帶式輸送機(jī)的電氣傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、 帶式輸送機(jī)的電氣傳動系統(tǒng)設(shè)計摘 要 帶式輸送機(jī)在現(xiàn)代物流和國民經(jīng)濟(jì)各部門當(dāng)中發(fā)揮著極其重要的作用,隨著帶式輸送機(jī)向高速、長距離、大運(yùn)量的快速發(fā)展，對傳動系統(tǒng)的的要求也越來越高，傳動系統(tǒng)直接影響到輸送機(jī)整機(jī)的工作可靠性及運(yùn)行穩(wěn)定性。這一系列的要求促進(jìn)了如今帶式輸送機(jī)的快速發(fā)展。 本設(shè)計針對帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀，采用PLC對帶式輸送機(jī)進(jìn)行控制，通過電動機(jī)對傳動系統(tǒng)提供動力，變頻器控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。本文在介紹了帶式輸送機(jī)的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還深入分析了帶式輸送機(jī)的工作原理，闡述了變頻器的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，其中重點(diǎn)研究了輸送機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案,選擇西門子公司的 S7 系列 PLC 作為系統(tǒng)的中控單元，并根據(jù)中

2、控單元選擇了相應(yīng)的附件。根據(jù)皮帶的運(yùn)量、帶速、膠帶強(qiáng)度等參數(shù)計算出了帶式輸送機(jī)的運(yùn)行功率，選擇了電動機(jī)型號。依據(jù)電機(jī)參數(shù)通過計算得出需要的變頻器型號。帶式輸送機(jī)具有跑偏、欠速、撕裂等保護(hù)功能，據(jù)此選擇了相應(yīng)的傳感器,最后對本論文的研究進(jìn)行了總結(jié)。 關(guān)鍵詞： 帶式輸送機(jī) 電氣傳動系統(tǒng)PLC控制 變頻器 電動機(jī) Abstract Belt conveyor plays an extremely important role in modern logistics all sectors of the national economy,As the belt conveyor&#

3、160;to the rapid development of high speed, long distance,large capacity, the transmission system of the increasingly high demands,and requirements of the transmission system are also getting higher and higher, transmission system directly affect the whole machine working re

4、liability and the operation stability of the machine.This series of requirements to promote the rapid development of the belt conveyor. The design for the status quo of belt conveyor,Using PLC to control the belt conveyor,the motor provides the power for the transmissio

5、n system,and the inverter control motor speed.This paper introduces the basic structure of the belt conveyor on the in-depth analysis of the working principle of belt conveyor,also describes the features and advantages of inverter ,Which focuses on the design of the driving syste

6、m of the conveyer.Finally, this paper summarizes and prospects.Keyword: belt conveyor electric drive system PLC control Frequency converter Motor目錄摘 要IAbstractII1緒論11.1 本設(shè)計的研究背景及意義11.2 論文的主要研究內(nèi)容11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22帶式傳輸機(jī)的概述32.1帶式傳輸機(jī)的定義32.2帶式輸送機(jī)的分類32.3 帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)32.4 帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢53變頻器的簡介63.1變頻器的定義63.2變頻器的分類6

7、3.3變頻器的基本原理63.4變頻器的選型原則和注意事項73.5通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)容量的選擇83.6變頻調(diào)速的基本原理94傳動系統(tǒng)的選擇與計算124.1PLC選型124.2電機(jī)選型134.3變頻器的選型154.4傳感器的選型185系統(tǒng)電路圖215.1皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)框圖215.2電氣原理圖215.3變頻器端子接線圖22結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)261緒論1.1 本設(shè)計的研究背景及意義 帶式輸送機(jī)自1795年被發(fā)明以來，經(jīng)過兩個世紀(jì)的發(fā)展，已被電力、冶金、煤炭、化工、礦山、港口等各行各業(yè)廣泛采用。特別是第二次工業(yè)革命帶來了新材料、新技術(shù)的采用，使帶式輸送機(jī)的發(fā)展步入了一個新紀(jì)元。當(dāng)今無論從

8、輸送量、運(yùn)距、經(jīng)濟(jì)效益等各方面來衡量，它已經(jīng)可以同火車、汽車運(yùn)輸相抗衡，成為三足鼎立局面，并成為各國爭先發(fā)展的行業(yè)。帶式輸送機(jī)因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、噪聲低、使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、工作可靠性和密封性好、占據(jù)空間小等特點(diǎn)，并能適應(yīng)在各種惡劣工作環(huán)境下工作，包括潮濕、泥濘、粉塵多等，所以它已經(jīng)是國民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。加之國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)，又大大縮短了帶式輸送機(jī)的設(shè)計、開發(fā)、制造、銷售的周期使它更加具有競爭力。 帶式輸送機(jī)是煤礦最理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，與其他運(yùn)輸設(shè)備相比，不僅具有長距離、大運(yùn)量、連續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠,易于實(shí)現(xiàn)自動化、集中化控制,特別是對高產(chǎn)高效礦井，帶式輸

