技术说明书-矿用带式输送机电控系统

矿用带式输送机电控系统技术说明书上海申地自动化科技有限公司目录1概述........................................................................................................................12遵循原则及依据....................................................................................................13技术规格与要求....................................................................................................14技术说明................................................................................................................15设备清单..............................................................................................................15矿用带式输送机电控系统技术说明书第1页共15页矿用带式输送机电控系统技术说明书1概述带式输送机是矿井运输的咽喉设备之一，提高矿井煤炭生产的运输能力，进一步提高矿井生产的自动化水平，是煤炭生产的急需解决的问题。随着防爆变频器的问世，运输机的电机驱动，多数采用电驱动方式有：软起动器和变频器。采用变频器的目的是解决：a)高精度的转矩控制；b)多机运行过程中的功率平衡；c)净化环境、安全生产。2遵循原则及依据2.12005年版《煤矿安全规程》；2.2GB3836.1～4-2000《防爆规程》；2.3GB/T13926-92《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》2.4GB50070-94《矿山电力设计规范》；2.5MT/T184-1999《带式输运机电控装置技术条件》；2.6用户根据实际需要对带式输送机电控提出技术要求。3技术规格与要求由用户提出。4技术说明带式输送机电控系统包括：驱动、控制、操作、保护、通讯五大部分，协调运行，共同完成胶带机运行的软起、软停和过程控制。4.1驱动部分驱动部分可以选用矿用软起动器，也可以选用变频器。若选用变频器，则可选用我公司生产的BPJ1系列矿用隔爆兼本质安全型交流变频器（详见图1）。其控制功率见表1。其控制原理如图2所示。图1BPJ1-□/1140（660）矿用隔爆兼本质安全型交流变频器矿用带式输送机电控系统技术说明书第2页共15页主要规格参数表1型号BPJ1-□/1140（660）适用电动机功率（kW）1518.522303745557590110132160200220280315400500额定输出额定电流（A）114010121520253036506073871061321461852092653306601721253442516386103126151183229252320360457/额定过载电流额定电流的150%1min电压（V）三相1140/660V,50/60Hz输入电压相数·电压·频率三相1140/660，50/60Hz容许波动电压＋10～－15%，频率：±5%输出频率设定最高频率（5～400）Hz可变设定基本频率（5～400）Hz可变设定起动频率（0.5～60）Hz可变设定载波频率（2～6）KHz可变设定精度模拟设定：最高频率设定值的±0.3%（25±10℃）以下；数字设定：最高频率设定值的±0.01%（－10～＋50℃）分辨率模拟设定：最高频率设定值的二千分之一；数字设定：0.01Hz；（99.99Hz以下），0.1Hz（100Hz以上）控制过程控制PID（标准比例、积分、微分、闭环控制）转矩提升自动：根据负载转矩调整到最佳值；手动：0.1～20.0编码设定起动转矩150%以上（转矩矢量控制时）加、减速时间（0.1～3600）S，对加速时间、减速时间可单独设定4种，可选择线性加速减速特性曲线附属功能上限频率、下限频率控制、偏置频率、频率设定增益、跳跃频率、瞬时停电再起动（转速跟踪再起动）、电流限制运转运转操作触摸面板：运行键、停止键，远距离操作；端子输入：正转指令、反转指令、自由运转指令等频率设定触摸面板：∧键、∨键；端子输入：多段频率选择；模拟信号：频率设定器DC（0～5）V或DC（4～20）mA运转状态输出集中报警输出。开路集电极：能选择运转中、频率到达、频率等级、检测等9种或单独报警模拟信号：能选择输出频率、输出电流、转矩、负载率（0～1Ma）显示数字显示器（LED）输出频率、输出电流、输出电压、转速等运行数据液晶显示器（LCD）运转信息、操作指导、功能码名称、设定数据、故障信息等灯指示（LED）充电（有电压）、显示数据单位、触摸面板操作指示、运行指示制动制动转矩100%以上电容充电制动20%以上电容电制动（10～15）%制动选择内设制动电阻外接制动单元和制动电阻100%四象限整流回馈（60%～100%）直流制动设定制动开始频率（0～60）Hz，制动时间（0～30）s，制动力（0～200）%可变设定保护功能过电流、短路、接地、过压、欠压、过载、过热、电动机过载、外部报警、电涌保护、主器件自保护外壳防护等级地面IP54，井下ExdibI冷却方式45kW以下自然冷却，45kW以上热管冷却.外形尺寸㎜功率（kW）45以下45＜P≤500长期工作制876×767×10151440×1061×1083短期工作制876×767×1015重量（kg）400750矿用带式输送机电控系统技术说明书第3页共15页4.1.1变频器的选型1）确定负载的机械特性a）恒转矩负载TL（阻转矩）＝FL×rTL——传送带与传输拖辊之间的摩檫力FL与半径r的乘积b）恒功率负载不同的转速下，负载功率是不变的。