PLC皮带机变频调速设计方案

PLC皮带机变频调速设计

方案

第一章引言

1.1 皮带机现状

随着国民经济的快速发展，煤矿、冶金、钢铁、化工、制药、仓储、电厂等方面对于皮带输送机有了许多高新的要求。皮带输送机俗称带式运输机，是一种连续性的带式运输机械，也是一种通用的机械，它既可以运送散状物料，也可以运输件式成品物料。工作过程中噪音较小、结构简单，皮带输送机可用于水平或倾斜运输。皮带输送机还用于装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动的机械上。以前的皮带输送机的电气控制部分为继电器和接触器控制，采用手工的操作方式，存在劳动强度大、能耗高、维护量大、可靠性能差等缺点。随着工业大发展继电器控制系统无法达到相应的要求，且使用元件过多，因此根据不同行业不同用户的要求，采用PLC控制皮带输送机是十分必要的。

1.2采用可编程控制器（PLC）控制的优势

采用可编程控制器（PLC）控制的优势有如下几条：

①可靠性能高，皮带机的综合保护装置以PLC控制器为核心，系统具有高可靠性和强抗干扰等特点，对环境要求不高，适用于较为恶劣的工作场所。

②配置灵活，PLC在组态系统时具有极大的灵活性，极强的处理能力，以及极大的输入输出I/O扩容量，当现场发生变化时，只需改变程序即可，因此能够方便灵活地进行系统配置，组成不同规模、不同功能的控制系统，即可控制一台单机，也可控制一条生产线，即可现场控制，也可远程集中控制。

③设备扩展性强，PLC具有很强的组网能力和扩展能力，今后可以很方便的添加新设备，如果与计算机PC控制相结合，则功能就更高了，它既可一通过MPI 又可以通过BUS总线与其它PC系统相连，从而避免了以前上套设备需要更换一套控制设备的弊端，因此节省了大量的人力和财力。

④维护方便，模块连接采用插拔式接线端子排，更换和维护都相当的方便快捷。

1.3 变频器在皮带机拖动上的应用特点

①优越的软起动、软停止特性。

隔爆变频器的起动、停止时间是任意可调（0-10min）的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，还可匹配其具备的S型加减速时间，这样可将皮带机起停时产生的冲击减少至最小，这是其它驱动设备难以达到的。如图1.3.1 。

②验带功能

煤矿的生产运输系统多以皮带机为主，运输系统检验维护的主要工作是皮带机的检验维护，低速验带功能是皮带机检验的主要要求，变频调整系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机工作在5%-100%额定带速围的任意带速。

③平稳的重载起动

皮带机在运煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。由于变频器采用无速度传感器矢量控制方式，低频运转可输出1.5-2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。

④功率平衡

煤矿井下皮带机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，为了保证系统的同步性能，首先，要求位于机头的各滚筒应同步启停，在某一电机故障时能使系统停机，同时为了保证系统的运输能力，应尽量保证各滚筒之间的功率平衡。通过调整相应两变频器的速度给定来调整两电机之间的速度差，便可以任意增大或减小两驱动电机的电流差值的大小，因此可以通过单独的控制系统控制各电机的电流值，通过调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡，这便形成了一个动态的功率平衡系统。

⑤自动调速、节电效果明显

对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然皮带机系统的运煤量也是不均匀的，在负载轻或无负载时，皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要皮带机系统又不能随时停车，采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别丈量，这样可控制变频器降速或提前升速。对于载荷不均的皮带机系统，可大大节约电能。

⑥降低胶带力

由于采用隔爆变频器所产生的良好起动特性，至少可降低起动力30%，如在初期设计选择胶带强度时可降低一个标号。在实际应用过程中，由于降低了起动冲击，皮带机机械系统的设备损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长。

⑦具有工频转换功能

为了不影响生产，万一有故障，可以转换到工频旁路工作，检验时间维护变频器。在生产需要长期全速运行时，变频器起动后也可选择切换到工频运行，这样可延长变频器电解电容寿命。

图1.3.1 变频驱动时的三相异步电动机启动时的特征曲线

第二章总体方案的确定

2.1方案比较

就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。

(1) 继电器控制系统

控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电

压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控

制及保护，系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统

的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是

控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度

慢。

（2）单片机控制

单片机作为一个越大规模的集成电路、机构上包括CPU、存储器、定时器和多

种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、

尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不

能直接将它与外部I/O接口电器上、硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。

（3）工业控制计算机控制

工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求

快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关

量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，

直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。

（4）PLC控制