基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制

張傳興

（山東服裝職業(yè)學(xué)院，山東 泰安271000）

0 前言

帶式輸送機(jī)是輸送系統(tǒng)的重要組成部分，更是能源消耗型企業(yè)生產(chǎn)主要用設(shè)備。近幾年，隨著PLC、變頻器技術(shù)的日趨成熟，基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制模式得到了從業(yè)者的關(guān)注。較之傳統(tǒng)工頻拖動模式，基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制模式有望解決運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)、電機(jī)無法軟起軟停、機(jī)械沖擊劇烈等問題。因此，探究基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制模式就具有非常重要的意義。

1 以PLC及變頻器技術(shù)為基礎(chǔ)的帶式輸送機(jī)控制設(shè)計

1．1 選擇具有PLC系統(tǒng)功能的變頻器

為實(shí)現(xiàn)以PLC技術(shù)及變頻器技術(shù)為基礎(chǔ)的帶式輸送機(jī)控制，可以應(yīng)用VFD-E系列兼具PLC系統(tǒng)功能的新型變頻器系統(tǒng)，其具有多種現(xiàn)場總線通訊模塊，較為適應(yīng)系統(tǒng)整合應(yīng)用、遠(yuǎn)程控制應(yīng)用，且內(nèi)建的PLC功能可以代替小型單片機(jī)控制器、定時器、計數(shù)器，滿足對價格敏感的機(jī)械加工行業(yè)的要求。所選擇的變頻器為直流母線并聯(lián)供應(yīng)電力能源模式，在同一個剎車模塊進(jìn)行了230V 1phase and 460V 3phase濾波器內(nèi)建。整體采取歐式設(shè)計方式，允許導(dǎo)軌背板加掛。

1.2 變頻器組裝與調(diào)整

在帶式輸送機(jī)控制現(xiàn)場，將新型變頻器設(shè)置在帶式輸送機(jī)保護(hù)箱內(nèi)，應(yīng)用于礦井新建1680工作面，實(shí)現(xiàn)變頻器的同步運(yùn)行、集中管理以及帶式輸送機(jī)的控制。同時采用三電平的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于控制交流異步感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)，滿足帶式輸送機(jī)不同電機(jī)工作模式。具體如下：

如圖1所示，根據(jù)帶式輸送機(jī)實(shí)際控制需求，可以另外加入數(shù)字量輸入/輸出模塊，分別為32個點(diǎn)、16個點(diǎn)，搭配主CPU模塊自帶的32個數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)運(yùn)作?？刂葡鋬?nèi)，使用帶有PLC功能的變頻器開展DP信息交互，實(shí)時監(jiān)控變頻器狀態(tài)，并經(jīng)集中式或分布式控制模式，對變頻器主從機(jī)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整[1]?，F(xiàn)場選擇四臺帶有PLC功能的變頻器依次靠近機(jī)頭平行巷道擺放，電抗器柜則擺放在垂直巷道內(nèi)（其中兩臺變頻器共用1#移變作為輸入電源，另外兩臺變頻器共用2#移變作為輸入電源），兩者距離在30.00m左右。其中跑偏傳感器、撕裂傳感器、斷帶傳感器驅(qū)動同軸連接滾動作為主機(jī)，溫度傳感器、速度傳感器則驅(qū)動兩滾筒作為從機(jī)運(yùn)作，各滾筒之間依賴皮帶傳動。主機(jī)可以接收來自具有PLC的變頻器的啟動/停止信號，經(jīng)外加通訊模塊Q68ADI（或EC-TX103，用于RS-485）給予從機(jī)頻率給定。外加通訊模塊采取24V電力資源供應(yīng)，且預(yù)留兩個模塊的空位，便于后期控制。在外加通訊模塊支持下的RS485通訊模式中，主CPU所在的控制柜可以與尾部控制柜展開通訊，并經(jīng)直接扭矩控制變頻器。

圖1 以PLC及變頻器技術(shù)為基礎(chǔ)的帶式輸送機(jī)控制拓?fù)?/p>

從軟件上來看，以PLC及變頻器技術(shù)為核心的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)主要選擇DP控制方案。這一控制方案下，帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)可以劃分為上位機(jī)程序、下位機(jī)程序兩個部分。前者包括通信模塊、信號采集模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、界面顯示模塊幾個模塊；后者包括觸摸屏通信、數(shù)字量處理、工作模式選擇幾個模塊[2]。通過上述軟件結(jié)構(gòu)搭建，可以瞬時完成向變頻器發(fā)出啟動/停止/故障控制命令、給變頻器發(fā)送速度/轉(zhuǎn)矩給定信號、從變頻器中讀取狀態(tài)值/實(shí)際值、修改變頻器參數(shù)值等諸多功能。

