株洲新时代输送机械有限公司
摘要:刮板输送机作为一种常用的物料输送设备,在矿山、港口、电厂等领域具有广泛的应用。然而,传统的固定转速驱动方式存在能耗高、设备寿命短、运行稳定性差等问题。因此,对于刮板输送机的变频驱动方案进行优化设计和研究,具有重要的理论和实际意义。本文将探讨刮板输送机变频驱动方案的优化设计与研究。
关键词:刮板输送机;变频驱动方案;设计
引言
刮板输送机是一种常用的物料输送设备,广泛应用于矿山、冶金、化工等行业。传统的刮板输送机通常采用定速电机驱动,无法根据物料负荷和工作条件进行灵活调节,导致能源浪费和设备损耗。为了提高刮板输送机的运行效率和节能性能,越来越多的研究关注于采用变频驱动技术来优化设计。变频驱动技术是一种通过改变电机的转速和输出功率来实现对输送机运行的精确控制的方法。通过变频器对电机的电压和频率进行调节,可以实现刮板输送机的无级调速,满足不同负荷和工况下的要求,降低能耗和损耗,提高运行效率。本文旨在对刮板输送机变频驱动方案的优化设计与研究进行探讨
1变频驱动优化方案设计
为了应对不同负载情况下的驱动变化,通过接入变频器调节电动机输入电流,进而达到调整输入功率的目的,可实现动态负载下的功率平衡。图1为刮板输送机的变频驱动优化方案控制原理示意图。刮板输送机头部位置的两个电动机可看作1个等效电机。为了控制头部位置与尾部位置的电动机,接入变频器1与变频器2,PLC控制器向变频器分别发出控制指令,并且根据电动机实时反馈的电流值识别负载变化,PLC控制器可快速调整给定参数,实现对电动机的调速控制。
2硬件设计
可更换的PLC比较DX-MA01控制器作为基本系统控制器DX-MA01控制器是高度集成的控制器,具有不同的输入和输出,DX-MA01控制器的内部核心处理器使用150MHz处理器、4 MB + 80 kB内存和4 MB + 80 kB闪存/输出端口,控制器的通信端口旨在满足可变频率目标控制器安装在引擎中并从引擎接收电信号,为PLC控制电源传感器的选择提供了基础。在灰尘和潮湿环境中,选择高精度的宽量程CSNR16I传感器,根据运行要求和条件选择系统速度传感器型号NJ4-12gm40-E、n4-12gm40-e三向感应式温度传感器的工作电压为DC24V±2.4V,工作电流为200mA。
3启动过程变频驱动优化设计
煤矿刮板输送机通过变频驱动控制实现空载启动和重载启动控制调整效果。具体控制中,变频驱动可通过改变机头和机尾电机启动电流来实现机头和机尾电机功率动态平台效果。PLC控制器在控制变频器实现1/2转速调节时,其可采用抗积分饱和PID控制算法对变频器进行控制,为避免变频器驱动控制系统出现反向偏差情况下控制对象和执行机构之间控制执行指令不一致情况,需通过传感器对机头和机尾处的电动机运行参数进行采集分析,所采集的参数在经过PLC分析计算后,根据数据库中预定参数合理发出控制指令,调整机头或者机尾处电机的输出功率,保障机头和机尾处电机功率平衡效果。具体设计中,PLC控制器采用S7-400型控制器,电流传感器则采用CSNR16I型高精度电流传感器,速度传感器采用NJ4-12GM40型三线制电感式速度传感器。在启动过程中,PLC通过抗积分饱和PID控制算法实现机头和机尾处的电机转速调整。具体控制则采用机头和机尾处电机运行中电流平均值作为控制参数,比对机头电机和机尾电机之间的电流平均值偏差和负载转矩比来实现电机功率平衡调整效果。
4电流信号检测电路
在刮板输送机变频驱动控制系统中,电机运行电流的检测是控制系统指令的关键要素和内容。为了保证检测到的电气数据信号的稳定性和可靠性,必须采用合适的电流传感器,并将其转换为数字信号以供PLC控制器识别。考虑到三相系统中的电流总和为零,可以直接将电气信号连接到PLC控制系统的ADC接口上。在这种情况下,可以通过两个阶段来实现第三个电流检测电流的大小。在实时监测电动机的电气值方面,可以使用LT208-S7电流传感器,该传感器适用于煤矿等复杂工作环境,并提供基本的安全设备。通过使用可靠的电流传感器和适当的信号转换,可以确保电机运行电流的准确检测和控制。这对于刮板输送机变频驱动控制系统的正常运行和安全性至关重要,同时也有助于提高系统的效率和节能性能。
5稳态过程变频驱动方案设计
基于Canopen通信模式的稳态过程变频驱动方案设计中,包括应用层、对象词典和通信接口三个部分。这种通信模式通过总站对从站进行状态监测和即时控制,并实现从站的参数配置和特殊功能对象预定义等功能,以满足设计需求。具体设计中,采用S7-400型PLC控制器与变频器之间的Canopen通信模式进行数据交互。首先,PLC实现变频器和通信模块的初始化操作,确保系统正常运行。然后,进行系统通信模块中PDO变量的映射配置,为PDO变量创建读写指令模块,并通过Swap命令实现PDO原始数据的字节转换。完成上述配置后,PLC控制器通过Canopen通信模式向变频器发送控制指令,允许变频器正常运行并启动刮板输送机。当变频器返回的故障代码为无故障代码时,PLC控制器正常采集刮板输送机机头和机尾处电机转矩、转速、电流值等参数,实现电机的功率平衡控制。如果变频器返回的故障代码为有故障代码时,PLC及时向变频器发出停止运行的控制指令,并等待故障排除后重新上电运行。通过基于Canopen通信模式的稳态过程变频驱动方案设计,PLC控制器能够实现对变频器的控制和监测,确保刮板输送机的稳定运行。这种设计能够提高系统的可靠性和安全性,同时实现对电机各参数的精确控制,从而优化刮板输送机的运行效率和节能性能。
6显著改善设备运行稳定性
使用变频调速系统后,可以根据系统设置的曲线执行软起动。启动过程在设备的整体冲击上有了很大的改善,由于设备运行稳定性较高,设备运行稳定性大大降低,系统前交通工具故障平均每年减少7次,在使用该系统大约6.5h后,运输工具故障平均每年减少2次,在两组数据的比较中,大约3.5h是明显的, 采用变频调速系统,大大降低了交通工具的故障率,提高了稳定性,为煤矿的顺利开采提供了坚实的基础。
7变频控制系统
在刮板输送机开始运行时,对电动机的控制是基于电流均值的直接转矩来实现的。输送机首部与尾部的电动机定子电流分别用i1和i2表示,通过i1和i2的数值变化可反映出电动机负载转矩的波动,依据负载转矩比与标准值的差值对电动机转速进行调节,保证刮板输送机首部与尾部电动机功率平衡。刮板输送机首部与尾部的电动机运转需设置合理的启动时间,如果机器首部与机器尾部的电动机启动时间差太小,会使得机器首部电动机的输出功率比尾部电动机输出功率大,如果机器首部与机器尾部的电动机启动时间差太大,会使得机器首部电动机的输出功率比尾部电动机输出功率小。
结束语
所设计的变频驱动系统应用于矿井的划痕,调试后发现性能良好。通过实际数据对比,发现该系统的成功应用大大提高了设备运行稳定性,为煤矿企业创造了良好的经济效益。
参考文献
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