【正文】 電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。（6）AVR電壓自動(dòng)調(diào)整功能變頻器根據(jù)電壓反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的影響，保護(hù)電機(jī)免受因長(zhǎng)期電壓過(guò)高而導(dǎo)致的絕緣損傷或磁密過(guò)高而引起的鐵芯過(guò)度發(fā)熱。（4）靈活的控制方式本地控制：通過(guò)柜門(mén)按鈕直接控制，為主要控制方式；遠(yuǎn)程I/O控制：通過(guò)變頻器內(nèi)置接口板的I/O接口，與遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)量信號(hào)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；上位控制：隔離RS485接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊規(guī)約，可與DCS等上位系統(tǒng)連接，優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。采用兩臺(tái)全數(shù)字、矢量控制型變頻器，分別向兩臺(tái)電機(jī)供電，同時(shí)完成對(duì)電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速等控制過(guò)程。而液力耦合器是通過(guò)液體來(lái)傳動(dòng)，比硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低得多，因此采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動(dòng)效率要高5%~10%。這是因?yàn)檩p載時(shí)定子電流有功分量很小，主要是勵(lì)磁的無(wú)功分量，因此功率因數(shù)很小，因此功率因數(shù)很低。 變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置相對(duì)于液力耦合器具有節(jié)能效果，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1） 提高了系統(tǒng)功率因數(shù) 通常情況下，煤礦使用的電機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中放的裕量比較大，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。調(diào)速范圍為10%~100%，在調(diào)速過(guò)程中存在滑差和功率損失，此時(shí)需要增加水冷卻系統(tǒng)。該裝置通過(guò)改變工作油壓來(lái)調(diào)節(jié)油膜厚度，從而達(dá)到改變輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的目的。盡管啟動(dòng)特性不可控，但大量實(shí)踐證明，其啟動(dòng)性能對(duì)一般的帶式輸送機(jī)已能完全滿足要求，而且維護(hù)簡(jiǎn)單，投資較低。（2）限矩型液力耦合器 限矩型液力耦合器除了其啟動(dòng)特性不可控外，其優(yōu)缺點(diǎn)和調(diào)速型液力耦合器基本相同，但其體積較調(diào)速型液力耦合器要小。工作中，通過(guò)檢測(cè)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷電流來(lái)控制勺管的位置以達(dá)到均衡功率的目的。國(guó)內(nèi)外對(duì)軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行研究的主要目的是要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠提供可調(diào)、平滑而無(wú)沖擊的啟動(dòng)力矩，以減少動(dòng)張力，改善輸送帶及整機(jī)的受力狀況，在多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況下，使各驅(qū)動(dòng)裝置之間能夠達(dá)到功率基本平衡。以往運(yùn)煤皮帶的電機(jī)一直處于恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，但是負(fù)載不是始終處于滿載的狀態(tài)，根據(jù)電機(jī)控制的節(jié)能要求說(shuō)明恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行會(huì)有電能損耗，所以，企業(yè)希望通過(guò)檢測(cè)負(fù)載變化并根據(jù)負(fù)載變化調(diào)節(jié)變頻器的頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 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(shù)設(shè)定 21 23 24 NJGC耐壓式全封閉稱(chēng)重給煤機(jī) 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(shè)計(jì) 33參考文獻(xiàn) 48英文原文 49致 謝 58中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)概況企業(yè)預(yù)計(jì)年運(yùn)煤量為50萬(wàn)噸/年，主斜井皮帶運(yùn)輸機(jī)主要承擔(dān)簡(jiǎn)單處理后的原煤運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，井口房10/、井下應(yīng)急排水泵 、空氣加熱室、控制、照明等負(fù)荷配電的任務(wù)。皮帶相關(guān)數(shù)據(jù):輸送距離大約為950m,，帶速2m/s,傾角接近，運(yùn)量600T/h，最大張力18N，膠帶型號(hào)ST2000，強(qiáng)度2000N/mm，,托滾直徑108mm，電機(jī)功率為315KW2/660V，1485轉(zhuǎn)/分，減速器ZSY45040，速比：40，制動(dòng)器型號(hào)YM400，逆止器型號(hào)DSN050，逆止力矩55000Nm，驅(qū)動(dòng)滾筒直徑1m，驅(qū)動(dòng)機(jī)布置方式為雙滾筒雙電機(jī)，自動(dòng)絞車(chē)?yán)o6m。