長距離大功率帶式輸送機(jī)的電控設(shè)計(jì)

1、    長距離大功率帶式輸送機(jī)的電控設(shè)計(jì)    劉大陽王博劉曉旭摘要 ：長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離散料運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，電控系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，對(duì)于降低生產(chǎn)和維護(hù)成本、提高整機(jī)運(yùn)行效率及技術(shù)含量具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。關(guān)鍵詞 ：帶式輸送機(jī) 軟起動(dòng) 動(dòng)態(tài)特性分析 啟動(dòng)加速度1、電控系統(tǒng)的技術(shù)要求與指標(biāo)長距離大功率帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)如下預(yù)期目標(biāo)：（1） 設(shè)備運(yùn)行的所有工藝流程應(yīng)編入plc程序，plc控制所有信號(hào)并根據(jù)工藝要求做出判斷；（2） 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)做出反應(yīng)，并在報(bào)警文本中明確顯示；（3） 清晰完整的顯示設(shè)備運(yùn)行狀況、及某些重要

2、參數(shù)（例如電機(jī)電流、溫度等）；（4） 選用常規(guī)保護(hù)開關(guān)，進(jìn)行單點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集，顯示故障和報(bào)警點(diǎn)的具體位置，以便及時(shí)排除故障；（5） 上下級(jí)皮帶的啟動(dòng)運(yùn)行連鎖；（6） 采用plc控制，具有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能；（7） 具有輸送機(jī)可控啟動(dòng)、停車等功能；（8） 具有輸送機(jī)前后設(shè)備聯(lián)鎖功能；（9） 具有輸送機(jī)一級(jí)跑偏保護(hù)、二級(jí)跑偏保護(hù)、速度檢測(cè)、膠帶打滑保護(hù)、膠帶縱向撕裂保護(hù)、超速打滑保護(hù)、沿線急停閉鎖和故障位置檢測(cè)等完善的檢測(cè)保護(hù)功能；（10） 輸送機(jī)控制系統(tǒng)具有自動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行工作方式；（11） 控制系統(tǒng)配置（控制器容量、電源容量、控制柜的空間和導(dǎo)軌等）具有足夠的輸入輸出端口；（12） 所有模擬量信號(hào)均應(yīng)

3、為4-20madc標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；（13） 所有開關(guān)量信號(hào)均應(yīng)為無源常開接點(diǎn)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)不少于2個(gè)橋接點(diǎn)，接點(diǎn)容量大于5a，220vac或dc110v；（14） 滿足遠(yuǎn)程控制方式的要求，輸送機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置必要的控制、監(jiān)視信號(hào)通過以太網(wǎng)通訊方式送中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為保障設(shè)備安全，應(yīng)設(shè)置保護(hù)信號(hào)及輸送機(jī)高壓電機(jī)進(jìn)行硬連鎖保護(hù)。（15） 遠(yuǎn)程i/o站有通風(fēng)散熱功能，同時(shí)具備防雨功能，遠(yuǎn)程i/o控制箱防護(hù)等級(jí)達(dá)到ip64，并在安裝時(shí)要考慮到防曬措施。2、長距離大功率帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)特性帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)屬于重載啟動(dòng)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，需要克服皮帶上的物料向下的壓力形成的阻力，和皮帶與托輥組之間的靜摩擦力形成

4、的阻力，過大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)帶式輸送機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)形成巨大的沖擊，為了減小對(duì)帶式輸送機(jī)及輸送帶本身的沖擊力，電控系統(tǒng)對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，長距離大功率帶式輸送機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)，“軟啟動(dòng)”是指輸送機(jī)在重載工況下可控制地局部克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動(dòng)。軟啟動(dòng)系統(tǒng)的力矩特性并非越“軟”越好，太軟的啟動(dòng)特性對(duì)滿載啟動(dòng)并不利。滿載停車后，傳動(dòng)滾筒上將存在很大的逆轉(zhuǎn)力矩，如果啟動(dòng)力矩達(dá)不到額定力矩的90%，輸送帶不會(huì)動(dòng)。另一種情況如果啟動(dòng)力矩太軟，帶式輸送機(jī)在空載下可以正常啟動(dòng)，但一旦滿載時(shí)停車，再啟動(dòng)則十分困難，傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)打滑，產(chǎn)生大量的熱量，容易損傷膠帶和滾筒外皮，原因是軟啟動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)力矩的增大十