9、送機(jī)已成為煤炭高效開采機(jī)電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備。特別是近10年，長距離、大運(yùn)量、高速度的帶式輸送機(jī)的出現(xiàn)，使其在礦山建設(shè)的井下巷道、礦井地表運(yùn)輸系統(tǒng)及露天采礦場、選礦廠中的應(yīng)用又得到進(jìn)一步推廣。 隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，帶式輸送機(jī)將向現(xiàn)代化、智能化、安全化、方便可靠化的方向發(fā)展，交流拖動控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速控制在輸送機(jī)械中必將得到更為廣泛的應(yīng)用，因此對輸送機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 論文的主要研究內(nèi)容 本設(shè)計針對帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀，采用PLC對帶式輸送機(jī)進(jìn)行控制，通過電動機(jī)對傳動系統(tǒng)提供動力，變頻器控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。本文在介紹了帶式輸送機(jī)的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還深入分析了帶

10、式輸送機(jī)的工作原理，闡述了變頻器的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，其中重點(diǎn)研究了輸送機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案,通過給定參數(shù)及要求，經(jīng)過計算，對電動機(jī)、變頻器、傳感器進(jìn)行選型，最后對本論文的研究進(jìn)行了總結(jié)。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 八十年代末期以來,我國的礦用帶式輸送機(jī)也有了很大的發(fā)展,對其關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品開發(fā)都取得了可喜的成果。輸送機(jī)產(chǎn)品系列不斷增多，從定型的SDJ、SSJ、STJ、DT等系列發(fā)展到多功能、適應(yīng)特種用途的各種帶式輸送機(jī)系列，如國家“七五”攻關(guān) 項目大傾角帶式輸送機(jī)成套設(shè)備、“九五”攻關(guān)項目-高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機(jī)等都填補(bǔ)了國內(nèi)空白，開發(fā)了大傾角、長距離輸送原煤的新型帶式輸送機(jī)系列產(chǎn)品并對

11、帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動與智能化控制等技術(shù)，研制成功了多種軟起動和制動裝置及以PLC 為核心的可編程電控裝置。但與國外相比，其機(jī)型一般都偏小，特別是帶速通常均不超過4m/s，對高帶速輸送機(jī)及其動態(tài)設(shè)計與計算機(jī)監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)問題缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于帶速普遍較低，許多設(shè)計單位仍延用以往的靜態(tài)設(shè)計法，用加大輸送帶安全系數(shù)的方法來提高設(shè)計的可靠性，其結(jié)果不僅增大了設(shè)備成本，而且降低了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。此外，我國輸送機(jī)制造企業(yè)追求小而全模式，未能像國外一樣形成大規(guī)模的元部件專業(yè)生產(chǎn)廠或加工中心，致使元部件設(shè)計與制造水平得不到有效提高。建立帶式輸

12、送機(jī)的輸送帶在起動和停機(jī)過程中的動力學(xué)方程,求解輸送帶上不同點(diǎn)隨時間推移所發(fā)生所的變化找出變化劇烈的張力波可能造成的破壞，這就是帶式輸送機(jī)的動態(tài)分析。動態(tài)分析技術(shù)是一門綜合性學(xué)科，不僅要對整機(jī)運(yùn)行全過程的動態(tài)特性進(jìn)行分析更重要的是對其涉及到的基礎(chǔ)理論，運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，是當(dāng)今世界的高新技術(shù)。 2帶式傳輸機(jī)的概述2.1帶式傳輸機(jī)的定義 帶式輸送機(jī)又叫做膠帶輸送機(jī)，它是一種以摩擦力作為驅(qū)動力，并以連續(xù)方式運(yùn)送物料的機(jī)械設(shè)備。2.2帶式輸送機(jī)的分類 TDII型固定式帶式輸送機(jī) QD80輕型固定式帶式輸送機(jī) 普通型 DX型鋼繩芯帶式輸送機(jī) U型帶式輸送機(jī) 帶式輸送機(jī) 管形帶式輸送機(jī) 氣墊帶

13、式輸送機(jī) 特種結(jié)構(gòu)性 波狀擋邊帶式輸送機(jī) 鋼繩牽引帶式輸送機(jī) 壓帶式帶式輸送機(jī) 其他類型 2.3 帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu) 帶式輸送機(jī)的基本組成： 1 輸送帶2 托輥3 滾筒及驅(qū)動裝置4 制動器5 張緊裝置6 裝載及卸載7 清掃器 圖2.1 帶式輸送機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖 輸送帶：經(jīng)常使用的有橡膠帶及塑料帶。橡膠帶一般在環(huán)境溫度為-1540攝氏度之間工作。并且物料的溫度不能超過50攝氏度，如果超過50攝氏度以上的話，訂貨的時候需要向廠家告知，換用耐高溫材料的輸送帶。輸送散粒狀物料的傾角在12度24度之間。需要大傾斜角輸送物料時則可采用裙邊帶。塑料帶耐油、耐酸、耐堿等方面的優(yōu)點(diǎn)，但是對氣候的適應(yīng)性方面較差，并且容

14、易打滑及易老化。帶寬是帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 托輥：主要包含緩沖托輥、槽形托輥和調(diào)心托輥等。緩沖托輥安裝在受料部位，用來減小物料對輸送帶的沖擊力；槽形托輥的作用是支承承載分支，用來運(yùn)輸散粒物料；調(diào)心托輥是用來調(diào)整輸送帶橫向位置的，防止輸送帶跑偏； 滾筒：一般分為驅(qū)動滾筒及改向滾筒兩種。驅(qū)動滾筒主要是用來為輸送機(jī)傳遞動力的。分為單滾筒、雙滾筒及多滾筒等。改向滾筒主要用來改變輸送帶輸送方向的。 張緊裝置 ：作用主要為了使輸送帶達(dá)到所需的張力，避免在驅(qū)動滾筒上面打滑，并保證輸送帶在托輥間撓度在規(guī)定范圍之內(nèi)。主要包括車式拉緊裝置、重錘張緊裝置及螺旋張緊裝置。 驅(qū)動裝置：主要包含電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸

