基于動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)的皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)

采用無速度傳感器矢量控制的防爆變頻器與交流異步電機(jī)構(gòu)成交流變頻拖動(dòng),是目前符合井下皮帶輸送機(jī)拖動(dòng)要求且價(jià)格適中的最佳拖動(dòng)設(shè)備。皮帶輸送機(jī)的負(fù)載一般都是不固定的,皮帶的恒速運(yùn)行會(huì)造成極大的浪費(fèi)。特別在煤礦,煤的產(chǎn)量是極不均勻的,皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)煤量也是不均勻的,在負(fù)載較輕或無負(fù)載時(shí),皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)的髙速運(yùn)行對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的磨損浪費(fèi)較為嚴(yán)重,同時(shí)電能消耗也比低速運(yùn)行時(shí)大的多,而且此時(shí)機(jī)械和電能的消耗是無用的。因此,有必要研究開發(fā)皮帶輸送機(jī)智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)自動(dòng)調(diào)速智能控制。這一研究可充分發(fā)揮設(shè)備潛能,提高礦井自動(dòng)化控制水平,并且可大大節(jié)約電能,同時(shí)降低皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)備損耗,延長設(shè)備的使用壽命。

控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)由變頻器、執(zhí)行電機(jī)、控制裝置和負(fù)載電流檢測(cè)等組成?？刂蒲b置由可編程邏輯控制器PLC、A/D及D/A轉(zhuǎn)換模塊等組成,其中變頻器由隔爆殼主腔、隔爆接線腔、本安控制腔、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、程序參數(shù)控制器組成,控制裝置由可編程邏輯控制器PLC、AD及D/A轉(zhuǎn)換模塊等組成。負(fù)載電流信號(hào)來源于各驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)變頻器的電流反饋信號(hào)21,硬件框圖參見圖1。

煤礦井下皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng),每個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒由單一的1臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)。PLC可實(shí)現(xiàn)功率平衡、起動(dòng)信號(hào)給定、速度控制與給定、與其他控制器通訊、數(shù)據(jù)采集和集控等功能。變頻器具有故障自診斷及反饋、運(yùn)行狀態(tài)反饋、電流反饋、無速度傳感器矢量控制、加減速時(shí)間、S型曲線任意可調(diào)等功能與特點(diǎn)。另外,變頻器還具有PID控制器選件和工/變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

具體硬件組成為:①控制裝置:FX2N-32MT、X2N-4AD、FX2N-4DA;②變頻器:ZJT-30隔爆兼本安變頻調(diào)速裝置ⅹ4;③交流異步電機(jī):200kW×4。

系統(tǒng)控制方案

(1)采用ZT-30隔爆兼本安變頻器對(duì)本級(jí)和前級(jí)皮帶輸送機(jī)的4臺(tái)交流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制,變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)與軟停車。

(2)選用三菱公司的FX2N系列PLC(FX2N32MT)及A/D、D/A(FX2N-4AD、FX2N-4DA)模塊組成控制裝置。通過動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)根據(jù)負(fù)載的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)變頻調(diào)速,使皮帶機(jī)以最大負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。由PLC通過A/D模塊集中采集本級(jí)和前級(jí)皮帶輸送機(jī)4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載電流信號(hào)(變頻調(diào)速裝置的電流信號(hào)),經(jīng)控制軟件處理、計(jì)算后,由D/∧A模塊輸出控制頻率信號(hào),控制變頻器以相應(yīng)的頻率驅(qū)動(dòng)皮帶輸送機(jī),完成皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)變頻調(diào)速控制。即在皮帶機(jī)智能控制系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下,當(dāng)負(fù)載變大時(shí),皮帶機(jī)很快加速運(yùn)行,達(dá)到期望的速度后穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)負(fù)載變小時(shí),皮帶機(jī)很快減速,達(dá)到期望的速度后穩(wěn)定運(yùn)行;空載時(shí)皮帶機(jī)以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

(3)系統(tǒng)的控制采用防爆控制箱遠(yuǎn)程控制,同時(shí)具有皮帶帶速顯示、報(bào)警、自動(dòng)/手動(dòng)切換及驗(yàn)帶功能,手動(dòng)控制保證控制器在故障情況下的運(yùn)行,驗(yàn)帶功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的低速驗(yàn)帶。

(4)變頻調(diào)速裝置具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。