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皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文(已修改)

2025-07-02 02:36 本頁面
 

【正文】 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文目 錄1 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)概況 1 1 1 22 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能方案 4 4 6 8 10 10 10 113 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)總設計 12 13 14 PLC控制系統(tǒng)控制要求 14 154皮帶硬件資源配置 16 PLC選型 17 S7300PLC系統(tǒng)組成 17 S7300PLC模塊選型 17 18 19 20 21 ACS800變頻器參數設定 21 23 24 NJGC耐壓式全封閉稱重給煤機 255皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)接線 26 26 PLC與ACS800變頻器通訊 326皮帶節(jié)能系統(tǒng)軟件設計 33參考文獻 48英文原文 49致 謝 58中國礦業(yè)大學2012屆本科生畢業(yè)設計1 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)概況企業(yè)預計年運煤量為50萬噸/年,主斜井皮帶運輸機主要承擔簡單處理后的原煤運輸的任務,井口房10/、井下應急排水泵 、空氣加熱室、控制、照明等負荷配電的任務。皮帶相關數據:輸送距離大約為950m,,帶速2m/s,傾角接近,運量600T/h,最大張力18N,膠帶型號ST2000,強度2000N/mm,,托滾直徑108mm,電機功率為315KW2/660V,1485轉/分,減速器ZSY45040,速比:40,制動器型號YM400,逆止器型號DSN050,逆止力矩55000Nm,驅動滾筒直徑1m,驅動機布置方式為雙滾筒雙電機,自動絞車拉緊6m。以往運煤皮帶的電機一直處于恒定轉速運行,但是負載不是始終處于滿載的狀態(tài),根據電機控制的節(jié)能要求說明恒轉速運行會有電能損耗,所以,企業(yè)希望通過檢測負載變化并根據負載變化調節(jié)變頻器的頻率,從而控制電機的轉速。企業(yè)對于皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)的功能要求主要是:(1)能夠根據負載的大小來實時的控制拖動電動機加速或減速,使皮帶機處于最佳的運行狀態(tài),并且此系統(tǒng)能夠適應煤量隨時間變化較頻繁的情況;(2)能夠實時的監(jiān)控并累計皮帶機運煤量,為企業(yè)生產提供參考;(3)能夠對皮帶有完善的故障保護功能,使操作人員能及時的發(fā)現故障來源并處理。國內外對軟啟動裝置進行研究的主要目的是要求驅動系統(tǒng)能夠提供可調、平滑而無沖擊的啟動力矩,以減少動張力,改善輸送帶及整機的受力狀況,在多臺電機驅動的情況下,使各驅動裝置之間能夠達到功率基本平衡。目前國內出現的驅動裝置有以下幾種:(1)調速型液力耦合器 調速型液力耦合器以液力為介質,通過電控系統(tǒng)調節(jié)勺管的移動,改變傳遞動力液體的流量,達到改變輸送機速度的目的,~。工作中,通過檢測每臺電動機的負荷電流來控制勺管的位置以達到均衡功率的目的。但他的工作效率低,有3%~5%的功率損耗,同時調速型液力耦合器的體積大,控制反應慢,顯效時間長,精度差。(2)限矩型液力耦合器 限矩型液力耦合器除了其啟動特性不可控外,其優(yōu)缺點和調速型液力耦合器基本相同,但其體積較調速型液力耦合器要小。另外國內已經開發(fā)了加長后輔腔,加大側輔腔的帶式輸送機專用液力耦合器,能使帶式輸送機啟動時間加長。盡管啟動特性不可控,但大量實踐證明,其啟動性能對一般的帶式輸送機已能完全滿足要求,而且維護簡單,投資較低。(3)液體粘性軟啟動裝置 液體粘性啟動是利用液體的粘性,即油膜剪切力來傳遞扭矩的新型機電液可控調速裝置。該裝置通過改變工作油壓來調節(jié)油膜厚度,從而達到改變輸出轉速和轉矩的目的??梢詫崿F軟啟動、功率平衡、慢運行、過載保護等功能,傳動比可達1:1。調速范圍為10%~100%,在調速過程中存在滑差和功率損失,此時需要增加水冷卻系統(tǒng)。(4)變頻調速驅動裝置 交流變頻調速驅動裝置具有很好的可控啟動和可控制動特性,啟動時間可在1~3600s范圍內任意設定,而且低速運行時輸出扭矩大,因此可以實現重載啟動,多機驅動時功率平衡性能好,電機啟動電流小,可以實現就地和遠程控制。 