礦用膠帶機電控系統

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、控制技術和電力器件制作工藝的進步，變頻器技術發展迅速，變頻器在風機、水泵、提升機、皮帶機等方面的應用已很成熟。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，造成了系統運行不經濟；皮帶和液力耦合器磨損嚴重，維修及維護成本高；存在無功環流損耗。因此對皮帶運輸機采用變頻控制，能有效降低企業生產成本，提高企業經濟效益；控制系統本身良好的控制性能和完善的保護環節能有效避免事故的發生和延長皮帶機的使用壽命。
二、設計依據及設計原則
2.1、本電控系統設備符合下列標準的規定和要求：
1、《煤礦安全規程》
2、《交流傳動礦井提升機電控設備技術條件》（JB4263-86）；
3、《交流電機半導體變頻調速裝置總技術條件》（GB12668-1990）；
4、《電控設備  第二部分  裝有電子器件的電控設備》（GB/T3797-1998）
5、《電能質量公用電網諧波》（GB/T14549-1993）；
6、現行國家電工委員會及其它有關標準；
7、進口電氣設備遵守國際電工委員會IEC標準；
8、電控裝置的靜動態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機運行時的地坪振動；
2.2設計依據
電機參數
型號：                         功率：2×280KW
電壓：660 V                數量：2臺
轉速： 1490r/min
運輸機參數
型號：                            運量：
機長： 500m                  帶寬：1200mm
帶速：                         運行方式：
上運角度：
三、系統技術參數
3.1、主要技術參數
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）調速范圍：100：1
5）控制電源：220V\24V(無需單獨提供，由電控內部變換）
6）邏輯控制方式：PLC主控
3.2、工作環境條件
1）海拔高度不超過1000m
2）環境溫度不超過 -10～+40℃
3）環境相對濕度不大于95%（25℃）
4）無爆炸性氣體（甲烷）和煤塵的環境中
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、貯運氣候環境條件
1）高溫：+60℃
2）低溫：- 20℃
3）環境相對濕度不大于95%（25℃）。
四、電控裝置總體技術方案
4.1總體技術方案
 變頻帶式輸送機電控系統，分別采用2臺高性能矢量控制型變頻器控制2臺電動機，構成主從驅動系統，通過各類傳感器采集設備的運行狀態信息，配合控制系統完成所有的工藝控制和保護功能。
4.2控制系統
 本系統由主控臺、變頻柜、電源柜和制動柜組成，安放于控制室內。該主控臺采用技術先進、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有的設備閉鎖控制、速度閉環控制、各種安全保護和工作狀態顯示。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及運行參數。
4.3主要控制單元
 變頻調速柜是該系統的調速單元，采用ABB或宮川公司的全數字、矢量控制型變頻器作為主控原件，通過軸編碼器及PG卡的數據反饋，實現高精確度的速度和力矩控制。同時完成對電機啟動、調速等控制過程，與主控臺等單元共同構成全數字、高性能的變頻帶式輸送機電控系統。
 主控臺是系統的控制中樞，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進行設定，監視輸送機的運行狀態和運行參數的設置。
 電源柜具有雙電源進線（即雙回路供電），保障了生產的連續性。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，使設備運行更安全。
 制動單元可吸收輸送機運行當中產生的過電壓，從而形成輸送機的四象限運行。
五、系統特點
 本電控裝置可以任意設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備帶來的機械沖擊；任意的速度調節給檢修、更換皮帶等帶來了很大的方便，同時結合現場的煤量情況可以降頻使用（在現階段煤量不是很大的情況下），節能效果非常明顯。
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計和生產。
5.2、由于控制系統采用PLC進行控制，可以很容易的實現主皮帶機和前后級設備的閉鎖控制。
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速，可實現帶式輸送機的平穩啟動和調速要求外，在長時間低速運行（如運人、驗繩、驗帶）狀態下，具有明顯的節能效果。
5.5、變頻器通過網絡平臺，可實現數據自動交換，具有運行參數自動調整功能，具有良好的主、從電機動態跟隨性，保證多電機的功率平衡性。
5.6、系統具備全面的故障監測、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。
六、主要電控設備的主要特點
6.1 全數字、矢量控制型變頻調速系統
 采用兩臺全數字、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、調速等控制過程。本設備具有如下特點：
1）同步運行和自動功率平衡的實現，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）采用磁場定向閉環控制（矢量控制）方式，可準確地維持和限定預先給定的轉矩；良好的開環和閉環控制性能；
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）根據電壓反饋，自動調節輸出電壓，使其不受電網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致的絕緣損傷或磁密過高而引起的鐵芯過度發熱。
7）內置全數字PID，可根據用戶要求進行閉環控制，實現恒壓、恒流運行
限流功能；
8）寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內電網條件
6.2  操作控制系統
1）選用日本三菱公司的FX2N系列PLC。還有硬件上的聯鎖和看門狗電路，對PLC的運行進行監視，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、等監控與保護，并與一次開車回路聯鎖，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）系統通過各種傳感器對現場的電機電流電壓、煤倉煤位、跑偏、拉繩急停、速度、堆煤等實時數據進行采集，實現對輸送機運行狀態的監控，設備運行和故障狀態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，系統根據溫度、煙霧等傳感器提供的信號，可自動控制該設備的起停進行灑水、滅塵、滅火。
七、運行效果及分析
1.真正實現了皮帶運輸機系統的軟起動
運用變頻器對皮帶運輸機進行驅動，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.實現皮帶機多電機驅動時的功率平衡
應用變頻器對皮帶機進行驅動時，采用主從控制，實現功率平衡。
3.降低設備的維護量
變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現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機械部份的檢修量。相應的降低了維修費用。
4.方便皮帶檢修
采用變頻調速后，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.節約能源
通常情況下，煤礦用電機在設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、滿速度而負載經常很小，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，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，因此功率因數很低。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.9以上，大大節省了無功功率。
采用變頻器驅動之后，電機與減速器之間是直接硬聯接，中間減少了液力偶合器這個環節。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接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅動后，系統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，也可節約一部分電量。

供貨明細表
序號 名稱 型號 單位 數量 單價
1 主控臺  臺 1 
2 變頻柜  臺 2 
3 電源柜  臺 1 
4 制動柜  臺 1 
5 附件  套 1 
6 技術文件  份 1 
7      擁有一支技術力量雄厚的研發團隊，對煤礦自動化工程有多年的設計經驗，已推出的工程有：礦井皮帶機電控系統、礦用絞車變頻電控系統、礦井泵房監控系統、壓風機控制系統、乳化液泵控制系統、地面洗煤廠監控系統、選煤廠集控系統、地面自動裝車系統、電力監控系統、礦井綜合自動化監控系統、人員定位系統等。同時在防爆電器產品中，也有卓越的成績，攜手多個民用權威公司，打造出多款礦用專用型產品。已推出產品方案：防爆變頻器方案、隔爆兼本安型可編程控制箱方案、隔爆磁力啟器方案、防爆饋電開關方案、礦用組合開關方案、礦用高壓軟啟動方案、礦用雙電源風機切換裝置、防爆移動變壓器方案等高新技術產品。
 信息庫新推出：礦用PLC（和利時）、礦用變頻器（意科、普傳）、礦井綜合自動化（騰控）