【正文】 的功能如下 ： ? 帶式機(jī)故障檢測及保護(hù) ： 系統(tǒng)具有完善的故障保護(hù)功能，可對帶式輸送機(jī)處的堆料、跑偏、溫度過高、縱撕等情況進(jìn)行保護(hù)，同時也可對井下煙霧狀態(tài)進(jìn)行檢測。 ? 變頻器故障檢測 ， 變頻器具有單元過電壓、過電流、欠電壓、缺相、過熱、變頻器過載、電機(jī)過載、輸出接地、輸出短路保護(hù)以及對隔離變壓器各種保護(hù)等功能。正常情況下，當(dāng)上述故障發(fā)生時，變頻器會自動根據(jù)故障級別給出報(bào)警或者保護(hù)停機(jī)，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)又將這些故障信號引入 PLC 系統(tǒng)，經(jīng)其判斷綜合后，使系統(tǒng)發(fā)出信息或保護(hù)停 機(jī)。 ? 電機(jī)的速度給定控制 ， 可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載大小來確定帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度。 給定控制根據(jù)用戶要求，可以采用兩種方式：變頻器分級給定 、 PLC 無級調(diào)速給定 ? 組建上位機(jī)系統(tǒng)， 增強(qiáng)系統(tǒng)的自動化程度，降低勞動量。系統(tǒng)配置的工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （與監(jiān)控系統(tǒng)共用） 能完成如下功能： ? 監(jiān)視變頻裝置運(yùn)行狀態(tài) ? 電機(jī)速度顯示 ? 電機(jī)電流監(jiān)視 ? 顯示皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸全過程 ? 運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)、管理 ? 故障現(xiàn)實(shí)列表和故障歷史查詢 ? 故障報(bào)表輸出 ? 建立故障排除系統(tǒng)，使用戶在電腦系統(tǒng)的指引下逐步排除故障 ? 拖動電機(jī)的控制方式 ： 為了滿足既要保證整個系統(tǒng)速度同步，又 要確保2 臺電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡， 2 臺電機(jī)的控制方式不是獨(dú)立而是彼此相互關(guān)聯(lián)的。采用 PLC 控制器要能夠保證 2臺變頻器均處于速度閉環(huán)運(yùn)行模式， 2臺電機(jī)之間的速度同步，以及轉(zhuǎn)矩平衡。 ? 動態(tài)負(fù)荷檢測與速度控制 ： 系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際負(fù)載的大小來確定帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度，即根據(jù)負(fù)荷的變化來調(diào)整系統(tǒng)速度給定信號。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)采用西門子 S7300PLC，其中主斜井皮帶采用礦用一般型控制柜， PLC柜主要實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)行的操作和保護(hù)。其中主斜井皮帶控制系統(tǒng)作為主站控制系統(tǒng)，＋ 560集中運(yùn)輸大巷帶式輸送機(jī)和斜巷皮帶 運(yùn)輸機(jī)作為分站控制系統(tǒng)。每臺皮帶還配備有專門的皮帶控制箱。 PLC控制臺（或控制柜）內(nèi)部由 S7300PLC、 DI/DO模塊、光纖模塊、接線端子、中間繼電器、電源模塊、音響報(bào)警喇叭、變壓器及各種模塊組成；控制臺礦用一般型結(jié)構(gòu)，控制臺面板有集中起動、集中停車按鈕，起車預(yù)警按鈕、集控 /就地 手動工作方式的轉(zhuǎn)換開關(guān)，系統(tǒng)緊急停車按鈕、故障復(fù)位按鈕和檢修按鈕；皮帶的速度、溫度顯示以及跑偏、沿線急停的位置顯示，操作臺配置上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)監(jiān)視和控制各條皮帶的運(yùn)行情況，同時也顯示出所有皮帶上的各種保護(hù)傳感器的動作情 況。 