變頻調速驅動裝置相對于液力耦合器具有節(jié)能效果,主要體現在兩個方面:(1) 提高了系統(tǒng)功率因數 通常情況下,煤礦使用的電機在設計過程中放的裕量比較大,工作時絕大部分不能滿載運行,電機工作于滿電壓、滿速度而負載經常很小,也有部分時間空載運行。而電機只有接近滿載時效率最高、功率因數最佳,輕載時降低,造成不必要的電能損失。這是因為輕載時定子電流有功分量很小,主要是勵磁的無功分量,因此功率因數很小,因此功率因數很低。采用變頻器驅動后,大大節(jié)省了無功功率;(2) 提高系統(tǒng)效率 采用變頻驅動,電機與減速器之間是直接硬聯(lián)接,中間減少了液力耦合器這個環(huán)節(jié)。而液力耦合器是通過液體來傳動,比硬聯(lián)接的傳動效率要低得多,因此采用變頻器驅動后,系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅動效率要高5%~10%。合理的變頻調速系統(tǒng)不僅可以使系統(tǒng)速度同步、電機力矩平衡,而且可以達到節(jié)能、延長電機使用壽命的目的。采用兩臺全數字、矢量控制型變頻器,分別向兩臺電機供電,同時完成對電機起動、調速等控制過程。本設備具有如下特性:(1) 減少無功輸入,降低供電容量(2) 具有完美的輸出性能單元串聯(lián)脈寬調制疊波輸出,大大削弱了輸出諧波含量,輸出波形幾近完美正弦波,具有以下優(yōu)點:無需輸出濾波裝置;可以驅動普通電動機,而不會增加電機升溫,降低電機容量;保護電機絕緣不受dv/dt 應力的損害;不會因為諧波力矩而降低設備使用壽命;優(yōu)勢:無機械旋轉部件,長期運行穩(wěn)定可靠,軟件升級容易;(3)同步運行和自動功率平衡的實現兩臺變頻器都設為雙機運行,并且其中一臺設為主機,另一臺設為從機,當兩臺變頻器都具備起動條件后,變頻器的開機操作有效;變頻器運行后,主機按給定頻率運行,另一臺跟隨運行,兩臺變頻器各自實時檢測輸出電流、電壓等參數,經過內部運算獲得電機的轉差率、轉速、功率等,這時從變頻器再與主控變頻器的相應運行參數進行比較,獲得兩機的運行偏差信號,經從機CPU運算后輸出新的PWM控制信號,來調整從機的輸出頻率和功率,以實現變頻器的同步運行和自動功率平衡。(4)靈活的控制方式本地控制:通過柜門按鈕直接控制,為主要控制方式;遠程I/O控制:通過變頻器內置接口板的I/O接口,與遠程開關量信號相連,實現遠程控制;上位控制:隔離RS485接口,采用標準MODBUS通訊規(guī)約,可與DCS等上位系統(tǒng)連接,優(yōu)化協(xié)調控制。(5)五種頻率給定方式通過主界面直接給定;由模擬信號(0~10V或4~20mA信號)給定;由上位機通過RS485端口給定;多檔速度給定,適合于周期性變化工況;閉環(huán)運行時,由內置PID通過計算自動給定。(6)AVR電壓自動調整功能變頻器根據電壓反饋,自動調節(jié)輸出電壓,使其不受電網電壓和負載變化的影響,保護電機免受因長期電壓過高而導致的絕緣損傷或磁密過高而引起的鐵芯過度發(fā)熱。(7)PID功能 內置全數字PID,可根據用戶要求進行閉環(huán)控制,實現恒壓、恒流運行。(8)限流功能 當變頻器輸出電流超過設定值,變頻器將自動限制電流輸出,避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護,最大限度減少停機次數。(9)自診斷功能 變頻器具有完善的自我診斷能力,在線監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。故障發(fā)生時,變頻器自動采取相應保護措施,并保存故障發(fā)生的時間、原因、故障點,可幫助維護人員迅速找到故障原因,排除故障。(10)變頻器保護功能變頻裝置系統(tǒng)有過壓、過流、欠壓、短路、過載、過熱、缺相等保護功能。變頻器可與皮帶機綜合保護裝置如煙霧、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、縱向撕裂、急停等對接,并完成各項安全保護性能。(11)瞬時停電跟蹤功能電網瞬時停電時,變頻器控制電機處于發(fā)電狀態(tài),維持減速運轉,若電網恢復正常,變頻器立即回復至原運行狀態(tài)。維持時間100ms。(12)其它特性高效率,系統(tǒng)總效率高達96%以上 ;控制電源雙路供電 ;寬廣的輸入電壓范圍,更適合國內電網條件 ;快速制動功能 ;共振頻率回避功能 ;可根據用戶要求作特殊設計 ;自動、手動、檢修速度給定值控制;起動防沖擊控制(“S”化曲線給定),在啟動制動的過程中使皮帶抖動最小,加、減速度變化率≤;具有過電流、堵轉、過速、絕緣檢測等幾十種完善的保護;具有很好的堵轉特性,堵轉電流可以隨意設定,并且實際電流值不會超過設定值;具有強大的內部軟件故障以及外部線路故障的診斷功能,在診斷到故障的情況下,裝置首先自動停止工作,防止故障進一步擴大,同時,進行準確的故障報警;皮帶機沿線的通話功能,在沿線檢修或循檢時發(fā)現問題可以通過設置在沿線的通訊機可以方便的相互聯(lián)系;皮帶機沿線的跑偏、拉線設置故障識別裝置,在主控臺上可以清楚的知道發(fā)生故障的位置,非常便于查詢維修。