5、分緩慢，額定力矩由零增大至90%的時(shí)間過長，只有當(dāng)啟動(dòng)力矩達(dá)到90%的額定力矩并且輸送帶開始運(yùn)行和加速后，才能使力矩特性變軟，使輸送帶的慣性力降低，減少對(duì)輸送帶和其它機(jī)械部件的沖擊。3、長距離大功率帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性分析長距離大功率帶式輸送機(jī)一般采用大功率、高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并配置高壓變頻器對(duì)其進(jìn)行變頻調(diào)速，對(duì)于電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足其軟啟動(dòng)特性和對(duì)多機(jī)分散布置驅(qū)動(dòng)功率平衡的控制等特點(diǎn)，因而對(duì)于大型帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：（1） 多電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)時(shí)，均勻分配各驅(qū)動(dòng)單元的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率平衡的控制。（2） 節(jié)能環(huán)保，盡可能減小電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊；（3） 電控

6、系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的控制，應(yīng)實(shí)現(xiàn)較好的軟起動(dòng)性能，使帶式輸送機(jī)能夠在額定負(fù)載下具有較大的啟動(dòng)力矩，并順利起動(dòng)；（4） 控制起動(dòng)加速度，避免各部分零件在啟動(dòng)過程中受到的較大的沖擊，保護(hù)承載件不受損傷；（5） 電控系統(tǒng)具有可靠的過載保護(hù)能力；（6） 變頻驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)具有良好的可控性和變頻調(diào)速性能，能夠接受來自plc的信號(hào)，對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)加速、減速運(yùn)行，使設(shè)備正常的啟動(dòng)和制動(dòng)；（7） 具有驗(yàn)帶功能，在調(diào)試階段可以進(jìn)行慢速試車；（8） 長時(shí)間無故障運(yùn)行；（9） 帶式輸送機(jī)應(yīng)實(shí)時(shí)處于集中控制系統(tǒng)下，并能接受來自上游和下游設(shè)備的信號(hào)，對(duì)于一般故障及突發(fā)事故，控制系統(tǒng)應(yīng)該反應(yīng)迅速，做出報(bào)警或緊急停車動(dòng)作，在設(shè)備的沿線

7、應(yīng)配備監(jiān)控裝置，實(shí)時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。帶式輸送機(jī)在起動(dòng)過程中除了受靜張力作用外，還受附加動(dòng)張力的作用。動(dòng)張力與靜張力疊加，引起輸送帶張力的重新分配，并可能導(dǎo)致輸送機(jī)的不平穩(wěn)運(yùn)行甚至引發(fā)輸送帶接頭的失效及滾筒、托輥軸承及其它部件的損壞，從而破壞輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)大型輸送機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用動(dòng)態(tài)分析方法，分析帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性方程，以建立合理的起動(dòng)方案。從帶式輸送機(jī)的連續(xù)模型出發(fā)，分析帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)輸送帶做如下假設(shè)：（1） 輸送帶沿縱向的力學(xué)性能相同；（2） 物料均勻的分布在輸送帶上；（3） 托輥支撐膠帶均勻地布置，其阻力系數(shù)與帶速無關(guān)；（4） 輸送帶視作沿輸送機(jī)長度方向的一維桿件；（

8、5） 改向滾筒是剛性的；（6） 起制動(dòng)時(shí)，輸送帶的橫向振動(dòng)對(duì)縱向振動(dòng)影響很小，可忽略不計(jì)。4、起動(dòng)加速度的分析與計(jì)算承載分支托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg/m）；回空分支托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg/m）；輸送帶單位長度的質(zhì)量（kg/m）； 輸送物料單位長度的質(zhì)量（kg/m）； n驅(qū)動(dòng)單元數(shù)；驅(qū)動(dòng)單元第i個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·）；驅(qū)動(dòng)單元第i個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的傳動(dòng)比；r 傳動(dòng)滾筒半徑（m）；第i個(gè)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·）；第i個(gè)滾筒的半徑（m）；t拉緊裝置的1/2重錘質(zhì)量（kg）；c修正系數(shù)；f摩擦系數(shù)；g重力加速度（m/）；h輸送機(jī)卸料段和裝料段間的高差（m）；特種阻力（n）； 附加阻力（n）；設(shè)，帶入式（2.7 ）可得帶式輸送機(jī)的起動(dòng)加速度計(jì)算式為：式中 起動(dòng)系數(shù)；在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，帶式輸送機(jī)是一種給定起動(dòng)力矩的輸送設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)力和加速度是不可控的，設(shè)計(jì)值為：（1） 采用電機(jī)直接起動(dòng)方式，設(shè)計(jì)起動(dòng)系數(shù)= 2.0 ；（2） 配置液力偶合器啟動(dòng)方式，設(shè)計(jì)起動(dòng)系數(shù)=1.3-1.7；（3） 而采用變頻調(diào)速的驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力和加速度是可控的，我們可以設(shè)計(jì)最優(yōu)的加速度控制曲線，通過對(duì)變頻器參數(shù)的設(shè)置，可以給定一些加速度參數(shù)，設(shè)計(jì)起動(dòng)系數(shù)可取為1.05。綜上所述，設(shè)計(jì)電控時(shí)采用軟起動(dòng)方案對(duì)