從功能上來看，以PLC及變頻器技術(shù)為基礎(chǔ)的帶式輸送機(jī)控制模式包括集中控制、就地控制、閉鎖控制、點(diǎn)動控制、檢修控制等幾種。在帶式輸送機(jī)控制模式確定為集中控制模式時，可以根據(jù)內(nèi)置的程序進(jìn)行設(shè)備的自動化啟動/停止、故障處理[3]。一般需要順產(chǎn)品輸送流進(jìn)行停止，逆產(chǎn)品輸送流進(jìn)行啟動，達(dá)到防控膠帶上殘留產(chǎn)品增加后續(xù)開啟啟動負(fù)荷的目的；在帶式輸送機(jī)控制模式確定為就地控制模式時，操作者可以經(jīng)觸摸屏上控制點(diǎn)，或者在設(shè)備自帶控制按鈕的支持下，進(jìn)行設(shè)備的直接控制；在帶式輸送機(jī)控制模式確定為閉鎖控制時，與帶式輸送機(jī)運(yùn)作相關(guān)的全部設(shè)備均無法正常操作，僅在解除閉鎖后方可繼續(xù)操作，常用于人為設(shè)備維護(hù)、檢修操作，可防控設(shè)備突然啟動對操作者的危害；在點(diǎn)動控制模式下，可以進(jìn)行某一臺設(shè)備的自動控制，為設(shè)備調(diào)試、故障維修提供良好的環(huán)境；在將帶式輸送機(jī)控制模式調(diào)整為檢修模式時，全部保護(hù)作用會暫時喪失，僅可利用拉繩開關(guān)進(jìn)行機(jī)器的關(guān)停，進(jìn)而利用設(shè)備自帶控制按鈕/觸摸屏上控制點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備控制[4]。

1.3 變頻器參數(shù)調(diào)整

為保證以PLC及變頻器技術(shù)在帶式輸送機(jī)控制中功能的充分發(fā)揮，需要對環(huán)境參數(shù)、電機(jī)參數(shù)進(jìn)行逐一調(diào)整。環(huán)境參數(shù)涉及了輸入線電壓波動范圍、直流母線電壓、半母線電壓波動范圍、溫度、濕度等，一般在監(jiān)控顯示諧波處于較小的數(shù)值時，可以將輸入線電壓波動范圍設(shè)定為1 185~1 230V@50Hz，同時將直流母線電壓設(shè)定為1 890 V。

在電機(jī)參數(shù)調(diào)整時，需要對異步電機(jī)額定功率、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流、定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、漏感、互感、空載電流等進(jìn)行逐一調(diào)整。一般可以將異步電機(jī)額定功率調(diào)整為500kW，額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速為1 485r/min，額定電壓為1 165 V，額定電流為315.82A，定子電阻為0.022Ω，轉(zhuǎn)子電阻為0.025Ω，漏感及互感分別為0.75H、22.8H，空載電流則為86.5A。

2 以PLC及變頻器技術(shù)為基礎(chǔ)的帶式輸送機(jī)控制實(shí)施及效果

將設(shè)計的以PLC及變頻器技術(shù)為基礎(chǔ)的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于某礦105#項(xiàng)目，當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。系統(tǒng)以多電機(jī)系統(tǒng)自動控制的形式，實(shí)現(xiàn)了兩臺電機(jī)的同步、重載啟動，解決了以往帶式輸送機(jī)無法帶重載啟動的難題，也規(guī)避了因重載時故障停機(jī)需清掃后再啟動的情況。通過對生產(chǎn)班組載產(chǎn)品皮帶變頻器運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，得出GD2500-V1.0305-T運(yùn)行頻率為42.56Hz，連接狀態(tài)為高線，最大值為42.92Hz，最小值為42.29Hz，時間間隔為10.00 000s；GD2500-V1.0305-T母線電壓為1 792.5V，最大值為1805.23V，最小值為1 785.20V，時間間隔為10.00 000s；GD2500-V1.0305-T輸出電流為122.51A，最大值為1 28.21A，最小值為118.21A，時間間隔為10.00 000s。由上述數(shù)據(jù)可知，高線連接狀態(tài)下，現(xiàn)場監(jiān)控生產(chǎn)班組載產(chǎn)品帶式輸送機(jī)變頻器運(yùn)作較為穩(wěn)定，表明這一控制模式可以降低施加于帶式輸送機(jī)電軸上的沖擊電壓以及軸電流對電機(jī)軸承的電腐蝕，在保護(hù)電機(jī)絕緣的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行安全可靠性。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC技術(shù)及變頻器技術(shù)是科技高度集成的最終結(jié)果，經(jīng)過長時期改進(jìn)、綜合優(yōu)化，使用成熟度較高，完全可以滿足帶式輸送機(jī)控制需要。在后續(xù)控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，技術(shù)人員可以利用中央供給側(cè)改革推進(jìn)下基于降成本的輸送機(jī)改造契機(jī)，引入更加先進(jìn)的技術(shù)，提高帶式輸送機(jī)控制的智能化程度。