2 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能方案分析皮帶動態(tài)特性主要目的是增加皮帶的使用壽命并且皮帶的合理啟動能夠達到一定的節(jié)能效果。皮帶運輸機如果采用不合理的啟動有可能導致皮帶運輸機的不平穩(wěn)運行甚至引發(fā)皮帶接頭、滾筒等部件的損壞,從而破壞皮帶運輸機的正常運轉?,F在假設皮帶運輸機水平放置(傾角很小可以忽略);起制動時輸送帶的水平振動對縱向振動影響很?。梢院雎圆挥嫞?; 物料在皮帶上是均勻的。查閱相關資料得出動力學方程: ()其中:A輸送帶的橫截面積,m2; qh被研究分支輸送帶每米等效質量,kg/m; 承載分支:qh=q+qd+qt,;回程分支:qh=qd+qt,; q單位長度上物料的質量,kg/m; qd單位長度輸送帶的質量,kg/m; qt,單位長度承載托輥的等效質量,kg/m; qt,單位長度回程托輥的等效質量,kg/m; 對應點輸送帶的位移,m; 輸送帶單位長度所受的阻力,N; 初始條件:(1) 初始皮帶的每點都是靜止的,即有 ()(2) 啟動結束每點都處于額定轉速狀態(tài),即有 ()(3) 拉緊裝置采用液壓拉緊時有: ()根據上述條件可以解析得出: ()結論:采用階躍激勵引起的動態(tài)很大;斜坡激勵引起的動態(tài)激勵較??;正弦激勵產生的輸送帶的總張力較斜坡激勵小,可延長帶式輸送機的使用壽命,降低投資,且動態(tài)沖擊也不大,推薦采用。理想的啟動曲線(“S”型曲線給定)圖1 理想的啟動曲線國內外公認長距離、大運量、大功率的帶式輸送機采用“S”型曲線啟動最好,可以大大降低動應力,延長帶式輸送機的使用壽命并且有一定的節(jié)能效果。S型啟動曲線的速度方程為: () () 其中:某一時刻滾輪的線速度或帶速,m/s; 輸送帶穩(wěn)定運行速度(設計帶速),m/s; 起制動時間,S;,L為帶式輸送機的長度。 T為起制動過程中的某一時間,S。假設皮帶機功率315KW,額定電壓660V,額定電流480A,一年工作300天,每天24小時。由于計算需要現場實際參數,以下均以假設值計算,如需計算出具體的節(jié)能效果,可以帶入具體參數。根據皮帶機工作特點和性質,采用變頻節(jié)能在以下幾個方面節(jié)能:提高功率因數通過降低無功功率對電網的需求,使用變頻器后恒速運行,這時功率因數有所提高。既降低設備的無功損耗,提高有功功率,提高電能的質量。通過此種方法來降低皮帶機的電能損耗,從而實現節(jié)能的效果。而且,在功率因數提高后,電動機的運行狀態(tài)并沒有改變,電動機消耗的有功功率和無功功率也沒有改變。變頻器中的濾波電容與電動機進行無功能量交換,因此變頻器實際從電網輸入電流減小,從而減小了電網與變頻器之間的線損和供電變壓器的銅耗,同時減小了無功電流上串電網。,如果按此方法節(jié)能,通過變頻器改變輸出無功功率,當把原來的20%的無功功率降低5%,計算節(jié)能效果如下:節(jié)約費用=無功功率P時間電費單價 =15%315(KW)24(h)300(T) =204120(元)由于無功電流變頻器實際輸入電流減少,從而減少電網與變頻器之間的線損和供電變壓器的銅耗,如果把這些損耗計算在內,減少的線路損耗可以用下式計算: () 上式中為功率因數,這里假設節(jié)能為10%, 無功節(jié)能P系統(tǒng)線路壓降時間電費單價 =10(%)15%315(KW)24(T)300(天)(元)=20412(元)。改變變頻運輸速度節(jié)能通過改變皮帶機的運行速度來實現節(jié)能的效果,此種方案節(jié)能是最實際,且最常用與簡單易行的方案。根據功率的公式 P=FV(說明:F是力矩,V是速度) I ()當力矩一定時,功率與速度成正比。根據傳輸帶上運輸的不同負載,在滿足工藝要求的前提下,改變傳輸帶的速度,計算節(jié)能效果。但在計算過程當中,變頻調速節(jié)能計算時需考慮變頻器的效率,變頻器的效率一般為95%~96%,因此在計算變頻調速節(jié)能時要將變頻器的4%~5%的損耗考慮在內,這樣的計算結果與實際節(jié)能率更為接近。假設在同樣載煤的條件下,電機全速運行,皮帶速度為100%速度,采用三段調速分別為70%、80%及90%可調。(1)實際運行在100%,當調速到90%時: 節(jié)電:10%315KW24T300=136080(元)(2)實際運行在100%,當調速到80%時: 節(jié)電:20%315KW24T300=272160(元)(3)實際運行在100%,當調速到70%時: 節(jié)電:30%315KW24T300=408
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