单片机矿井提升机双闭环直流调速系统设计(2)
1.2 国内外研究现状及存在问题目前国外在高性能交直流提升机控制技术的研究与应用方面一直走在前面。国外企业中以 ABB 公司等西门子公司处在行业的发展前沿。两家公司生产的控制系统产品主导市场。我国在矿井提升机控制系统研制方面起步较晚，国内大部分厂家产品开发的核心技术仍然依赖于国外的产品或者以国外的产品为基础进行开发。所以，在这样的技术差距之下，开发出安全可靠价格适中国的高性能的控制系统产品，并且能够应用于实际设备控制是势在必行的[4]。直流传动技术起源于上世纪 30年代。其系统电动机供电落后。而后第一套电控系统是(F-D)系统的矿井提升机控制系统，也是最早应用到该领域的调速系统。一直到20 世纪60 年代，F-D 系统一直是较大容量矿井提升机的首选方案。但 F-D 系统存在设备复杂、占地面积过大、效率低、故障点多等缺陷。从上世纪开始，对于提升机容量需求增大，矿井中开始采用变流装置供电系统。在整个直流调速系统的发展过程中，国外的 ABB 公司和西门子公司一直处在行业的领先地位。在 SC:R-D 系统应用方面，ABB 公司推出了 DCS 系列产品。西门子公司早期推出了6RA22 系列产品，后期推出了 6RA70 系列产品，基于模块化结构的需要，又推出了 SIMADYN-D 控制器，该控制器可以应用于直流大功率拖动系统中。随着晶闸管一电动机逐渐取代，部分发达国家的交流提升机逐渐消失，该传动系统主要采用低速的直联式电机， 大大简化了系统， 具有重量小， 占地少，安装简洁，成本费用低；无减速器，效率高，电能消耗少，设备维护大大简化，单机容量大，适用范围广，调速平滑，精度高的优点。易于实现最佳控制和自动化，安全可靠，节约电能，其缺点在于功率因数低[6]。如今，我国提升机要求是通常选择直流拖动方式。在以前，我国提升机普遍采用“F-D 机组+继电器控制”的拖动方式。但该系统存在众多使用缺点。发展一段时间后提升机开始采用“SCR- D+模拟调节+继电器控制”的拖动方式，这种方式具有运行效率高、节电效果显著、占地而积小、易安装等优点，但由于设备分件多，设备结构组成十分巨大，占用体积大。不但造成现场调试工作量大，也大大增加了正常使用时的维护工作量，致使整个系统的可靠性受到影响。随着理论依据改进，以及电力电子的快速进步，加快了系统的研究进度。国内控制大型提升机， 主要采用晶闸管变流器—直流电动机传动控制系统或同步电动机矢量控制交一交变频传动控制系统。系统有着高自动化水平，工作效率高，但成本太高，中小企业难以承受。所以控制一般采用 TKD 电控系统。这种系统结构简洁，却能实现有级调速，但是对降速的速度控制性能不良，受到负载扰动时，易造成过放或过卷事故。提升机作为易发生故障的复杂机械，运行系统的故障，严重影响了提升机的稳定持续工作。并且提升机发生故障受到不同非自然因素的影响，例如设备老化、操作不当、保护装置出错、环境干扰影响等。早期发现和预防这些非自然因素，甚至能完全避免事故发生。由此可以看出，从控制技术的改进思路考虑，可以大大降低提升机运行不稳定或不安全的问题[7]。
1.3主要研究内容1、 他励直流电机作为驱动。 电机的额定功率为250kw。 额定电枢电压为440V。其励磁功率为4.5kw。、额定励磁电压为 110V。以上为该直流电机的参数。2、整体驱动电路的设计。电路包括主电路设计和励磁电路设计，主电路部分的结构为两个晶闸管三相全控桥直接反并联， 励磁部分的电源端采用单相桥式晶闸管可控整流器方式进行整流。3、控制系统电路的设计。控制方式选择双闭环调速系统控制，采用C52 系列单片机进行调速电路的设计，信号采集或处理包括其电源电路、速度、电流信号等，设定控制参数，以及输出及变换控制信号等。4、单片机控制程序的开发。包括晶闸管触发程序，速度和电流 PI调节控制程序，信号处理及变换程序等。5、控制系统的主要设备和控制器件参数的计算及型号的选择。