15、器或者液力耦合器、逆止器或者制動器等。2.4 帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 我國生產(chǎn)的帶式輸送機(jī)的品種、數(shù)量及類型比較多。在“八五”這段期間內(nèi),自國家“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項目的開展和實(shí)施,我國帶式輸送機(jī)的技術(shù)水平相比之前有了較大的提升,煤礦、井下等使用的大功率、長距離類型的帶式輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究以及新產(chǎn)品開發(fā)方面都取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。例如長距離、大功率的輸送機(jī)成套設(shè)備、工作面順槽可伸縮的高效高產(chǎn)帶式輸送機(jī)等都填補(bǔ)了國內(nèi)輸送機(jī)領(lǐng)域的空白,并且針對帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵性技術(shù)及主要元部件進(jìn)行了理論方面的研究以及產(chǎn)品的開發(fā),研制出了很多種軟起動和制動的裝置以及以PLC控制為核心的具有可編程功能的電控裝置,

16、驅(qū)動系統(tǒng)則采用了調(diào)速型的液力偶合器以及行星齒輪的減速器。 為了滿足高效高產(chǎn)集約化的生產(chǎn)需求,要加提高帶式輸送機(jī)的輸送能力。帶式輸送機(jī)今后發(fā)展的必然趨勢是：長距離、高帶速、大運(yùn)量、大功率 。除了需要進(jìn)一步提高和完善現(xiàn)有元部件的可靠性和性能,還需要繼續(xù)研究開發(fā)新的技術(shù)及元部件,例如高性能的可控軟起動技術(shù)、動態(tài)監(jiān)控和分析技術(shù)、高速托輥、高效貯帶裝置、快速自移機(jī)尾等等,使得輸送機(jī)的性能及可靠性方面均得到提高；此外還需要不斷擴(kuò)大輸送機(jī)功能需求,例如使一機(jī)具有多用化，使運(yùn)料、運(yùn)人或者雙向運(yùn)輸?shù)裙δ艿玫酵卣?做到一機(jī)多用,使其充分發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。另外還需要不斷開發(fā)特殊型帶式輸送機(jī),如彎曲帶式輸送機(jī)、大傾

17、角或垂直提升類型的輸送機(jī)等等。3變頻器的簡介3.1變頻器的定義 變頻器是結(jié)合微電子及變頻技術(shù)，通過變化電動機(jī)工作時的電源頻率的方式來控制交流電動機(jī)的電力設(shè)備。3.2變頻器的分類 變頻器的分類方法可以有很多種，有按照技術(shù)特點(diǎn)來分的，有按照電壓等級來分的，也有按照應(yīng)用場合來分的。l 按照供電方式分類按照供電方式可分為交流變頻器和直流變頻器兩種。交流變頻器按照交換的環(huán)節(jié)又可分為AC-DC-AC，AC-AC。l 按電源性質(zhì)分類按電源的性質(zhì)分為電流型和電壓型變頻器。電流型變頻器是在中間的環(huán)節(jié)采用了大電感作為儲能元件，用來緩沖無功功率，從而扼制電流變化，使得電壓的波形更接近正弦波，因?yàn)樵撝绷鞯膬?nèi)阻很大，所

18、以稱為電流型變頻器。電流型變頻器的主要特點(diǎn)就是扼制負(fù)載的電流頻繁且急劇的變化。故此種變頻器常用于負(fù)載電流變化很大的場合。電壓型變頻器的主要特點(diǎn)則是中間環(huán)節(jié)采用大電容來作為儲能元件，靠它來緩沖負(fù)載產(chǎn)生的無功功率，由于其直流電壓相對平穩(wěn)，直流電源的內(nèi)阻比較小，和電壓源相似，所以稱為電壓型變頻器，它常常被用在負(fù)載電壓變化很大的場合。l 按工作原理分類按照其工作原理來分類可以分為轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、V/f控制變頻器以及矢量控制變頻器等l 按照開關(guān)方式分類按照其開關(guān)方式分類可分為PWM控制變頻器、PAM控制變頻器、高載頻PWM控制變頻器l 按照用途分類按照用途分類可分為通用變頻器、高頻變頻器、高性能專用

19、變頻器、單相變頻器以及三相變頻器3.3變頻器的基本原理目前來講，經(jīng)常使用的變頻器主要是采用了交-直-交的工作方式，首先將交流電源經(jīng)過整流器變換成直流電源，然后將直流電源再變換成電壓、頻率都可以調(diào)控的交流電源來供給電動機(jī)。變頻器電路主要由主電路及控制電路構(gòu)成的。l 主電路主電路就是負(fù)責(zé)將調(diào)壓調(diào)頻電源提供給異步電動機(jī)的電力轉(zhuǎn)換部分。變頻器的主電路主要可以分成兩大類：一類是電壓型，就是將電壓源的直流電變換為交流電的變頻器，其直流回路是靠電容來濾波；另一類則是電流型，就是將電流源的直流電變換為交流電的變頻器，其直流回路是靠電感來濾波。主電路由整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組成l 控制電路控制電

