PLC的矿井提升机电控系统设计+仿真图+流程图(4)
本系统采用S7-313C PLC系统来处理传感器信号、按钮信号以及提升机的控制开关和深度显示等，变频器与PLC和直线电机的接线如图2所示。
图2 变频器与PLC和直线电机的接线图[6]
2.3 变频器结构及参数设计
变频器系统主要由断路器、接触器、整流单元、逆变单元组成。变频器MM440的技术指标如表1所示。
表1 变频器MM440的技术指标表
变频器的技术规格 MICROMASTER440
输入电压 3相220-480±10%
输入频率 47-63HZ
输出电压 0-380V
输出频率 0-650HZ
输出功率 7.5KW
过载倍数 2倍3秒1.5倍60秒
工作温度 -10%℃-50℃
保护等级 IP20
串行接口 RS232、RS485
控制方式 V/F、FCC、SVC、VC、TVC
3. 控制系统的硬件配置
3.1 控制系统的硬件组成及工作原理
控制系统有PLC、计算机、速度位置传感器、变频器A/D、D/A模块组成，控制系统的原理方框图如图3所示。
图3 控制系统原理方框图
计算机实现罐笼的向上、向下运动和运行速度给定值的计算，以及运行位置和速度的检测，计算后向变频器发送控制信号，并监视PLC的运行情况[7]。
PLC采用西门子S7-300型，24点数字量输入、16点数字量输出，5个模拟量输入、两个模拟量输出，主要实现电机电枢绕组的成组切换、直流制动，反接制动，失电保护，电机的速度检测及失步保护等功能。
变频器采用西门子MM440型变频器，主要完成直线电机运行速度的控制、回馈电网电能和过载保护等功能。
3.1.1 直线电机的工作原理
直线电机可以认为是旋转电机在结构上的一种演变，它经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。直线电机的驱动控制技术一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。
假设次级为珊行次级，次级导条在行波磁场的切割下，将产生感应电动势并产生感应电流，而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在该电磁推力的作用下，如果初级固定不动，那么次级就沿着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用V表示，转差率用S表示，则有：
3.1.2 直线电机提升系统
矿井提升机系统一共有五组定子，相当于电机的电枢绕组，罐笼相当于转子。在轨道上，其实验模拟图如图4所示[8]。
图4 提升系统示意图
每隔一定的距离放置一组直线电机的初级，初级和次级的长度同间距有关，假设相邻的初级间距为L，那么初级的长度为2L，罐笼两侧的直线电机的次级长度为3L。这样的设置可以达到最大的提升效率，电机工作时，始终保持次级在两个初级的磁场作用下提升，即始终有两台电机同时工作，三者的长度关系如图5所示。
图5 初级次级示意图
其动作过程如下：下放重物时，与提升重物的通电顺序相反，依次为5#和4#电机，4#和3#电机，3#和2#电机，2#和1#电机实现动子（罐笼）的向下运动；提升重物时：电机的工作顺序依次为，1#和2#电机，2#和3#电机，3#和4#电机，4#和5#电机，实现动子（罐笼）的向上运动。永磁直线同步电动机动子的速度与通人电机电枢电流的频率成正比； ，通过变频器改变输入电枢的电源频率，以实现提升速度的控制[9]。