PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)方法

摘要：皮帶機(jī)是煤炭生產(chǎn)中最主要的運(yùn)輸設(shè)備。文章結(jié)合PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)分析，探討PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，為改進(jìn)煤炭運(yùn)輸設(shè)備提供技術(shù)上的參閱資料。

關(guān)鍵詞：PLC皮帶機(jī) 變頻調(diào)速 實(shí)現(xiàn)方法

1 概述

在煤炭行業(yè)，皮帶機(jī)已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備。由于煤礦開采的不均衡性，使皮帶機(jī)的運(yùn)量不能保持穩(wěn)定，導(dǎo)致皮帶機(jī)長(zhǎng)期不能滿載運(yùn)行，皮帶機(jī)配置的電動(dòng)機(jī)一般均有20%～45%的富余量，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率長(zhǎng)期處于50%以下，經(jīng)常處于“大馬拉小車”的工作狀態(tài)。皮帶機(jī)長(zhǎng)期空載、輕載運(yùn)行，造成相當(dāng)一部分電能的耗費(fèi)。雖然很多礦井皮帶機(jī)選用了變頻調(diào)速裝置，但只是起到了軟啟軟停的作用，皮帶機(jī)運(yùn)煤的整個(gè)過程都是以固定速度運(yùn)行，不能根據(jù)煤量大小調(diào)節(jié)皮帶機(jī)運(yùn)行速度，使變頻器的主要功能失去作用，浪費(fèi)了變頻器的設(shè)備投資，沒有真正實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行的目的。針對(duì)這種情況，可設(shè)計(jì)PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)，在變頻調(diào)速運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的效率最大化。

2 PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)的組成

2.1 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速裝置：將變頻調(diào)速技術(shù)和電氣防爆技術(shù)結(jié)合起來，用于有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的電機(jī)調(diào)速節(jié)能的高科技產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有多種控制和保護(hù)功能，可應(yīng)用于煤礦井下等爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所。該變頻裝置以全新的設(shè)計(jì)線路，將變頻技術(shù)、隔爆及本質(zhì)安全技術(shù)等結(jié)合起來。主回路采用交—直—交電壓型IGBT變換器；采用32位數(shù)字信號(hào)處理器DSP實(shí)現(xiàn)空間矢量PWM控制；采用嵌入式控制軟件V3.0版控制IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)。

2.2 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱：礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱由PLC控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、電量變換器、智能節(jié)電程序等組成。本裝置將智能控制與PLC相結(jié)合，利用PLC實(shí)現(xiàn)智能控制，既保留了PLC的可靠、靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又提高了控制系統(tǒng)的智能化程度。電量變換器主要元件是霍爾傳感器，通過霍爾傳感器檢測(cè)外部負(fù)載電流的變化，及時(shí)反饋給變頻器。

2.3 主控臺(tái)：主控臺(tái)主要包括顯示儀表、指示燈、礦用本安液晶顯示器（觸摸屏）、音響設(shè)備等可對(duì)皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、故障可能原因、過程變量進(jìn)行顯示和報(bào)警。同時(shí)生成速度圖、力圖、趨勢(shì)圖以及運(yùn)行歷史記錄。主控臺(tái)上的操作手柄、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕等，可對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行各種操作和控制。

3 PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)方法

PLC皮帶機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)就是通過皮帶機(jī)運(yùn)煤量大小的情況來調(diào)節(jié)皮帶機(jī)的帶速，方法是變頻器與D/A轉(zhuǎn)換器相連，A/D轉(zhuǎn)換器分別與PLC、D/A轉(zhuǎn)換器以及電量變換器相連，PLC控制器的控制輸出端與變頻器相連。由礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱中的電量變換器將皮帶機(jī)運(yùn)行過程中電機(jī)的電流、電壓、功率因數(shù)、力矩等信號(hào)實(shí)時(shí)采集到PLC，經(jīng)可編程控制器PLC的PID運(yùn)算，計(jì)算出皮帶機(jī)在運(yùn)行過程中的負(fù)載量，判斷皮帶的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。通過程序計(jì)算由PLC輸出0～5V或4～20mA信號(hào)控制變頻器，實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)電壓和頻率，變頻器根據(jù)負(fù)載變化輸出相應(yīng)的功率，達(dá)到皮帶機(jī)隨負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度和力矩的功能。采用PLC變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)后，皮帶機(jī)的運(yùn)行速度不僅可以隨煤量大小來調(diào)節(jié)，而且還可以根據(jù)皮帶機(jī)運(yùn)行情況分為三個(gè)運(yùn)行區(qū)間。第一，高負(fù)載區(qū)：皮帶機(jī)上煤量達(dá)到額定煤量時(shí)，皮帶機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，這時(shí)系統(tǒng)控制變頻器輸出使電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行；第二，中負(fù)載區(qū)：當(dāng)皮帶機(jī)上煤量減少時(shí)，系統(tǒng)控制變頻器輸出使電機(jī)以中速運(yùn)行；第三，低負(fù)載區(qū)：當(dāng)皮帶機(jī)上煤量很少或無煤時(shí)，系統(tǒng)控制變頻器輸出為零，使電機(jī)處于低速爬行甚至為休眠等待狀態(tài)。

4 PLC變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

4.1 高效節(jié)能：實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)的全過程變頻運(yùn)行和速度的閉環(huán)控制，運(yùn)煤速度大小可隨著煤量變化自由調(diào)節(jié)。負(fù)載電流下降率可達(dá)40%，節(jié)能效果顯著。

4.2 減少維護(hù)量，延長(zhǎng)皮帶機(jī)使用壽命：由于節(jié)能模式運(yùn)行時(shí)的速度很低，機(jī)械部分的磨損大大降低，相對(duì)延長(zhǎng)了皮帶機(jī)的使用壽命，減少了皮帶機(jī)的維護(hù)量和維修費(fèi)用。

4.3 實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)：真正實(shí)現(xiàn)了皮帶軟起動(dòng)，通過電機(jī)的慢速啟動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使啟動(dòng)過程的張力波極小，幾乎不對(duì)皮帶及機(jī)械部件造成損害。

4.4 平穩(wěn)的重載啟動(dòng)：完全解決了重載停機(jī)時(shí)起動(dòng)困難的現(xiàn)象，變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，啟動(dòng)力矩大，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出1.5-2倍的額定轉(zhuǎn)矩，因此最適于重載起動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)皮帶打滑現(xiàn)象。

4.5 對(duì)電網(wǎng)無沖擊：起動(dòng)時(shí)電流小，為額定電流的1.5倍以下，完全避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

4.6 提高功率因數(shù)、提高系統(tǒng)效率：大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率。整個(gè)皮帶機(jī)運(yùn)行過程中：功率因數(shù)≥0.95，效率≥96%。

4.7 安全可靠：采用了高性能的變頻器及可編程控制器，皮帶機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在節(jié)能模式下，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行更安全更可靠。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

使用PLC變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了礦用皮帶機(jī)的全過程變頻運(yùn)行速度的控制，皮帶機(jī)的運(yùn)行速度可隨著煤量變化而自由調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，其節(jié)電率可達(dá)到25%～50%，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓寅生.井下皮帶機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2006（01）.

[2]程國(guó)棟，左東升，吳瑋，趙文翰.煤礦皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].變頻器世界，2011（09）.

[3]肖崢，林濤.基于模糊控制的皮帶機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電氣傳動(dòng)，2008（09）.