20、路是給異步電動機(jī)供電的主電路供應(yīng)控制信號的回路。主要由中央處理器、數(shù)字信號處理器、I/O接口電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、輸出信號檢測電路、通訊接口電路以及控制電源等組成3.4變頻器的選型原則和注意事項 首先需要依據(jù)機(jī)械對于轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的需求,確定出機(jī)械要求的最大的輸入功率(即電機(jī)額定功率的最小值)。可根據(jù)公式P= nT /9950(kW ) 其中:P代表機(jī)械需求的輸入功率(kW );n代表機(jī)械的轉(zhuǎn)速(r/m in);T代表機(jī)械的最大轉(zhuǎn)矩(N·m)。然后,選擇電機(jī)的極數(shù)和額定功率。同步轉(zhuǎn)速取決于電機(jī)的極對數(shù),規(guī)定電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速應(yīng)該盡可能的覆蓋整個調(diào)速范圍,使連續(xù)負(fù)載的容量盡可能得高一

21、些。最后,依據(jù)變頻器的額定電流和輸出功率略大于電動機(jī)的額定電流和功率的原則來確定變頻器的型號和參數(shù)。原則如下:1)根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。應(yīng)依據(jù)該負(fù)載是屬于恒功率負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或者平方轉(zhuǎn)距負(fù)載來選擇不同型號的或者專用變頻器。2)選變頻器的時候應(yīng)該用實(shí)際的電動機(jī)的電流值來作為變頻器選擇的依據(jù),電動機(jī)額定功率用來作為參考值。此外,應(yīng)該充分考慮到變頻器的輸出中包含豐富的高次諧波,它會使電動機(jī)功率因數(shù)及效率下降。所以,采用變頻器來給電動機(jī)供電和采用工頻電網(wǎng)來供電對比,電機(jī)電流會增加10%左右,而升溫能增加20%左右。因此在選擇電動機(jī)及變頻器的時候,應(yīng)該適當(dāng)?shù)亓粲幸欢ǖ挠嗔?來防止升溫過高。3)變頻器

22、如果需要長電纜運(yùn)行的時候,應(yīng)采取措施來抑制長電纜對地的耦合電容的影響,來避免變頻器出力不夠的情況。因此變頻器應(yīng)該放大一檔或者兩檔來選擇，亦或者在變頻器輸出端位置安裝輸出電抗器來解決。4)對一些特殊應(yīng)用的場合來說,例如高海拔高度、高開關(guān)頻率、高環(huán)境溫度等等,這些場合會引起變頻器降容,則變頻器需要放大一檔來選擇。5)利用變頻器來控制高速電動機(jī)的時候,因?yàn)楦咚匐妱訖C(jī)電抗比較小,因此會產(chǎn)生許多高次諧波。然而變頻器的輸出電流值會因?yàn)檫@些高次諧波而增加。所以,選擇應(yīng)用于高速電機(jī)的變頻器的時候,應(yīng)該要比普通電機(jī)的變頻器稍微大一點(diǎn)。6)啟動防爆電機(jī)的時候,如果變頻器沒有防爆的構(gòu)造,應(yīng)該將變頻器設(shè)置在危險場所以

23、外的地方。7)用變頻器來驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的時候,繞線電機(jī)與普通的鼠籠電機(jī)相比較時,由于繞線電機(jī)繞組的阻抗相對較小,比較易發(fā)生因?yàn)榧y波電流而引起的過電流跳閘的現(xiàn)象,所以應(yīng)該選擇比往常容量稍大一點(diǎn)的變頻器。8)針對振動機(jī)和壓縮機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動比較大的負(fù)載以及油壓泵等具有峰值負(fù)載的情況下,若根據(jù)電機(jī)的額定電流或者功率值來選變頻器容量的話,可能會發(fā)生因?yàn)榉逯惦娏魇惯^電流保護(hù)動作的現(xiàn)象。所以,應(yīng)該掌握工頻運(yùn)行的狀況,挑選比其最大的電流更大的額定輸出電流的變頻器。9)單相電動機(jī)不適用變頻器驅(qū)動3.5通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)容量的選擇 在通用變頻器組成的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的時候，有的時候需要原有的電機(jī)，有的時

24、候還需要增加新的電機(jī)，但是不管針對的是哪一種情況，不僅要核算必要的電動機(jī)的容量，還需要根據(jù)電動機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，選擇相應(yīng)的電動機(jī)防護(hù)等級。與此同時，因?yàn)樽冾l器驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以要按照通用變頻器驅(qū)動的條件來選擇，否則很難達(dá)到預(yù)期想要的目的，還有可能造成沒必要的損失。適用于通用變頻器來驅(qū)動的電機(jī)大致上可以分為普通異步電機(jī)、特殊電機(jī)、專用電機(jī)等類型1） 選擇的電動機(jī)容量應(yīng)該大于負(fù)載需要的功率，應(yīng)該將正常運(yùn)行速度時所需要的最大輸出功率作為依據(jù)，當(dāng)運(yùn)行的環(huán)境很差時最好留有一定的余量2） 應(yīng)該使得選擇的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和負(fù)載所需要的啟動轉(zhuǎn)矩比較留有一定的裕量3） 所選的電機(jī)在整個運(yùn)轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)，應(yīng)該有充足的輸出轉(zhuǎn)