企業(yè)對(duì)于皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)的功能要求主要是:（1）能夠根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)實(shí)時(shí)的控制拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)加速或減速，使皮帶機(jī)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，并且此系統(tǒng)能夠適應(yīng)煤量隨時(shí)間變化較頻繁的情況；（2）能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控并累計(jì)皮帶機(jī)運(yùn)煤量，為企業(yè)生產(chǎn)提供參考；（3）能夠?qū)ζв型晟频墓收媳Ｗo(hù)功能，使操作人員能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障來(lái)源并處理。目前國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)裝置有以下幾種：（1）調(diào)速型液力耦合器 調(diào)速型液力耦合器以液力為介質(zhì)，通過(guò)電控系統(tǒng)調(diào)節(jié)勺管的移動(dòng)，改變傳遞動(dòng)力液體的流量，達(dá)到改變輸送機(jī)速度的目的，~。但他的工作效率低，有3%~5%的功率損耗，同時(shí)調(diào)速型液力耦合器的體積大，控制反應(yīng)慢，顯效時(shí)間長(zhǎng)，精度差。另外國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了加長(zhǎng)后輔腔，加大側(cè)輔腔的帶式輸送機(jī)專(zhuān)用液力耦合器，能使帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)。（3）液體粘性軟啟動(dòng)裝置 液體粘性啟動(dòng)是利用液體的粘性，即油膜剪切力來(lái)傳遞扭矩的新型機(jī)電液可控調(diào)速裝置。可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、功率平衡、慢運(yùn)行、過(guò)載保護(hù)等功能，傳動(dòng)比可達(dá)1:1。（4）變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置 交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置具有很好的可控啟動(dòng)和可控制動(dòng)特性，啟動(dòng)時(shí)間可在1~3600s范圍內(nèi)任意設(shè)定，而且低速運(yùn)行時(shí)輸出扭矩大，因此可以實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)，多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)功率平衡性能好，電機(jī)啟動(dòng)電流小，可以實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程控制。而電機(jī)只有接近滿載時(shí)效率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時(shí)降低，造成不必要的電能損失。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，大大節(jié)省了無(wú)功功率；（2） 提高系統(tǒng)效率 采用變頻驅(qū)動(dòng)，電機(jī)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(gè)環(huán)節(jié)。合理的變頻調(diào)速系統(tǒng)不僅可以使系統(tǒng)速度同步、電機(jī)力矩平衡，而且可以達(dá)到節(jié)能、延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命的目的。本設(shè)備具有如下特性：（1） 減少無(wú)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(diào)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(diǎn)：無(wú)需輸出濾波裝置；可以驅(qū)動(dòng)普通電動(dòng)機(jī)，而不會(huì)增加電機(jī)升溫，降低電機(jī)容量；保護(hù)電機(jī)絕緣不受dv/dt 應(yīng)力的損害；不會(huì)因?yàn)橹C波力矩而降低設(shè)備使用壽命；優(yōu)勢(shì)：無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠，軟件升級(jí)容易；（3）同步運(yùn)行和自動(dòng)功率平衡的實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變頻器都設(shè)為雙機(jī)運(yùn)行，并且其中一臺(tái)設(shè)為主機(jī)，另一臺(tái)設(shè)為從機(jī)，當(dāng)兩臺(tái)變頻器都具備起動(dòng)條件后，變頻器的開(kāi)機(jī)操作有效；變頻器運(yùn)行后，主機(jī)按給定頻率運(yùn)行，另一臺(tái)跟隨運(yùn)行，兩臺(tái)變頻器各自實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出電流、電壓等參數(shù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部運(yùn)算獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速、功率等，這時(shí)從變頻器再與主控變頻器的相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比較，獲得兩機(jī)的運(yùn)行偏差信號(hào)，經(jīng)從機(jī)CPU運(yùn)算后輸出新的PWM控制信號(hào)，來(lái)調(diào)整從機(jī)的輸出頻率和功率，以實(shí)現(xiàn)變頻器的同步運(yùn)行和自動(dòng)功率平衡。