基于動態負荷預測的皮帶輸送機控制系統

采用無速度傳感器矢量控制的防爆變頻器與交流異步電機構成交流變頻拖動,是目前符合井下皮帶輸送機拖動要求且價格適中的最佳拖動設備。皮帶輸送機的負載一般都是不固定的,皮帶的恒速運行會造成極大的浪費。特別在煤礦,煤的產量是極不均勻的,皮帶運輸系統的運煤量也是不均勻的,在負載較輕或無負載時,皮帶輸送機系統的髙速運行對機械傳動系統的磨損浪費較為嚴重,同時電能消耗也比低速運行時大的多,而且此時機械和電能的消耗是無用的。因此,有必要研究開發皮帶輸送機智能控制系統,實現皮帶機自動調速智能控制。這一研究可充分發揮設備潛能,提高礦井自動化控制水平,并且可大大節約電能,同時降低皮帶運輸系統的設備損耗,延長設備的使用壽命。

控制系統硬件構成

皮帶輸送機控制系統由變頻器、執行電機、控制裝置和負載電流檢測等組成。控制裝置由可編程邏輯控制器PLC、A/D及D/A轉換模塊等組成,其中變頻器由隔爆殼主腔、隔爆接線腔、本安控制腔、變頻調速控制系統、程序參數控制器組成,控制裝置由可編程邏輯控制器PLC、AD及D/A轉換模塊等組成。負載電流信號來源于各驅動皮帶機變頻器的電流反饋信號21,硬件框圖參見圖1。

煤礦井下皮帶輸送機系統多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動,每個驅動滾筒由單一的1臺電機拖動。PLC可實現功率平衡、起動信號給定、速度控制與給定、與其他控制器通訊、數據采集和集控等功能。變頻器具有故障自診斷及反饋、運行狀態反饋、電流反饋、無速度傳感器矢量控制、加減速時間、S型曲線任意可調等功能與特點。另外,變頻器還具有PID控制器選件和工/變頻轉換系統。

具體硬件組成為:①控制裝置:FX2N-32MT、X2N-4AD、FX2N-4DA;②變頻器:ZJT-30隔爆兼本安變頻調速裝置ⅹ4;③交流異步電機:200kW×4。

系統控制方案

(1)采用ZT-30隔爆兼本安變頻器對本級和前級皮帶輸送機的4臺交流電機進行驅動控制,變頻器可實現電機的軟起動與軟停車。

(2)選用三菱公司的FX2N系列PLC(FX2N32MT)及A/D、D/A(FX2N-4AD、FX2N-4DA)模塊組成控制裝置。通過動態負荷預測實現皮帶機根據負載的大小進行實時變頻調速,使皮帶機以最大負荷狀態運行。由PLC通過A/D模塊集中采集本級和前級皮帶輸送機4臺驅動電機的負載電流信號(變頻調速裝置的電流信號),經控制軟件處理、計算后,由D/∧A模塊輸出控制頻率信號,控制變頻器以相應的頻率驅動皮帶輸送機,完成皮帶運輸系統的自動變頻調速控制。即在皮帶機智能控制系統正常運行情況下,當負載變大時,皮帶機很快加速運行,達到期望的速度后穩定運行;當負載變小時,皮帶機很快減速,達到期望的速度后穩定運行;空載時皮帶機以最低轉速運行。

(3)系統的控制采用防爆控制箱遠程控制,同時具有皮帶帶速顯示、報警、自動/手動切換及驗帶功能,手動控制保證控制器在故障情況下的運行,驗帶功能實現運輸機的低速驗帶。

(4)變頻調速裝置具有網絡通訊功能,可實現遠程監測與控制。