頻裝置取代復雜的串聯電阻切換裝置，對 提升機運行速度曲線、轉矩大小的要求都由變頻器來完成，簡化了控制操 作流程，提高了控制精度。1.4.2 研究意義在調研中發現，目前國內各大煤礦的礦井提升機系統的調速方案大多 采用繼電器接觸器控制的轉子串電阻調速。該方案耗能大，占地面積大， 已不能適應現代礦業發展的需要。因此有必要對其調速方案進行改造。在廣泛考察現行的變頻調速方案后，本文提升機系統控制單元采用目 前工控適用的可編程控制器來控制 ，具有編程簡單和控制可靠性高的優 點。電力拖動系統中，選用先進的變頻傳動裝置，運用先進的矢量控制技 術，優化了調速系統的性能，這一控制方法目前仍為現代交流調速的重要 研究方向之一。采用先進的工業計算機、現場總線和工業自動化技術，按照結構標準 化、產品系列化、性能現代化、體積小型化的原則，研制生產適合礦井提 升機電控設備是進行技術改造和新建礦井設備選型的理想選擇。使用上位 機監控系統，采用組態模式，實現良好的人一機對話；實時監控提升機的 運行狀態，上位機動態模擬顯示及故障閉鎖；可進行故障報警、數據查 詢、報表打印；記錄提升提升系統鉤數以及每班、每日、每月、每年的提升量累 計；故障聲光指示、記憶及部分傳感器上位機的緊急處理。為保證提升設 備無事故，在提