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烘干攪拌輸送新聞動態(tài)

 

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鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)隔爆兼本安四象瞑變頻控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

發(fā)布時間:2015-06-30 10:17    來源:未知

0、序言
    由于鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)(以下簡稱“鋼帶機(jī)”)既可運(yùn)人又可運(yùn)煤,應(yīng)用靈活,所以在我國廣泛應(yīng)用于煤礦井下的運(yùn)輸。傳統(tǒng)的鋼帶機(jī)電控系統(tǒng)一般都是采用直流調(diào)速系統(tǒng),而直流調(diào)速系統(tǒng)由于技術(shù)本身的原因是無法實現(xiàn)防爆,按照煤礦安全規(guī)程第四百四十條的要求,不能用于井下使用。因此,急需解決井下鋼帶機(jī)的防爆拖動問題,以滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求。
1、拖動控制系統(tǒng)的要求
    鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運(yùn)輸設(shè)備。在大型鋼帶機(jī)多電機(jī)多滾筒的拖動系統(tǒng)中,拖動方式以直流拖動、交流繞線電機(jī)串級調(diào)速、交流繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速拖動等為主,顯然上述方法很難防爆要求。  、
    鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)對拖動技術(shù)的特殊要求:
    ·起動平穩(wěn),可滿載起動;
    ·調(diào)速方便,可實現(xiàn)運(yùn)人、運(yùn)料、驗繩等多種速度;
    ·負(fù)力提升時能自動進(jìn)入電氣制動運(yùn)行狀態(tài),再生能量通過回饋電網(wǎng)實現(xiàn)電氣制動;
    ·處理事故或檢修時可逆運(yùn)行;
    ·必須設(shè)置可靠的各種安全保護(hù)裝置;
    ·維護(hù)量小。
    本系統(tǒng)采用隔爆兼本安四象限變頻四控制。
2、系統(tǒng)組成、原理及特點
    本系統(tǒng)由拖動部分、控制部分及相關(guān)傳感器等組成。
2.1  拖動部分的原理及功能
    在本系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是拖動部分,而變頻器是拖動部分的核心。系統(tǒng)設(shè)計采用無速度傳感器磁通矢量控制的變頻器。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
2.1.1磁通矢量控制
    本系統(tǒng)變頻器采用SPWM磁通矢量控制方式。實現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機(jī)上安裝精密的測速裝置,但在井下鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)上安裝測速裝置是很困難的,同時會增加系統(tǒng)的維護(hù)量。SPWM磁通矢量控制無需專門的測速裝置,其基本控制思想是根據(jù)輸入電動機(jī)的參數(shù),按照一定的關(guān)系式分別對作為基本控制量的勵磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測,并通過控制電動機(jī)定子繞組電壓的頻率使勵磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流的指令值達(dá)到一致,并輸出轉(zhuǎn)矩,從而實現(xiàn)矢量控制。采用SPWM磁通矢量控制的變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機(jī)相匹配,而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,以保證在低頻運(yùn)行時額定轉(zhuǎn)矩的輸出。
2.1.2  軟起動、軟停車
    軟起動、軟停止特性是鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的首選目標(biāo)。鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時具有極大的慣性,起動加速度與停車減速度的值越大,在機(jī)械系統(tǒng)上儲存的能量就越大,而釋放這些能量就會對輸送機(jī)機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生極大的沖擊。本系統(tǒng)的起動、停止時間是任意可調(diào)的,也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調(diào)。同時為了平穩(wěn)起動,匹配其具備的S型加減速曲線,這樣可將鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)起停時產(chǎn)生的沖擊減至最小。