圖 5控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)功能 ? 閉鎖功能： 主斜井帶式輸送機(jī)（本機(jī)）與井底給煤機(jī)（前級設(shè)備）、至動篩車間帶式輸送機(jī)（后級設(shè)備）之間設(shè)有聯(lián)鎖關(guān)系，遵循 “ 逆煤流起車，順煤流停車 ” 的原則，按順序起停設(shè)備，并能在事故情況下不堆煤。 ? 保護(hù)功能：采用各類傳感器，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)各種保護(hù)：閉鎖、跑偏、電機(jī)殼溫度、煙霧、速度、灑水、縱撕、堆煤等。 ? 與變頻器協(xié)調(diào)工作，控制膠帶輸送機(jī)的起、停及運(yùn)行 ， 電機(jī)起動時， 采用變頻 啟動， 能 很好的限制啟動電流。能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機(jī)軟起動及軟停車，起停加速度要求 控制在 a≤ 。膠帶機(jī)要求速度連續(xù)可調(diào)。兩臺電機(jī)驅(qū)動時要求速度同步，避免不同步對膠帶機(jī)造成的損害，并確保兩臺電動機(jī)之間的負(fù)荷平衡。 具備 低速驗(yàn)帶功能。 控制方式 ? 地面集中控制方式 地面皮帶工區(qū)操作人員首先通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的起車預(yù)警按鈕以語音方式通知井下人員要開皮帶，然后發(fā)出開車令，主站按照聯(lián)鎖關(guān)系自動給相應(yīng)的皮帶機(jī)分站發(fā)出開車指令，各分站收到開車指令后，按煤流順序自動發(fā)出啟動預(yù)警（ 10~20s可調(diào)），然后起動相應(yīng)的電機(jī)，皮帶開始起動，同時監(jiān)測信號是否正常，并將信號傳送到主站，一旦 出現(xiàn)異常情況，即宣告起動失敗，開始停車，并將故障原因反映到監(jiān)控畫面上。 ? 井下集中控制方式 井下集控室操作人員首先通過操作臺的起車預(yù)警按鈕以語音方式通知井下人員要開皮帶，然后發(fā)出開車令，主站按照聯(lián)鎖關(guān)系自動給相應(yīng)的皮帶機(jī)分站發(fā)出開車指令，各分站收到開車指令后，自動發(fā)出啟動預(yù)警（ 10~20s可調(diào)），然后起動相應(yīng)的電機(jī)，皮帶開始起動，同時監(jiān)測信號是否正常，并將信號傳送到主站，一旦出現(xiàn)異常情況，即宣告起動失敗，開始停車，并將故障原因反映到監(jiān)控畫面上。 ? 井下單機(jī)控制方式 井下集控室皮帶司機(jī)首先通過起車預(yù)警按鈕和皮帶起動按扭用以語音方式通知井下人員要開某條皮帶，然后由選擇的發(fā)出開車令，分站收到開車指令后，按聯(lián)鎖關(guān)系自動發(fā)出起車預(yù)告，起動相應(yīng)的電機(jī)，皮帶開始起動，同時監(jiān)測信號是否正常，并將信號傳送到主站。此方式也可用于檢修。 ? 就地手動控制方式 操作人員將分站集中 /就地轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到就地位置，則該皮帶機(jī)和給煤機(jī)的起動停止由分站直接控制，該分站將不再參與集控，操作人員需在控制分站上進(jìn)行相關(guān)的操作，但仍可將信號傳送到主站，主站仍可對其進(jìn)行監(jiān)測。此方式也可用于檢修。 ? 應(yīng)急控制方式 當(dāng)主站和分站都出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行時，可直接操作變頻器器控制皮帶應(yīng)急啟停和速度調(diào)整。 變頻調(diào)速新系統(tǒng)裝置概述 主井皮帶采用三臺高壓電機(jī)拖動，整套系統(tǒng)工作是有三臺 710KW/6KV 高壓異步電動機(jī)并聯(lián)拖動。其中兩臺是電機(jī)同軸拖動統(tǒng)一滾動，皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動系統(tǒng)圖如圖所示。 