煤礦礦用皮帶變頻自動化控制系統(tǒng)技術(shù)方案

1、礦用皮帶機(jī)變頻電控系統(tǒng)、總體說明隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力器件制作工藝的進(jìn)步，變頻器技術(shù)發(fā)展迅 速，變頻器在風(fēng)機(jī)、水泵、提升機(jī)、皮帶機(jī)等方面的應(yīng)用已很成熟。以前的礦 用皮帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動，液力耦合器傳動，存在傳動效率低、啟動 電流沖擊及機(jī)械沖擊大、無法功率平衡等問題，造成了系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；皮帶 和液力耦合器磨損嚴(yán)重，維修及維護(hù)成本高；存在無功環(huán)流損耗。因此對皮帶運(yùn)輸機(jī)采用變頻控制，能有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效 益；控制系統(tǒng)本身良好的控制性能和完善的保護(hù)環(huán)節(jié)能有效避免事 故的發(fā)生和延長皮帶機(jī)的使用壽命。二、設(shè)計依據(jù)及設(shè)計原則2.1、本電控系統(tǒng)設(shè)備符合下列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求

2、：1、煤礦安全規(guī)程2、 交流傳動礦井提升機(jī)電控設(shè)備技術(shù)條件VJB4263-86）；3、 交流電機(jī)半導(dǎo)體變頻調(diào)速裝置總技術(shù)條件VGB12668-1990）；4、電控設(shè)備 第二部分 裝有電子器件的電控設(shè)備VGB/T3797-1998）5、電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波 VGB/T14549-1993）；6、現(xiàn)行國家電工委員會及其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；7、進(jìn)口電氣設(shè)備遵守國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)；8、電控裝置的靜動態(tài)性能指標(biāo)完全滿足提升機(jī)的運(yùn)行要求;9、電控裝置能夠承受提升機(jī)和通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的地坪振動；2.2設(shè)計依據(jù)電機(jī)參數(shù)型號:電壓：660 V 轉(zhuǎn)速：1490r/min 運(yùn)輸機(jī)參數(shù)機(jī)長：500m帶速：上運(yùn)角度：功率：2

3、X280KW數(shù)量：2臺、曰.運(yùn)量：帶寬：1200mm運(yùn)行方式：三、系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)3.1、主要技術(shù)參數(shù)1）主回路電源電壓：660V2）.控制電機(jī)功率：2&80KW3）過載能力：150% 60s ; 200% 5s4）調(diào)速范圍：100 : 15）控制電源：220V24V（無需單獨提供，由電控內(nèi)部變換）6）邏輯控制方式：PLC主控3.2、工作環(huán)境條件1 ）海拔高度不超過1000m2 ）環(huán)境溫度不超過-10+40 C3）環(huán)境相對濕度不大于95%25 C）4）無爆炸性氣體 甲烷）和煤塵的環(huán)境中5）無強(qiáng)烈振動和沖擊的地方6 ）無破壞金屬和絕緣材料的腐蝕性氣體的地方7 ）能防止水滴滲入的地方8）安裝種類：川類

4、9）污染等級：3級。3.3、貯運(yùn)氣候環(huán)境條件10）高溫：+60 C11 ）低溫：-20 C12 ）環(huán)境相對濕度不大于95%25四、電控裝置總體技術(shù)方案4.1總體技術(shù)方案變頻帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)，分別采用2臺高性能矢量控制型變頻器控制 2臺電動機(jī)，構(gòu)成主從驅(qū)動系統(tǒng)，通過各類傳感器采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，配 合控制系統(tǒng)完成所有的工藝控制和保護(hù)功能。4.2控制系統(tǒng)本系統(tǒng)由主控臺、變頻柜、電源柜和制動柜組成，安放于控制室內(nèi)。該主 控臺采用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的可編程控制器，配以多種檢測、控制組件完成 輸送機(jī)運(yùn)行過程中應(yīng)有的設(shè)備閉鎖控制、速度閉環(huán)控制、各種安全保護(hù)和工作 狀態(tài)顯示。司機(jī)可操作控制臺上的操作手