25、矩，如果需要拆除原來的減速箱時，應(yīng)該按原來減速比考慮增大電機(jī)容量，或者另外選取電機(jī)的型式4） 應(yīng)該考慮到電機(jī)低速運(yùn)行時的溫升能夠在允許的溫升范圍之內(nèi)，并且需要保證電機(jī)壽命的周期5） 針對被拖動機(jī)械負(fù)載的性質(zhì)，確定合適的電動機(jī)的運(yùn)行方式考慮到以上條件，實(shí)際電機(jī)的容量可以依據(jù)電機(jī)的容量等于被驅(qū)動的負(fù)載所需要的容量與將負(fù)載加速或減速到所需要速度的容量之和的原則來確定 3.6變頻調(diào)速的基本原理根據(jù)三相異步電動機(jī)的相關(guān)知識，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n表示為： （3.1） 其中： 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； 電機(jī)的轉(zhuǎn)差率； 電機(jī)定子的電源頻率，單位為Hz； 異步電機(jī)的極對數(shù)。三相感應(yīng)電動機(jī)的調(diào)速方法可分為

26、兩大類：一類是通過改變同步轉(zhuǎn)速從而改變轉(zhuǎn)速，具體方法有變極調(diào)速(改變極對數(shù))和變頻調(diào)速(改變頻率)；另一類是通過改變轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動機(jī)從固有特性上運(yùn)行改為人為特性上運(yùn)行，具體方法有變壓調(diào)速(改變電源電壓)，轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速(改變電阻)，轉(zhuǎn)差離合器，串級調(diào)速等。由上式可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速7。電動機(jī)調(diào)速是一個很重要的過程，它的關(guān)鍵因素在于，要保持每極磁通量為額定值不變。若磁通過大，會達(dá)到飽和狀態(tài)，嚴(yán)重時會因?yàn)閯畲烹娏鬟^大而使繞組過熱從而損壞電機(jī)；但是磁通太弱的話，又說明沒有充分合理的利用電機(jī)的磁心，這會造成一種資源浪費(fèi)。對于直流電機(jī)來說，只

27、要對電樞反應(yīng)給予適當(dāng)補(bǔ)償，就很容易做到保持不變，因?yàn)樵搫畲畔到y(tǒng)是獨(dú)立的。而交流異步電機(jī)的磁通是由轉(zhuǎn)子和定子共同產(chǎn)生的。三相異步電動機(jī)每相電動勢的有效值 （3.2） 其中：氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值，單位為V； 定子頻率，單位為Hz； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 定子基波繞組系數(shù)； 每極氣隙磁通量，單位為Wb；由式（3-6）可知，只要控制好感應(yīng)電動勢和定子頻率，就可以控制磁通中氣隙磁通量不變，需要考慮基頻(額定頻率)以上和基頻以下兩種情況：1) 基頻以下調(diào)速當(dāng)電源頻率在基頻以下調(diào)速時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，且始終要保持常數(shù)，因此在調(diào)節(jié)電源頻率的同時，還要調(diào)節(jié)電動機(jī)的定子電壓，否則電動機(jī)無法正常

28、工作。原因是三相感應(yīng)電動機(jī)定子繞組相電壓，當(dāng)電源頻率下降時，若還保持電源電壓為額定值不變，則氣隙每極磁通必須增加，在電動機(jī)設(shè)計時，磁路本來剛進(jìn)入飽和狀態(tài)，的增加使磁路飽和，電動機(jī)空載電流急劇增加，使電動機(jī)負(fù)載能力變小，從而導(dǎo)致電機(jī)無法正常工作,這是不允許的。因此,降低電源頻率的同時,必須降低電源電壓，并使常數(shù)。由于氣隙磁通恒定不變，電動機(jī)基頻以下的調(diào)速可視為恒磁通調(diào)速，在調(diào)速過程中電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，由此可見，從基頻向下變頻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 2) 基頻以上調(diào)速當(dāng)電源頻率在基頻以上調(diào)節(jié)時，受到電動機(jī)絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子相電壓是不允許在額定相電壓以上調(diào)節(jié)的，所以當(dāng)上調(diào)時，只能保持定子相

29、電壓為額定值不變。于是，當(dāng)越高時相反地將越低，但上升，由此可見，從基頻向上變頻調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖所示，就是把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來得到的結(jié)果。在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”方式；而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，輸出功率基本不變，基本上屬于“恒功率調(diào)速”方式。 圖3.1 異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制特性 4傳動系統(tǒng)的選擇與計算 圖4.1帶式輸送機(jī)實(shí)物圖4.1PLC選型 采用西門子公司的 S7 系列可編程控制器作為本系統(tǒng)的電氣控制單元，這一系列的PLC 主要采用模塊化方式設(shè)計，依據(jù)需要來選擇對應(yīng)的

30、模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相應(yīng)的功能。PLC系統(tǒng)硬件如下：CPU 315-2DP的特點(diǎn)如下所列舉：（1） 具備中、大規(guī)模程序存儲容量及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，若有需求，可以供給SIMATIC 功能工具以使用。（2） 對二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理能力。（3） 具有PROFIBUS DP 主站/從站的接口。（4） 可以應(yīng)用于大規(guī)模 I/O 配置。（5）可用于分布式 I/O結(jié)構(gòu) 電源模塊為PS307 電源模塊（10A）（6ES7307-1KA00-0AA0）,此電源模塊具備以下特點(diǎn)： （1）輸出的電流 為10安。 （2）輸出的電壓為24V；（3）連接單相的交流系統(tǒng)(輸入電壓120/230VAC，50/60Hz)。 （4