圖 5 皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動系統(tǒng)圖 該系統(tǒng)不僅要求三臺速度同步，而且三臺負(fù)荷分配要均衡一致，如圖 4所示。 圖 6皮帶運(yùn)輸機(jī)高 壓變頻裝置驅(qū)動圖 綜合以上因素，甲方考慮采用高壓變頻調(diào)速裝置驅(qū)動皮帶系統(tǒng)，但是，由于目前國內(nèi)外高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域主要在風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用方面，很少有恒轉(zhuǎn)矩重載設(shè)備驅(qū)動的實(shí)例，而重載多單元同步控制的成功應(yīng)用更是幾乎沒有，所以選用 VT710高壓變頻器驅(qū)動裝置。 圖 6為皮帶運(yùn)輸機(jī)高壓變頻器驅(qū)動系統(tǒng)圖。 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制概述 鑒于復(fù)雜的現(xiàn)場情況，如：電機(jī)特性曲線存在差異，滾筒直徑制造差異，滾筒機(jī)皮帶的磨損差異，以及滾筒表面的附著差異等，可以建立以滾筒的一致性線 速度為給定，以功率平衡分配為最終控制對象 ，構(gòu)成速度和電流雙閉環(huán)主輔同步控制系統(tǒng)，采用 VT710 的轉(zhuǎn)矩自動平衡控制模式，以達(dá)到理想的同步控制效果。 同時， VT710根據(jù)電流反饋實(shí)時計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并依靠其高速的系統(tǒng)響應(yīng)，建立了優(yōu)化的從動電機(jī)跟隨模式，根據(jù)負(fù)載的變化和實(shí)際速度輸出和功率輸出，使三臺電機(jī)的功率平衡分配，線速度一致，達(dá)到高精度的同步控制。 以皮帶的工作速度 V 為基礎(chǔ)，中控室通過 RS485 給三臺變頻器發(fā)送轉(zhuǎn)速指令，通過轉(zhuǎn)矩自動平衡控制模式， VT710能夠自動調(diào)整三臺電機(jī)的平衡轉(zhuǎn)矩輸出點(diǎn)，在角速度 N1,N2,N3 不同的情況下，使得電機(jī)功率 P1≈ P2≈ P3,同時滾筒線速度 V1≈ V2≈ V3. 本系統(tǒng)如圖 3所示，采用多單元同步控制系統(tǒng)，考慮到煤礦的現(xiàn)場情況和控制距離，在設(shè)備機(jī)頭設(shè)有本地 /遙控轉(zhuǎn)換開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)本地控制，也可遠(yuǎn)程遙控。三臺變頻器直接通過開放的 RS485 串行通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。在運(yùn)行過程中，可以在控制室通過工控機(jī)對三臺高壓變頻器同時給定同步速度，實(shí)現(xiàn)良好的同步關(guān)系。 高壓變頻器系統(tǒng)圖如圖 7所示。 圖 7 高壓變頻器系統(tǒng)圖 VT710 高壓變頻器特性 （ 1）滿載時， 包括移向變壓器在內(nèi)的變頻調(diào)速系統(tǒng)效率≧ 97％ （ 2）功率因數(shù)≧ 95％ （ 3）滿足中國諧波相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) （ 4）適用于 6000V 普通異步電機(jī) （ 5）近似全數(shù)字 PWM脈寬調(diào)制技術(shù) （ 6）全功率范圍段的 MCU控制 （ 7）直接適量閉環(huán)控制模式，控制精度萬分之一 (8)PWM輸出電壓波形控制在 VDC內(nèi) (9)在閉環(huán)矢量控制模式下， VT710的控制范圍是 1:100，即以 50HZ 為基頻，其控制范圍可到 。在開環(huán)情況下， VT710 的控制范圍也可達(dá)到 1:10，即。 （ 10）電流跟蹤和磁通補(bǔ)償功能 （ 11）主要功能 ：轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，瞬時停電再啟動，多段速，高效運(yùn)行，比例聯(lián)動，頻率跳躍等 （ 12） 保護(hù)功能：過電流限制，過電壓限制，過負(fù)荷預(yù)警，過電流跳閘， CELL功率單元故障跳閘，過負(fù)荷跳閘，接地故障跳閘，過熱跳閘，其他 (13)顯示：輸出頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)電流，輸出電壓，電機(jī)輸出功率，各功率單元 DC電壓，運(yùn)行時間，故障查詢，變頻器溫度，其他 VT710 變頻調(diào)速系統(tǒng)與交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的比較 VT710與電機(jī)串電阻調(diào)速相比較的突出特點(diǎn) （ 1）啟動性能優(yōu)越 變頻器采用速度閉環(huán)控制 ，調(diào)速精度高，啟動轉(zhuǎn)矩可以做到等于最大輸出轉(zhuǎn)矩，即使在零速也可以達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩。串電阻調(diào)速啟動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大。 （ 2）系統(tǒng)效率高 變頻器輸出直接和電機(jī)相連接，效率高，繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，電阻上消耗大量的轉(zhuǎn)差功率，效率極低。 （ 3）負(fù)載特性好 變頻器負(fù)載可以在很大的范圍來調(diào)節(jié)，繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速范圍有限。 （ 4）維護(hù)成本低 變頻器的運(yùn)行成本和維護(hù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)比串電阻調(diào)速低。串電阻調(diào)速的日常維護(hù)比變頻器工作量大，維護(hù)成本高。 變頻器系統(tǒng)和繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)綜合比較 變頻器 系統(tǒng)和繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)綜合比較如附表所示。 特性 繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng) VT710變頻驅(qū)動系統(tǒng) 啟動特性 啟動電流較大 帶載啟動力矩小 啟動損耗大 具有類似直流電機(jī)的力矩特性 帶載啟動力矩大 啟動電流小，無沖擊 運(yùn)行特性 轉(zhuǎn)速同步精度不高 運(yùn)行時電機(jī)效率較低 多電機(jī)驅(qū)動功率平衡性能好；轉(zhuǎn)速同步精度高；起動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；電機(jī)運(yùn)行效率較高 調(diào)速特性 調(diào)速范圍有限 可方便的在線調(diào)節(jié)輸送機(jī)的帶速，滿足生產(chǎn)需要；當(dāng)實(shí)際符合明顯減小時，可自動降低輸送機(jī)的速度，節(jié)能降耗。 可靠性 可靠性不高，需經(jīng) 常維護(hù) 可靠性高，設(shè)備壽命長 節(jié)能特性 沒有明顯的節(jié)能效果 輕負(fù)載降速運(yùn)行時，節(jié)電效果明顯，減少機(jī)械系統(tǒng)的損耗。 維護(hù) 維護(hù)量較大，且日常維護(hù)費(fèi)高 維護(hù)量小，無日常維護(hù)費(fèi)用 表 4變頻器系統(tǒng)和繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)綜合比較 VT710 回路構(gòu)成 VT710將多個單項(xiàng)的功率模塊串聯(lián)疊加輸出高電壓，構(gòu)成星形接法以驅(qū)動電機(jī) 圖 8 主回路結(jié)構(gòu)圖 1） VT710變頻器直接驅(qū)動電機(jī) 2）工變頻同步切換 如系統(tǒng)原有工頻電回路，可保留原有回路，在需要時 互相同步切換 3）多臺電機(jī)的無沖擊啟動 用 VT710順序啟動多臺工頻驅(qū)動電機(jī)，無沖擊 圖 9 變頻器驅(qū)動電機(jī)組成圖