c）平方律负载阻转矩与n2（转速）成正比。2）确定变频器的容量一般情况下，变频器的电流大于或等于额定电流，即：IB≥Ie。在连续变动负载中，变频器应选电流大于或等于电机运行过程中的最大电流，即：IB≥Imax。对三相电机而言，P2（电机功率）＝COSIU33）确定变频器的控制方式变频器控制方式有：a）V/F＝C恒定控制（V/F频率控制、V/F速度控制）适用于水泵、风机一类平方律负载；b）矢量控制矢量控制通过三相-两相变换和同步旋转变换，把交流异步电动机在按转子磁链定向的同步旋转坐标上等效成直流电动机，从而模仿直流电动机进行控制，得到在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美的交流调速系统。矢量控制强调转子磁链与转矩的解耦，实现连续控制，调速范围较宽。c）直接转矩控制直接转矩控制与矢量控制不同，直接转矩控制放弃了旋转坐标变换，而是在静止两相坐标系上控制转矩和定子磁链，并采用砰-砰控制以获得快速的转矩响应。直接转矩控制强调控制定子磁链，不受转子参数随转速变化而变化，采用转矩和定子砰-砰控制而避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，动态响应快。以上b）、c）适用于重负载或恒转矩工况。4.1.2现以直接转矩控制的变频器为例：（见图2）矿用带式输送机电控系统技术说明书第4页共15页图2DTC控制原理图直接转矩控制具有以下优点：1)直接转矩控制（DTC）与矢量控制不同，直接转矩控制的反馈量是力矩信号，高速数字信号处理器每秒钟更新40000次实际检测的电流信号和DC母线电压信号，再由这些信号根据自适应电机模型计算出力矩信号，并对其进行直接控制。它较矢量控制通过控制电流来间接控制力矩的方法更直接、快速、高精度。直接转矩控制技术的特点：a)电机磁场矢量轨迹接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小得多。b)电机的数字模型是建立在定子坐标系下分析并控制磁链和转矩的，省掉了复杂的坐标变换及其计算，因而控制系统十分简单，物理过程直接明确。c)直接转矩控制采用定子磁链定向，该量仅与定子电阻有关，只要知道了定子电阻，就可以进行磁链矢量控制。d)直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果，避开了通过控制电流，磁链等量间接控制转矩的过程，而是直接控制电机转矩，因而使电机获得极高的响应频率，从而保证电机具有良好的速度控制能力。同时也使得系统具有较强的抗机械谐振能力。e)精确的电机模型，高速数据处理技术，借助于独立控制的两点转矩调节器和磁链调节器，使优化脉冲控制逻辑以极快的响应频率去高速更新控制脉冲的状态，保证了转矩阶跃响矿用带式输送机电控系统技术说明书第5页共15页应快速且无超调，也使得系统有很好的零速满转矩能力，特别适合提升应用。f)由于直接转矩控制方式不需要测速反馈信号，因此可以不装测速机，其转矩和速度的控制水平优于闭环直流调速，如果有测速机反馈转速信号的话，直接转矩控制系统的各项指标均远高于其他各项控制方式。4.2控制部分由KXJD1-127隔爆兼本质安全型电源控制箱和CXH-1/9.5本质安全型操作台组成。1)控制原理理想的启动速度曲线，应使带式输送机平稳启动，且在整个启动过程中加速度的最大值较小，没有突变，即最大限度地减小启动惯性力和启动冲击作用。国内常用的控制曲线如图3所示，其曲线方程为：v(t)=v/2(1-cosπt/T)0≤t≤Tv：设计带速，T：启动时间。由于输送机在启动之前，输送带处于松弛状态，为避免输送带的冲击，将输送带拉紧启动，可进一步改善启动峰值张力作用。这样，需要在启动开始阶段加入一段时间延迟段，其最佳起动曲线如图4所示。延迟段的速度一般取为设计带速的10％。图3上述曲线中启动时间T是非常重要的设计参数，一般可根据设计经验，通过控制启动最大加速度或平均加速度，初步确定启动时间，再根据动态分析结果进行优化。通常情况下，长距离带式输送机的启动最大加速度不大于0.05m/s2，中长距离带式输送机的启动最大加速度不大于0.1m/s2。T加速度时间T/2速度0V/2V加速度的导数速度矿用带式输送机电控系统技术说明书第6页共15页a)变频器的启动控制曲线理想的启动速度曲线，应使带式输送机平稳启动，且在整个启动过程中加速度的最大值较小，没有突变，最大限度地减小启动惯性力和启动冲击力。本技术方案检验控制曲线如图4所示。图4起动过程为避免输送机在启动过程中发生共振现象，本方案启动时间T根据我公司的经验设置在T≥5L／Vw，即启动时间T大于下分支输送带纵向波由机头传到机尾所需时间的5倍。L：输送机总长，mVw：输送带纵向应力波传递速度，m/sVw=EB/（qB+qRu）E：输送带弹性模量，N/mmB：带宽，mmqB：输送带单位质量，kg/mqRu：下分支托辊转动部分质量，kg/mb)起动时的功率平衡（详见图5）。为达到这一效果，本方案采用交流变频器作为驱动部件。在多机拖动时，根据皮带机机械驱动装置的布置，BPJ1系列变频器可实现转矩或速度全程跟踪，达到功率平衡。如：当2台以上电机同时起动，且前两台电机处于同轴时，则两同轴的1号电机设为主机，2号电机必须设为转矩跟踪；不同轴的3号电机设为速度跟踪。并将2号变频器的速度输出作为3号变频器的速度输入给定。如此，便能实现3台电机功率平衡。c)变频器的停车变频器的停车由自由停车和变频停车两种。自由停车是靠系统惯性停车，变频停车是按0.1VTV0时间速度皮带拉紧时间矿用带式输送机电控系统技术说明书第7页共15页图5起动时的功率平衡矿用带式输送机电控系统技术说明书第8页共15页预定的停车曲线停车，即：正常运行停车时，PLC控制器给变频器一个停车命令（可以是接点信号，也可以是4-20mA给定的倒“S”型或线性停车曲线），变频器会按照给定的停车曲线和时间自动进行停车，即：变频器在接收到停车指令后，会按给定的减速参数尽可能地减速到给定值，然后开始直流制动。