上海躍爾自動化科技有限公司 

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一、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步，變頻器技術(shù)發(fā)展迅速，變頻器在風(fēng)機、水泵、提升機、皮帶機等方面的應(yīng)用已很成熟。以前的礦用皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，液力耦合器傳動，存在傳動效率低、啟動電流沖擊及機械沖擊大、無法功率平衡等問題，造成了系統(tǒng)運行不經(jīng)濟；皮帶和液力耦合器磨損嚴重，維修及維護成本高；存在無功環(huán)流損耗。因此對皮帶運輸機采用變頻控制，能有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益；控制系統(tǒng)本身良好的控制性能和完善的保護環(huán)節(jié)能有效避免事故的發(fā)生和延長皮帶機的使用壽命。

二、設(shè)計依據(jù)及設(shè)計原則

2.1、本電控系統(tǒng)設(shè)備符合下列標準的規(guī)定和要求：

1、《煤礦安全規(guī)程》

2、《交流傳動礦井提升機電控設(shè)備技術(shù)條件》（JB4263-86）；

3、《交流電機半導(dǎo)體變頻調(diào)速裝置總技術(shù)條件》（GB12668-1990）；

4、《電控設(shè)備  第二部分  裝有電子器件的電控設(shè)備》（GB/T3797-1998）

5、《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993）；

6、現(xiàn)行國家電工委員會及其它有關(guān)標準；

7、進口電氣設(shè)備遵守國際電工委員會IEC標準；

8、電控裝置的靜動態(tài)性能指標完全滿足提升機的運行要求；

9、電控裝置能夠承受提升機和通風(fēng)機運行時的地坪振動；

2.2設(shè)計依據(jù)

電機參數(shù)

型號：                         功率：2×280KW 

電壓：660 V                數(shù)量：2臺

轉(zhuǎn)速： 1490r/min

運輸機參數(shù)

型號：                            運量：

機長： 500m                  帶寬：1200mm

帶速：                         運行方式： 

上運角度：

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： 660V

2）.控制電機功率：2×280KW

3）過載能力：150%  60s； 200%  5s

4）調(diào)速范圍：100：1

5）控制電源：220V\24V(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1000m

2）環(huán)境溫度不超過 -10～+40℃

3）環(huán)境相對濕度不大于95%（25℃）

4）無爆炸性氣體（甲烷）和煤塵的環(huán)境中

5）無強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：Ⅲ類

9）污染等級：3級。        

3.3、貯運氣候環(huán)境條件

1）高溫：+60℃

2）低溫：- 20℃

3）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，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、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運行過程中應(yīng)有的設(shè)備閉鎖控制、速度閉環(huán)控制、各種安全保護和工作狀態(tài)顯示。司機可操作控制臺上的操作手柄及按鈕來控制皮帶輸送機的運行，并通過指示燈、儀表、及人機界面了解輸送機的運行狀態(tài)及運行參數(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。同時完成對電機啟動、調(diào)速等控制過程，與主控臺等單元共同構(gòu)成全數(shù)字、高性能的變頻帶式輸送機電控系統(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，可對控制方式和運行狀態(tài)進行設(shè)定，監(jiān)視輸送機的運行狀態(tài)和運行參數(shù)的設(shè)置。

電源柜具有雙電源進線（即雙回路供電），保障了生產(chǎn)的連續(xù)性。同時向變頻柜、主控臺進行饋電。完善的過電流、短路、欠電壓保護功能，使設(shè)備運行更安全。

制動單元可吸收輸送機運行當中產(chǎn)生的過電壓，從而形成輸送機的四象限運行。

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行速度，在很大程度上避免了直接起動給設(shè)備帶來的機械沖擊；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電磁兼容性標準要求進行設(shè)計和生產(chǎn)。

5.2、由于控制系統(tǒng)采用PLC進行控制，可以很容易的實現(xiàn)主皮帶機和前后級設(shè)備的閉鎖控制。

5.3、主控臺通過實時檢測輸送機的速度，控制輸送機在零速時制動器動作，自動抱閘，避免了輸送機的溜車和變頻器、電機過流。

5.4、采用變頻器完成電機的啟動調(diào)速，可實現(xiàn)帶式輸送機的平穩(wěn)啟動和調(diào)速要求外，在長時間低速運行（如運人、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，具有運行參數(shù)自動調(diào)整功能，具有良好的主、從電機動態(tài)跟隨性，保證多電機的功率平衡性。

5.6、系統(tǒng)具備全面的故障監(jiān)測、可靠的故障報警保護功能。具有過電壓、過電流、欠電壓、短路、接地、過熱等多種保護功能。

5.7、具備低速驗帶功能。驗帶速度為0.2米/秒～VE額定速度可調(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，分別向兩臺電機供電，同時完成對電機起動、調(diào)速等控制過程。本設(shè)備具有如下特點： 

1）同步運行和自動功率平衡的實現(xiàn)，使雙拖動的兩臺電機負荷分配均衡，速度控制同步；

2）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≤0.4m/s2

3）采用磁場定向閉環(huán)控制（矢量控制）方式，可準確地維持和限定預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩；良好的開環(huán)和閉環(huán)控制性能；

4）故障自診斷功能（缺相、欠壓、過流、過載等）；

5）頻率指令由模擬信號（0~10V或4~20mA信號）給定；

6）根據(jù)電壓反饋，自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負載變化的影響，保護電機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。

7）內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)恒壓、恒流運行

限流功能；

8）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的運行進行監(jiān)視，防止因為PLC死機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。

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)用軟件能完成運輸機手動、自動 、檢修、緊急控制開車等運行方式的控制要求。

4）實現(xiàn)完善的保護功能，完成過負荷、欠電壓、短路、超速、打滑、跑偏、等監(jiān)控與保護，并與一次開車回路聯(lián)鎖，報警和自動保護；可與皮帶機綜合保護裝置如煙霧、瓦斯、縱向撕裂、急停等對接，并完成各項安全保護。

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)進行采集，實現(xiàn)對輸送機運行狀態(tài)的監(jiān)控，設(shè)備運行和故障狀態(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)備的起停進行灑水、滅塵、滅火。

七、運行效果及分析

1.真正實現(xiàn)了皮帶運輸機系統(tǒng)的軟起動

運用變頻器對皮帶運輸機進行驅(qū)動，運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機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)皮帶機多電機驅(qū)動時的功率平衡

應(yīng)用變頻器對皮帶機進行驅(qū)動時，采用主從控制，實現(xiàn)功率平衡。

3.降低設(shè)備的維護量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現(xiàn)皮帶運輸機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機系統(tǒng)機械部份的檢修量。相應(yīng)的降低了維修費用。

4.方便皮帶檢修

采用變頻調(diào)速后，可將皮帶機運行速度降到很慢，解決了以前由于皮帶機運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行，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經(jīng)常很小，也有部分時間空載運行。由電機設(shè)計和運行特性知道，電機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通過液體來傳動，而液體的傳動效率比直接硬聯(lián)接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動后，系統(tǒng)總的傳遞效率可提高5%～10%。

在變頻運行中，在運煤量不大的下或空載的情況下，可將皮帶機的運行速度降低，也可節(jié)約一部分電量。

供貨明細表