31、）可用作負(fù)載電源。 數(shù)字量的輸入模塊：sm321；DI 32*24VDC，(6ES7321-1BL00-0AA0)該數(shù)字量的輸入模塊具有以下的特征： （1）32 個輸入點(diǎn)，帶隔離，16 點(diǎn)為一組。 （2）額定輸入電壓 24VDC。 （3）對開關(guān)和 2/3/4 線接近開關(guān)比較適用 數(shù)字量輸出模塊：SM322；DO 32*24VDC/0.5A，(6ES7322-1BL00-0AA0)，該數(shù)字量輸出模塊具有以下特性： （1）32 個輸出點(diǎn)，帶隔離。8 點(diǎn)為一組。 （2）0.5A 輸出電流。 （3）24VDC 額定負(fù)載電壓。 （4）使用于電磁閥、直流接觸器和指示燈。 模擬量的輸入模塊：SM331，AI

32、8*16 位；(6ES7331-7NF00-0AB0)，此模擬量輸入模塊包含如下的特性： （1）4 通道中 8 輸入。 （2）測量值的精度為 15 位。 （3）每個通道可選的測量方法；電壓，電流。 （4）可編程診斷。 （5）可編程診斷中斷。 （6）帶有極限監(jiān)控功能的兩個通道。 （7）可編程極限中斷。 （8）與背板總線接口的光電隔離。 （9）各個通道之間所允許的共模電壓不超過 50VDC4.2電機(jī)選型皮帶輸送機(jī)主要參數(shù)如表4.1： 表4.1 皮帶輸送機(jī)主要參數(shù) 膠帶 長度 寬度 帶速 運(yùn)輸能力 運(yùn)輸傾角 PVG2000 3400m 1.4m 4m/s 2000t/h 0.5° (4.1

33、) 式中，P：電動滾筒電機(jī)的功率； f：托輥的阻力系數(shù)，其中f=0.025-0.03； C:軸承、輸送帶等處的阻力系數(shù)，該數(shù)值可以從圖表中查得； L:改向滾筒及電動滾筒中心的水平方向投影； Gm:改向滾筒、輸送帶改向滾筒等旋轉(zhuǎn)零件的重量，該值可以從表中查得； V:帶速（m/s）； Qt:輸送量（t/h）； H:輸送高度（m）； B:帶寬（mm）。 經(jīng)過查表可以得到，C=5.9，Gm=110；運(yùn)送高度 H=3400sin0.5°=29.6； =1365.6kW (4.2) 經(jīng)過計算得到電機(jī)功率為 341.4kW，初步?jīng)Q定采用 YBSS-400（G）輸送機(jī)用隔爆型的三相異步電機(jī)，本電機(jī)適

34、用于煤礦及井下工作面的輸送機(jī)或者與其負(fù)載相似的機(jī)械設(shè)備。可以在高度不超過 1000m，溫度在 0攝氏度+40攝氏度之間，相對濕度低于 百分之九十五(溫度 25的時候)，并且在包含爆炸性氣體和甲烷混合物礦井之中安全的使用。 性能及主要技術(shù)參數(shù)： 電動機(jī)防爆型式：礦用隔爆型 防爆標(biāo)志：ExdI 電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表所示： 表4.2 YB315S-4 電動機(jī)參數(shù) 型號 額定功率 重量 額定電流 額定轉(zhuǎn)速 效率 功率數(shù) （kw） (kg) (A) (r/min) (%) cos YBS-400 400 300 87 1485 94 0.84 圖4.2 YB315S-4 電動機(jī)實(shí)物圖 4.3變頻器的選

35、型 變頻器是輸送帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要組成部分，它能不能正常、可靠的工作，它關(guān)系到了整套輸送帶的運(yùn)輸系統(tǒng)能否正常地運(yùn)行。經(jīng)對比之后，決定選用 QJR 系列的變頻調(diào)速裝置，該變頻器是礦用隔爆兼本安型的。該系列變頻器主要用于煤礦具有煤塵、瓦斯等爆炸環(huán)境中，作為交流異步電機(jī)的變頻調(diào)速。 該變頻器采用矢量控制技術(shù)，主要器件采用原裝進(jìn)口，保證了長期運(yùn)行的可靠性，并具有明顯的節(jié)能效果，適用于煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備。QJR 系列變頻器主要有以下特點(diǎn)： （1）軟啟動、軟停止。啟動/停止時間一句帶式輸送機(jī)機(jī)的長度任意可調(diào)，使帶式輸送機(jī)具備平滑的啟動特性，可取消液力耦合器，使電機(jī)與減速器可以直連。同時，

36、可以使用 S 型加速曲線進(jìn)行加減速，使得啟動更加平穩(wěn)，對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊減到最小。 圖4.3 變頻器 S 型加速曲線 （2）啟動電流小，對電網(wǎng)沖擊小。由于采用 S 型曲線加減速，對機(jī)械系統(tǒng)系統(tǒng)沖擊小，因此起動電流小，對電網(wǎng)的沖擊也非常小。 （3）起動轉(zhuǎn)矩大，實(shí)現(xiàn)重載起動。由變頻器調(diào)速裝置驅(qū)動下的電動機(jī)機(jī)械特性曲線，由曲線我們看到，在任何頻率下，電動機(jī)都具有非常好的機(jī)械特性。同時，在電機(jī)啟動時，即可達(dá)到 1.52 倍的額定轉(zhuǎn)矩。 （4）多機(jī)聯(lián)動及功率平衡。在膠帶輸送機(jī)多臺電機(jī)工作時，通過變頻器之間的 PID調(diào)節(jié)，調(diào)整對應(yīng)變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)多機(jī)的實(shí)時功率平衡。 （5）低速驗(yàn)帶。輸出頻率 0.5-50