（5）五種頻率給定方式通過(guò)主界面直接給定；由模擬信號(hào)（0~10V或4~20mA信號(hào)）給定；由上位機(jī)通過(guò)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(yùn)行時(shí)，由內(nèi)置PID通過(guò)計(jì)算自動(dòng)給定。（7）PID功能 內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流運(yùn)行。（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)。（10）變頻器保護(hù)功能變頻裝置系統(tǒng)有過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、短路、過(guò)載、過(guò)熱、缺相等保護(hù)功能。（11）瞬時(shí)停電跟蹤功能電網(wǎng)瞬時(shí)停電時(shí)，變頻器控制電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，維持減速運(yùn)轉(zhuǎn)，若電網(wǎng)恢復(fù)正常，變頻器立即回復(fù)至原運(yùn)行狀態(tài)。（12）其它特性高效率，系統(tǒng)總效率高達(dá)96%以上 ；控制電源雙路供電 ；寬廣的輸入電壓范圍，更適合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)條件 ；快速制動(dòng)功能 ；共振頻率回避功能 ；可根據(jù)用戶要求作特殊設(shè)計(jì) ；自動(dòng)、手動(dòng)、檢修速度給定值控制；起動(dòng)防沖擊控制(“Ｓ”化曲線給定)，在啟動(dòng)制動(dòng)的過(guò)程中使皮帶抖動(dòng)最小，加、減速度變化率≤；具有過(guò)電流、堵轉(zhuǎn)、過(guò)速、絕緣檢測(cè)等幾十種完善的保護(hù)；具有很好的堵轉(zhuǎn)特性，堵轉(zhuǎn)電流可以隨意設(shè)定，并且實(shí)際電流值不會(huì)超過(guò)設(shè)定值；具有強(qiáng)大的內(nèi)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(dòng)停止工作，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)，進(jìn)行準(zhǔn)確的故障報(bào)警；皮帶機(jī)沿線的通話功能，在沿線檢修或循檢時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以通過(guò)設(shè)置在沿線的通訊機(jī)可以方便的相互聯(lián)系；皮帶機(jī)沿線的跑偏、拉線設(shè)置故障識(shí)別裝置，在主控臺(tái)上可以清楚的知道發(fā)生故障的位置，非常便于查詢維修。皮帶運(yùn)輸機(jī)如果采用不合理的啟動(dòng)有可能導(dǎo)致皮帶運(yùn)輸機(jī)的不平穩(wěn)運(yùn)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(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。查閱相關(guān)資料得出動(dòng)力學(xué)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(zhì)量，kg/m； 承載分支：qh=q+qd+qt,；回程分支：qh=qd+qt,； q單位長(zhǎng)度上物料的質(zhì)量，kg/m； qd單位長(zhǎng)度輸送帶的質(zhì)量，kg/m； qt,單位長(zhǎng)度承載托輥的等效質(zhì)量，kg/m； qt,單位長(zhǎng)度回程托輥的等效質(zhì)量，kg/m； 對(duì)應(yīng)點(diǎn)輸送帶的位移，m； 輸送帶單位長(zhǎng)度所受的阻力，N； 初始條件：（1） 初始皮帶的每點(diǎn)都是靜止的，即有 ()（2） 啟動(dòng)結(jié)束每點(diǎn)都處于額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，即有 ()（3） 拉緊裝置采用液壓拉緊時(shí)有： ()根據(jù)上述條件可以解析得出： ()結(jié)論：采用階躍激勵(lì)引起的動(dòng)態(tài)很大；斜坡激勵(lì)引起的動(dòng)態(tài)激勵(lì)較??；正弦激勵(lì)產(chǎn)生的輸送帶的總張力較斜坡激勵(lì)小，可延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)的使用壽命，降低投資，且動(dòng)態(tài)沖擊也不大，推薦采用。S型啟動(dòng)曲線的速度方程為： () () 其中：某一時(shí)刻滾輪的線速度或帶速，m/s； 輸送帶穩(wěn)定運(yùn)行速度（設(shè)計(jì)帶速），m/s； 起制動(dòng)時(shí)間，S；，L為帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度。假設(shè)皮帶機(jī)功率315KW，額定電壓660V，額定電流480A，一年工作300天，每天24小時(shí)。根據(jù)皮帶機(jī)工作特點(diǎn)和性質(zhì)，采用變頻節(jié)能在以下幾個(gè)方面節(jié)能：提高功率因數(shù)通過(guò)降低無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的需求，使用變頻器后恒速運(yùn)行，這時(shí)功率因數(shù)有所提高。通過(guò)此種方法來(lái)降低皮帶機(jī)的電能損耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。