2.1.3平穩(wěn)的重載起動
    鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)在輸煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動,因此,必須考慮“重載起動”能力。由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式,低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出1,5-2倍額定轉(zhuǎn)矩,適于“重載起動”。
    由圖2,可以看出變頻器拖動電動機(jī)在任何頻率下(即任何速度下),其機(jī)械特性曲線基本保持一致。
2.1.4自動回饋制動
    當(dāng)系統(tǒng)處于負(fù)力運(yùn)行時能自動進(jìn)入回饋制動運(yùn)行狀態(tài),此時的整流器處于逆變狀態(tài),向電網(wǎng)回饋能量,在負(fù)力提升的狀態(tài)下實現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制,而且可以節(jié)省能量。
    本系統(tǒng)的整流橋為可控整流橋,當(dāng)系統(tǒng)處于負(fù)力運(yùn)行時,電機(jī)將發(fā)電運(yùn)行,而電網(wǎng)成為了負(fù)載。此時,原逆變橋?qū)⒆鰹檎鳂蚬ぷ鳎鳂騽t做為逆變橋工作。由于AFE的技術(shù)與相位跟蹤技術(shù)的應(yīng)用,變頻控制系統(tǒng)可使回饋波形與電網(wǎng)波形保持一致,而相位相反,從而實現(xiàn)再生能量的回饋制動。
2.1.5實現(xiàn)無級調(diào)速
    鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī),不僅可實現(xiàn)運(yùn)人、運(yùn)料、驗繩等多種速度,而且可實現(xiàn)無級調(diào)速。變頻器可調(diào)整電機(jī)于5%~100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速長期工作,并且在任意速度下均可提供額定轉(zhuǎn)矩。由于采用了PLC控制,它可以檢測本膠帶機(jī)和上一條膠帶機(jī)的負(fù)荷,然后根據(jù)負(fù)荷的大小,控制膠帶機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣可大大節(jié)約電能,同時降低鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)設(shè)備的損耗,延長使用壽命。
    平煤十礦鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī),不僅可以通過“運(yùn)行方式”選擇“運(yùn)煤”、“運(yùn)人”或“驗繩”以達(dá)到不同的速度設(shè)定,還提供了無級調(diào)速接口以供現(xiàn)場需要進(jìn)行調(diào)速。
2.1.6可任意調(diào)整加、減速度
鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī),要求起動平穩(wěn),并可滿載起動。為減少機(jī)械沖擊與電機(jī)容量,要求加、減速度要小于0.2m/s2;同時為防止起動時瞬時打滑,要求等加速起動。
    變頻器的加減時間可分別任意調(diào)整(0.1-9999秒),故加減速度可以根據(jù)需要任意設(shè)定,滿足鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī)電力拖動的特殊要求。
2.1.7保護(hù)和故障自診斷.
    變頻器具有完善的保護(hù)功能,以保障電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。如:過壓、欠壓、過流、過熱、短路、接地、三相不平衡、缺相等保護(hù)功能,不僅能保留10次故障代碼,還能保存相應(yīng)的故障參數(shù)。
2.1.8散熱功能
    通用變頻器在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用,但由于大功率器件的散熱問題一直未能得到解決,而沒有在煤礦井下得到廣泛的應(yīng)用,本系統(tǒng)很好的解決了大功率器件的散熱問題,在煤礦井下投入使用取得了很好效果。
2.1.9特殊措施
    針對礦山應(yīng)用的特殊環(huán)境,隔爆變頻器除了在箱體結(jié)構(gòu)方面采取了相應(yīng)的防爆、防潮、防滴水措施外,在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙,在控制回路方面,所有的控制板均涂抹多遍三防漆。