37、Hz 連續(xù)可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行及電機(jī)可執(zhí)行的任意帶速工作。 （6）下運(yùn)控制。對于下行運(yùn)輸?shù)哪z帶輸送機(jī)以及乘人的鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)，可以選用四象限防爆變頻器，將下運(yùn)時的勢能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)，由電氣制動生成制動力矩。不僅解決了制動力矩不足時的“飛車”題，提高了系統(tǒng)的安全性，還達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。 （7）應(yīng)急工頻系統(tǒng)。大功率膠帶輸送機(jī)可選用應(yīng)急工頻系統(tǒng)，以保證運(yùn)輸系統(tǒng)的連續(xù)性。 （8）便于設(shè)備移動。由于采用真空熱管散熱技術(shù)，使設(shè)備可隨生產(chǎn)需要方便的進(jìn)行移動。 變頻器容量的選擇應(yīng)滿足變頻器的額定輸出容量 (4.3) 式中， U 最高頻率時電動機(jī)端電壓； I 單臺電動機(jī)最高頻率時的額定電流； N

38、電動機(jī)臺數(shù)； K 波形修正系數(shù)（取 1.051.1）。 上式表明，變頻器額定容量大于電動機(jī)組額定容量。由于高次諧波的影響，將使電動機(jī)的損耗增加，故加入波形修正系數(shù)K ，再乘以安全系數(shù) 1.1。 應(yīng)滿足變頻器的 60s 過載容量 (4.4) 式中， 同時起動的電動機(jī)臺數(shù)； 應(yīng)滿足變頻器額定輸出電流。 上式表明，本變頻器 60s 過載容量大于電動機(jī)組起動容量。 應(yīng)滿足變頻器額定輸出電流 （4.5） 式中，單臺電動機(jī)最高頻率時的額定電流。 上式表明，變頻器額定電流大于電動機(jī)組的額定電流，兩者相差一個安全系數(shù) 1.1和波形系數(shù)K 。 應(yīng)滿足變頻器允許的 60s 過載電流 (4.6) 式中，最高頻率時電

39、動機(jī)的起動電流； 單臺電動機(jī)最高頻率時的額定電流。 即變頻器 60s 過載電流大于電動機(jī)組的起動電流，兩者相差一個安全系數(shù) 1.1 和波形系數(shù)K 。 本系統(tǒng)中一臺滾筒由兩臺電動機(jī)驅(qū)動，所以上述公式中的 N 值應(yīng)取 2。在實(shí)際變頻器容量選擇中采取大于電動機(jī)一個等級的辦法。變頻器參數(shù)如表所示。 表4.3 變頻器參數(shù)表 輸送電壓 額定輸出功率 額定輸出電流 額定輸出電流 適配電機(jī) （V） （KW） （A） （A） （KW）660 500 480 500 400 4.4傳感器的選型（1）KBW-220L 礦用隔爆往復(fù)式拉繩開關(guān)。KBW-220L 礦用隔爆往復(fù)式拉繩開關(guān)具有獨(dú)立左右往復(fù)操作功能，自動鎖定

40、，手動復(fù)位，內(nèi)置 OMRON 開關(guān)，是理想的進(jìn)口替代產(chǎn)品。當(dāng)帶式輸送機(jī)（主機(jī)）工作現(xiàn)場發(fā)生設(shè)備事故時，人為拉動主機(jī)沿線任一本開關(guān)的繩索，均可啟動立即發(fā)出報警、停機(jī)信號，實(shí)行主機(jī)緊停，對設(shè)備和人身安全進(jìn)行保護(hù)?？蓪?shí)現(xiàn)往復(fù)式雙向拉動拉桿進(jìn)行操作。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 額定電壓：127VAC、200VAC 兩種兼容； 觸點(diǎn)容量：5A； 動作力矩：2N.m； 隔爆等級：EXdI； 污染等級：3 級； 工作環(huán)境：在符合安全標(biāo)準(zhǔn)的具有甲烷等爆炸性氣體的混合物礦井下，應(yīng)無顯著的動搖和劇烈沖擊振動； 可靠程度：無故障工作次數(shù)100000 次。 （2）KBW-220P 礦用隔爆兩級跑偏開關(guān)。KBW-220P

41、礦用隔爆兩級跑偏開關(guān)是一種用于檢測輸送機(jī)的跑偏量，當(dāng)跑偏量達(dá)到一定程度時，起到自動報警各停機(jī)的作用。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 額定電壓：127VAC、220VAC 兩種兼容； 觸點(diǎn)容量：5A； 動作力矩：35N.m； 角度組合：常規(guī)報警和停機(jī)為 12°、30°兩級動作角度； 隔爆等級：EXdI； 接點(diǎn)輸出：常開、常閉兩組任。 （3）KBJ-220Y 隔爆打滑(欠速)開關(guān)。KBJ-220Y 隔爆打滑(欠速)開關(guān)采用非接觸方式，通過 CPU 集成電路控制，安裝在被動滾筒的側(cè)面，對帶式輸送機(jī)帶速進(jìn)行檢測，當(dāng)皮帶打滑時給予警告和連鎖停機(jī)信號。有一級輕度打滑報警、二級重度打滑自動報警、

