矿井提升机的现状与发(7)

速度启动备用设备，从而维持系统的正常工作。PLC在提升机控制系统中的重要性不言而喻，控制器一旦出现故障，整个提升系统将会瘫痪，严重影响矿井生产。可靠性再高的PLC也很难保证零故障持续运行，而PLC的可靠性主要取决于其中心模块CPU。冗余控制系统设计，即在系统中人为地设计有多余的部分，冗余配置代表PLC适应特殊需要的能力，是高性能PLC的体现，其目的是在PLC已可靠工作的基础上，再进一步提高其可靠性，减少出故障的机率，减少故障后修复的时间。因此，本系统在硬件冗余的前提下，采用基于软件策略的双CPU冗余控制思想，提高系统的容错能力。

基于软件策略的双CPU冗余控制系统构成原理就是在系统中采用两套CPU模块，其中一套为工作主机，另一套为备用模块，两个CPU模块的状态监视和主控权转移通过软件编程实现，一旦工作主机发生故障，备用CPU则投入工作，此时备用CPU变为工作主机，原工作主机故障处理完成后变为备用CPU。选用型号相同的两台CPU模块，互为冗余的CPU模块之间通过背板定时点对点的信息互交来实现主备冗余。

双CPU主控权的裁决和转移程序流程如图4-1所示。两块CPU同时在线运行，拥有主控权的CPU具有I/O控制权，而备用CPU输出被禁止，只采集数据和保持通讯连接。两个CPU模块互相监视对方的运行状态和通讯情况，如果发现主控CPU模块故障，备用CPU模块立即获得主控权。

双CPU模块的同步控制程序流程如图4-2所示。主CPU的状态信息实时传递给备用CPU，备用CPU跟踪主CPU的变化，与主CPU保持同步。这样，在两块CPU模块进行主控权的转移时，可以实现无扰动切换。

31

在软冗余系统进行工作时，主CPU和备用CPU控制系统（处理器，通讯、I/O）独立运行，由主系统的PLC掌握对I/O控制权。主、备系统中的PLC程序由非冗余用户程序段和冗余用户程序段组成，主CPU执行全部的用户程序，备用CPU只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段。软冗余控制系统中双CPU运行过程如图4-3所示。

4.3矿井提升机中S形速度曲线建模及其实现

传统上，矿井提升机提升容器的运行速度曲线，根据加减速特性的不同，可分为3阶段速度图、5阶段速度图和6阶段速度图。其中，5阶段速度图又可分为对称和非对称5阶段速度图。运行非对称5阶段速度是矿井提升机应用最为广泛和典型的运行方式。它包括启动加速段、匀速段、一次减速段、匀速爬行段和二次减制动段5个阶段，构成了矿井提升机一次完整的运行周期。5阶段速度运行曲线在速度变化拐点处存在着严重的突变，产生大的冲击负荷，造成提升容器振动和设备故障，严重影响设备的安全运行和使用寿命，

32

极大地增加设备的维护成本，且无法满足人体对乘坐舒适感的基本要求。

4.3.1理想S形速度曲线建模

矿井提升机在启动加、减速阶段不外乎主要有图4-4所示5类加速度a－时间t和加速度变化率?－时间t运行速度曲线。从王庄矿斜井提升机运行情况以及安全、效率，以及设备维护和复杂程度等因素综合考虑，图4-4(c)所示加速度运行曲线应用于5阶段速度图，得到5阶段理想S形速度曲线，如图4-5 所示。

图4-5 5阶段理想S形速度曲线

33

1、加速段的基本公式

根据曲线对速度和加速度的要求，在加速过程中加速度和速度都是时间t的变量。给出加速阶段速度表达式为

v1(t)?12 0?t?t1 （1） At12v2(t)?v1?am1t t1?t?t2 （2）

A2(t?t2)2 t2?t?t3 （3） v3(t)?v2?am1(t?t2)?2式中：am1为加速启动段的最大加速度，m/s2；A1为0t1段加速度的变化率，m/s3；

为t2t3段加速度的变化率，m/s3。

2、等速段、减速段和爬行段的基本公式

等速段是指提升机以最大速度等速运行的过程。

v4(t)?vm t3?t?t4 （4） 减速段与加速段一样，可以分为3个阶段，分别用v5(t)，v6(t)，v7(t)表示。给出减

速各段速度表达式为

v5(t)?vm?1A3(t?t4)2 t4?t?t5 （5） 2S5(t)?vm(t?t4)?? v6(t)?v(S)1A3(t?t4)2 t4?t?t5 （6） 6S?25 v t5?t?t6 （7）

2ma21A4(t?t6)2 t6?t?t7 （8） 211S7(t)?v6(t?t6)?am2(t?t6)2?A4(t?t6)3 t6?t?t7 （9）

26式中：vm为等速运行速度，m/s；A3为t4t5段加速度变化率, m/s3；am2为减速段最

v7(t)?v6?am2(t?t6)?大减速度值，m/s2；S为匀减速段行程值，m，S?S6-S(t)；S6为参考点R6位置，根据实际情况决定，m；v6为参考点R6速度，根据实际情况决定，m/s；A4为t6t7段加速度变化率，m/s3。

爬行段即提升运行速度降为vP，而进入的一段低速运行段，表示为

v8(t)?vp （10）

4.3.2 理想S形速度曲线的实现

行程给定就是根据设计确定的行程－速度曲线，计算出速度给定值，与实测速度进行比较，求得的差值按一定的算法求出控制量去调节变频器的给定频率从而改变电机转速，使之按给定速度曲线运行，如图4-6所示。提升机速度给定采用行程控制方式，其给定信号由提升机在井筒中的实际位置决定，特点是任以位置均对应一个由该行程位置产生的速度给定信号。

1、起动加速阶段速度控制

起动加速阶段提升机行程为零，如采用行程给定方式调速，可能导致此时速度给定也为零，由起动加速阶段数学模型知，

34

其速度都是运行时间t的函数，该段采用时间方式进行速度给定。

2、减速、爬行阶段速度控制

最大运行速度是提升机运行参数中极为重要的一个参数，其任何变化将直接导致运行曲线相应变化。

提升机减速、爬行阶段速度给定采用行程给定后，减速点可根据提升机的最大运行速度的变化而变化，在减速到停车区间内，根据提升容器距停车点的距离来确定速度给定信号。

如图4-5所示，提升机减速阶段速度曲线由三个阶段组成，各阶段提升机行程分别为S5,S6,S7。减速阶段各行程与最大运行速度vm有关。实际情况中，vm值是个变值，或者大于最大给定速度，或者低于最大给定速度。若vm值大于最大给定速度，将减速点提前；反之，将减速点后移。由Sj?S5?S6?S7?Sp计算出实际距离，再结合总行程就可以计算出减速点位置。以变减速点的方法来保证爬行距离Sp不变。提升机减速段形成控制流程如图4-7所示。

35

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库矿井提升机的现状与发(7)在线全文阅读。