5、柄及按鈕來控制皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行， 并通過指示燈、儀表、及人機(jī)界面了解輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。4.3主要控制單元變頻調(diào)速柜是該系統(tǒng)的調(diào)速單元，采用 ABB或?qū)m川公司的全數(shù)字、矢量控 制型變頻器作為主控原件，通過軸編碼器及PG卡的數(shù)據(jù)反饋，實現(xiàn)高精確度的速度和力矩控制。同時完成對電機(jī)啟動、調(diào)速等控制過程，與主控臺等單兀 共同構(gòu)成全數(shù)字、高性能的變頻帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)。主控臺是系統(tǒng)的控制中樞，通過操作人員的操作，可完成對輸送機(jī)的所有 控制。通過操作面板和觸摸屏的操作，可對控制方式和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，監(jiān) 視輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。電源柜具有雙電源進(jìn)線 即雙回路供電），保障了生產(chǎn)的連續(xù)性。

6、同時向變 頻柜、主控臺進(jìn)行饋電。完善的過電流、短路、欠電壓保護(hù)功能，使設(shè)備運(yùn)行 更安全。制動單元可吸收輸送機(jī)運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的過電壓，從而形成輸送機(jī)的四象限 運(yùn)行。五、系統(tǒng)特點本電控裝置可以任意設(shè)定皮帶的起動時間和運(yùn)行速度，在很大程度上避免 了直接起動給設(shè)備帶來的機(jī)械沖擊；任意的速度調(diào)節(jié)給檢修、更換皮帶等帶來 了很大的方便，同時結(jié)合現(xiàn)場的煤量情況可以降頻使用在現(xiàn)階段煤量不是很大的情況下），節(jié)能效果非常明顯。5.1、主控臺采用日本三菱公司的 FX2N型PLC作主控器件。并完全按 GB/T17626電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計和生產(chǎn)。5.2、因為控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，可以很容易的實現(xiàn)主皮帶機(jī)和前后

7、級 設(shè)備的閉鎖控制。5.3、主控臺通過實時檢測輸送機(jī)的速度，控制輸送機(jī)在零速時制動器動作，自 動抱閘，避免了輸送機(jī)的溜車和變頻器、電機(jī)過流。5.4、采用變頻器完成電機(jī)的啟動調(diào)速，可實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)啟動和調(diào)速要 求外，在長時間低速運(yùn)行 如運(yùn)人、驗繩、驗帶）狀態(tài)下，具有明顯的節(jié)能效 果。5.5、變頻器通過網(wǎng)絡(luò)平臺，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動交換，具有運(yùn)行參數(shù)自動調(diào)整功 能，具有良好的主、從電機(jī)動態(tài)跟隨性，保證多電機(jī)的功率平衡性。5.6、系統(tǒng)具備全面的故障監(jiān)測、可靠的故障報警保護(hù)功能。具有過電壓、過電 流、欠電壓、短路、接地、過熱等多種保護(hù)功能。5.7、具備低速驗帶功能。驗帶速度為 0.2M/秒VE額定速度

8、可調(diào)。六、主要電控設(shè)備的主要特點6.1全數(shù)字、矢量控制型變頻調(diào)速系統(tǒng)采用兩臺全數(shù)字、矢量控制型變頻器，分別向兩臺電機(jī)供電，同時完成對電機(jī)起動、調(diào)速等控制過程。本設(shè)備具有如下特點：7）同步運(yùn)行和自動功率平衡的實現(xiàn)，使雙拖動的兩臺電機(jī)負(fù)荷分配均衡，速度 控制同步；8）起動防沖擊控制 “ S型給定曲線），在啟動制動的過程中使皮帶抖動最小， 加、減速度變化率 0.4mA29）采用磁場定向閉環(huán)控制 矢量控制）方式，可準(zhǔn)確地維持和限定預(yù)先給定的 轉(zhuǎn)矩；良好的開環(huán)和閉環(huán)控制性能；10）故障自診斷功能 缺相、欠壓、過流、過載等）；11 ）頻率指令由模擬信號010V或420mA信號）給定；12）根據(jù)電壓反饋，自