2.2控制部分原理及功能
    控制部分由PLC控制箱、操作控制臺組成,其配置圖如圖3所示。
2.2.1  隔爆兼本安型PLC控制箱
    1)膠帶邊緣線速度等同控制
    平煤十礦鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)系統(tǒng)采用四臺電機(jī)驅(qū)動。為了保證其同步性,要求四臺電機(jī)應(yīng)同步起動停車,在某一電機(jī)或驅(qū)動系統(tǒng)故障時能系統(tǒng)停車。為了使系統(tǒng)更好的工作,自動調(diào)整四臺電機(jī)之間的微小速度差,由PLC調(diào)整四臺隔爆變頻器的速度給定及頻率給定增益,保證四臺電機(jī)之間的功率平衡以及膠帶邊緣線速度等同。
    2)動態(tài)功率平衡
    在保證膠帶邊緣速度等同的前提下j可以通過PLC控制系統(tǒng)采樣四臺隔爆變頻器的電流值,再通過調(diào)整四臺電機(jī)的速度來使四臺電機(jī)電流值逐步趨于平衡,形成一個動態(tài)的功率平衡系統(tǒng)。
    31膠帶機(jī)的保護(hù)
    膠帶機(jī)具有繩脫槽保護(hù)、帶脫槽保護(hù)、斷繩保護(hù)、乘人上下越位保護(hù)(兩極雙保護(hù))、電機(jī)的溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)、煤倉堆煤保護(hù)、超溫超塵灑水等保護(hù)功能。
2.2.2本質(zhì)安全型操作集控臺
    操作集控臺具有設(shè)備操作及顯示功能。設(shè)備操作:操作方式選擇、速度設(shè)定、起停膠帶輸送機(jī)、可逆運(yùn)行等;在操作臺實時顯示四臺電機(jī)的電流、電壓、速度、故障保護(hù)狀態(tài)和斷繩、上行下行越位、張緊狀態(tài)、煤倉煤位、堆煤、打滑、溫度等保護(hù)。
    1)操作方式:
    考慮到用戶現(xiàn)場的需要及方便使用,本系統(tǒng)只分為正常操作方式和檢修操作方式,以便簡化用戶的操作。
    并可在系統(tǒng)故障狀態(tài)下,可以實現(xiàn)三機(jī)運(yùn)行或雙機(jī)運(yùn)行。
    2)速度設(shè)定:
    根據(jù)用戶現(xiàn)場的實際負(fù)載及工況要求,用戶可選擇“運(yùn)物”、“運(yùn)人”、“驗繩”及“無級調(diào)速”四種調(diào)速方式,以適應(yīng)不同的負(fù)載情況。
    3)可逆運(yùn)行:
    應(yīng)用過程中,尤其是檢修時,需要膠帶輸送機(jī)反轉(zhuǎn),本系統(tǒng)可以通過改變變頻器中IGBT的導(dǎo)通順序?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機(jī)的可逆運(yùn)行,
    4)內(nèi)置溫度巡檢儀,實現(xiàn)超溫保護(hù):
    操作臺內(nèi)置8通道溫度巡檢儀,實時檢測電機(jī)、電機(jī)軸承、減速器、主滾筒軸承等部位的溫度檢測,實現(xiàn)超溫報警功能。
    5)實現(xiàn)開車語音預(yù)警
    6)實現(xiàn)兩條牽引鋼絲繩的張力調(diào)節(jié)
    7)故障自診斷功能
    網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障自診斷;
    軸編碼器的故障自診斷;
    -保護(hù)發(fā)生的位置的診斷等。
2.3保護(hù)系統(tǒng)及傳感器
    由于本系統(tǒng)各種保護(hù)的數(shù)量多,如果每個傳感器采用電纜直聯(lián),不僅要耗費較多的電纜、增加工程施工量,也不利于系統(tǒng)的檢修和維護(hù)。因此,本系統(tǒng)的傳感器采用現(xiàn)場總線型,只需敷設(shè)一根三芯屏蔽電纜,通過總線將所有的保護(hù)和傳感器納入網(wǎng)絡(luò)。
    本系統(tǒng)具有就地急停及啟動確認(rèn);超速保護(hù)、打滑保護(hù);斷繩保護(hù)、繩脫槽保護(hù)、帶脫槽保護(hù)、沿線停機(jī)保護(hù);滿倉、堆煤保護(hù);機(jī)尾重錘限位保護(hù);煙霧保護(hù);超溫灑水和防塵灑水保護(hù)等。
    由于乘人越位保護(hù)的重要性,因此,上下各設(shè)兩級乘人越位保護(hù)點,實現(xiàn)越位的兩級保護(hù),以保障人員的安全。
    本系統(tǒng)還設(shè)有語音報警功能,在上下乘人區(qū),均設(shè)立語音報警箱。開車前語音報警裝置能發(fā)出語音報警信號。
3、結(jié)論
    本系統(tǒng)經(jīng)過一年的運(yùn)行,運(yùn)行效果良好,滿足了平煤十礦的生產(chǎn)要求,安全性能大大提高,節(jié)能效果顯著。現(xiàn)已在平煤十三礦、平煤六礦推廣使用。
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