變頻器中的濾波電容與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)功能量交換，因此變頻器實(shí)際從電網(wǎng)輸入電流減小，從而減小了電網(wǎng)與變頻器之間的線損和供電變壓器的銅耗，同時(shí)減小了無(wú)功電流上串電網(wǎng)。改變變頻運(yùn)輸速度節(jié)能通過(guò)改變皮帶機(jī)的運(yùn)行速度來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果，此種方案節(jié)能是最實(shí)際，且最常用與簡(jiǎn)單易行的方案。根據(jù)傳輸帶上運(yùn)輸?shù)牟煌?fù)載，在滿足工藝要求的前提下，改變傳輸帶的速度，計(jì)算節(jié)能效果。假設(shè)在同樣載煤的條件下，電機(jī)全速運(yùn)行，皮帶速度為100%速度，采用三段調(diào)速分別為70%、80%及90%可調(diào)。假設(shè)電機(jī)額電流480A，直接啟動(dòng)電流為4~6倍額定電流。h；變頻器日起動(dòng)總耗電量為: 36kWh；日起動(dòng)節(jié)約電費(fèi):84=50元；全年節(jié)約電費(fèi)：300天50元=15000元。采用變頻器優(yōu)點(diǎn)在于啟動(dòng)和調(diào)速，在多臺(tái)電機(jī)功率平衡方面也有很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于軟啟動(dòng)器來(lái)說(shuō)，變頻啟動(dòng)諧波小，啟動(dòng)容易。而且變頻器體積較小，功率及熱容量大，運(yùn)行中熱穩(wěn)定性好，調(diào)頻范圍寬，分辨率高，保護(hù)齊全而且靈敏度高，主功率器件自保護(hù)功能良好，運(yùn)行平衡，通訊接口齊全，有利于上位機(jī)和遠(yuǎn)控控制；由于功率自動(dòng)平衡功能好，而使原轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)消除。H 經(jīng)濟(jì)效益約：20萬(wàn)元減少損耗節(jié)能：34020KVARH 經(jīng)濟(jì)效益約：?jiǎn)?dòng)技能： 25000KW保守的計(jì)算單臺(tái)315KW交流異步電動(dòng)機(jī)全年節(jié)能大于20萬(wàn)元。理論要求只有帶速與運(yùn)量合理匹配并根據(jù)不同的的運(yùn)量選取合理的帶速，才會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)產(chǎn)生節(jié)能效果。兩臺(tái)變頻器采用主（Master）/從(Slave)變頻器工作模式，采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)同一皮帶的兩臺(tái)電機(jī)的速度和力矩平衡?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖3 皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖兩臺(tái)電機(jī)的控制方式不是相互獨(dú)立而是彼此相互關(guān)聯(lián)的，主要是為了保證系統(tǒng)的速度同步及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡。針對(duì)本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用2臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電機(jī)的方案，一拖一控制。該系統(tǒng)是應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸送機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的高性能調(diào)速驅(qū)動(dòng)方案，在輕載及重載工況下，均能有效控制膠帶輸送機(jī)柔性負(fù)載的軟起動(dòng)/軟停車(chē)動(dòng)態(tài)過(guò)程，由于兩臺(tái)電機(jī)完全相同，且由兩臺(tái)完全相同的變頻器驅(qū)動(dòng)，故只要兩臺(tái)電機(jī)和變頻器的電氣和機(jī)械均差在允許范圍之內(nèi)，在采用PLC同步控制策略的情況下，則兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速將會(huì)完全一致，從而輕松實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)之間的功率平衡和速度同步，并提供可調(diào)驗(yàn)帶速度，由此降低快速起動(dòng)/快速停車(chē)過(guò)程對(duì)機(jī)械和電氣系統(tǒng)的沖擊,避免撒料與疊帶,有效抑制膠帶輸送機(jī)動(dòng)態(tài)張力波可能對(duì)膠帶和機(jī)設(shè)備造成的危害,延長(zhǎng)輸送機(jī)使用壽命，增加輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性。主傳動(dòng)以閉環(huán)速度控制模式，從傳動(dòng)則為閉環(huán)力矩控制。即通過(guò)參數(shù)設(shè)置及工程軟件組態(tài),可將任意一臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)為速度閉環(huán)主驅(qū)動(dòng),其余為轉(zhuǎn)矩閉環(huán)從驅(qū)動(dòng)，PLC和各主從驅(qū)動(dòng)間采用485實(shí)現(xiàn)通訊，組成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的多機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。10％頻率：48…63Hz功率因數(shù)： cosψ＝（基波）cosψ＝…（總體）效率：在額定功率： 98%電機(jī)連接：3相輸出電壓：0…U3in頻率控制： 0…177。環(huán)境限制運(yùn)行溫度：15..+50℃，不允許結(jié)霜，40…50℃，減少輸出電流（1％/1℃）冷卻方式：干燥清潔的空氣海拔高度：0…1000m無(wú)需降容相對(duì)濕度：5到95％，不允許露凝