9、動調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的影響， 保護(hù)電機(jī)免受因長期電壓過高而導(dǎo)致的絕緣損傷或磁密過高而引起的鐵芯過度 發(fā)熱。13）內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進(jìn)行閉環(huán)控制，實現(xiàn)恒壓、恒流運(yùn)行 限流功能；14）寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內(nèi)電網(wǎng)條件6.2操作控制系統(tǒng)1）選用日本三菱公司的FX2N系列PLC。還有硬件上的聯(lián)鎖和看門狗電路，對 PLC的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視，防止因為 PLC死機(jī)或其他意外原因造成 PLC故障時能 及時監(jiān)測并參與安全保護(hù)。2）PLC部分由FX2N系列PLC、模擬量I/O模塊等硬件組成，輸入輸出口留 10%的余量。3）PLC應(yīng)用軟件能完成運(yùn)輸機(jī)手動、自動、檢修、緊急控制開

10、車等運(yùn)行方式 的控制要求。4）實現(xiàn)完善的保護(hù)功能，完成過負(fù)荷、欠電壓、短路、超速、打滑、跑偏、等 監(jiān)控與保護(hù)，并與一次開車回路聯(lián)鎖，報警和自動保護(hù)；可與皮帶機(jī)綜合保護(hù) 裝置如煙霧、瓦斯、縱向撕裂、急停等對接，并完成各項安全保護(hù)。5 ）軟件和硬件冗余的安全回路。6）系統(tǒng)通過各種傳感器對現(xiàn)場的電機(jī)電流電壓、煤倉煤位、跑偏、拉繩急停、 速度、堆煤等實時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實現(xiàn)對輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，設(shè)備運(yùn)行和 故障狀態(tài)在觸摸屏上實時顯示。7）自動灑水裝置由電磁閥、自動水閥、水管噴嘴和閥門等組成，系統(tǒng)根據(jù)溫 度、煙霧等傳感器提供的信號，可自動控制該設(shè)備的起停進(jìn)行灑水、滅塵、滅 火。七、運(yùn)行效果及分析1. 真

11、正實現(xiàn)了皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的軟起動運(yùn)用變頻器對皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，運(yùn)用變頻器的軟起動功能，將電機(jī)的軟起 動和皮帶機(jī)的軟起動合二為一，通過電機(jī)的慢速起動，帶動皮帶機(jī)緩慢起動， 將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在起動過程中形成的張力波極小， 幾乎對皮帶不造成損害。2. 實現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動時的功率平衡應(yīng)用變頻器對皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，采用主從控制，實現(xiàn)功率平衡。3. 降低設(shè)備的維護(hù)量變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很 長，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的 軟起動，起動過程中對機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的 檢修量。相應(yīng)

12、的降低了維修費(fèi)用。4. 方便皮帶檢修采用變頻調(diào)速后，可將皮帶機(jī)運(yùn)行速度降到很慢，解決了以前因為皮帶機(jī)運(yùn)行 速度過快而難于檢修皮帶的問題，提高了皮帶的檢修效率。5. 節(jié)約能源通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能 滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時間空載運(yùn) 行。由電機(jī)設(shè)計和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時才是效率最高、功率 因數(shù)最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當(dāng)輕載時，定子電 流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū) 動后，在整個過程中功率因數(shù)達(dá) 0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。采用變頻器驅(qū)動之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力偶合 器這個環(huán)節(jié)。而液力偶合器本身的傳遞效率是不高的，并且液力偶合器主要是