42、停機(jī)功能，打滑率和測速延遲均為可調(diào)，是理想的進(jìn)口替代產(chǎn)品。當(dāng)監(jiān)測到當(dāng)前轉(zhuǎn)速信號低于或高于正常轉(zhuǎn)速范圍時，開關(guān)輸出一組開關(guān)信號，以供報警或停機(jī)。無運(yùn)動部件、無磨損、安全壽命長，一體化結(jié)構(gòu)，集成電路控制制定或故障檢修簡單。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 額定電壓：127VAC、220VAC、24VDC 三種； 檢測帶速范圍：0.19.9m/s； 檢測轉(zhuǎn)速范圍：03000rpm； 隔爆等級：EXdI； 開關(guān)與目標(biāo)距離：212mm，最佳距離為 8mm； 探測指示器：當(dāng)目標(biāo)在傳感器的范圍內(nèi)時，LED 發(fā)亮，有助于調(diào)整傳感器位置、檢測傳感器或檢查接線故障。 （4）KBA 防爆按鈕開關(guān)。KBA 防爆按鈕開關(guān)采用鋼結(jié)

43、構(gòu)外殼，外殼采取靜電噴塑工藝(銀灰色)，美觀大方。開關(guān)設(shè)計將低的行程和高的觸覺反饋結(jié)合在一起，滿足了手套感覺不同的要求。杠桿按鈕柄凹去的阻擋層可增強(qiáng)手指的定位并有助于防止在一次按壓時兩個相鄰的部件無意的動作。停止按鈕和啟動按鈕有明顯不周的觸感，同時隨開關(guān)另附鎖定鎖，防止維修時發(fā)生意外。尤為適合各種嚴(yán)酷的環(huán)境，諸如礦山、倉庫、港口的爆炸性氣體環(huán)境中使用，特別適用于煤礦井下使用。工作電壓等級 220VAC，觸點(diǎn)容量為 5A，每只按鈕內(nèi)獨(dú)立的一對常開觸點(diǎn)，一對常閉觸點(diǎn)。 （5）BZL-220B 隔爆縱向撕裂保護(hù)裝置。BZL-220B 隔爆縱向撕裂保護(hù)裝置。膠帶輸送機(jī)在有載運(yùn)行過程中，物料有時會混入金

44、屬利器等雜物。當(dāng)其隨輸送帶運(yùn)行時，可能全穿透輸送帶，從而造成長距離撕裂?？v向撕裂保護(hù)裝置是防止皮帶不撕裂或少撕裂的裝置，是保護(hù)膠帶輸送機(jī)安全運(yùn)行必不可少的設(shè)備。 其技術(shù)指標(biāo)如下所示： 觸點(diǎn)容量：電壓：380VAC，50Hz，10，5A； 感知器工作電壓：12VDC； 輸出信號延時范圍：160s； 可調(diào)觸點(diǎn)數(shù)量：1 組常開，1 組常閉； 工作電源：控制箱為 220VAC； 防護(hù)等級：ExdI； 感知器：常規(guī)一控制箱配 4-6 支感知器。 （6） KBZ-220 隔爆型位置開關(guān)。KBZ-220 隔爆型位置開關(guān)是膠帶輸送機(jī)的重要保護(hù)裝置之一，采用接近開關(guān)，具有優(yōu)良的防隔爆的獨(dú)立操作及正確無誤的電氣性

45、能，當(dāng)物體接近于限位開關(guān) 310mm 左右時，常開觸點(diǎn)閉合，立即發(fā)出報警、停機(jī)信號，實(shí)行主機(jī)緊停，對設(shè)備和人身安全起到保護(hù)作用。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 額定電壓：127VAC、220VAC 兩種兼容； 工作電壓：220VAC； 觸點(diǎn)容量：220mA； 接近距離：310mm。5系統(tǒng)電路圖5.1皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)框圖皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng) 現(xiàn)場監(jiān)控和報警 遠(yuǎn)程監(jiān)控和報警皮帶縱撕檢測皮帶跑偏檢測數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)報警顯示遠(yuǎn)程控制趨勢曲線顯示現(xiàn)場工況狀態(tài)顯示輸送機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)場控制輸送機(jī)系統(tǒng)工況顯示皮帶欠速檢測 圖5.1 皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)框圖5.2電氣原理圖 通過斷路器 QF 控制主電路供電，供電電路通過熔斷器FU 向系統(tǒng)供電，以防止電流過大對電機(jī)造成的損壞。滾筒主電機(jī)可以分為工頻和變頻運(yùn)行兩種工作方式。當(dāng)滾筒主電機(jī)變頻運(yùn)行時，交流接觸器 KM1 吸合，主電路向變頻器的 A1、B1、C1 端供電，變頻器輸出端 U、V、W 分別連接交流接觸器 KM3 的主觸點(diǎn)。當(dāng)滾筒主電機(jī)工頻運(yùn)行時，交流接觸器 KM1 斷開，KM2 吸合。交流接觸器 KM3控制主電路向滾筒主電機(jī)供電。 圖5.2 電氣原理圖 變頻器在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，它可以有效的降低電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，增加啟動轉(zhuǎn)矩，并起到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)能減耗等作用，是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。該