带式输送机的电气传动系统设计毕业设计

第 III 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书 带式输送机的电气传动系统设计摘 要 带式输送机在现代物流和国民经济各部门当中发挥着极其重要的作用,随着带式输送机向高速、长距离、大运量的快速发展，对传动系统的的要求也越来越高，传动系统直接影响到输送机整机的工作可靠性及运行稳定性。这一系列的要求促进了如今带式输送机的快速发展。 本设计针对带式输送机的现状，采用PLC对带式输送机进行控制，通过电动机对传动系统提供动力，变频器控制电动机的转速。本文在介绍了带式输送机的基本结构的基础上还深入分析了带式输送机的工作原理，阐述了变频器的特点及优点，其中重点研究了输送机传动系统的设计方案,选择西门子公司的 S7 系列 PLC 作为系统的中控单元，并根据中控单元选择了相应的附件。根据皮带的运量、带速、胶带强度等参数计算出了带式输送机的运行功率，选择了电动机型号。依据电机参数通过计算得出需要的变频器型号。带式输送机具有跑偏、欠速、撕裂等保护功能，据此选择了相应的传感器,最后对本论文的研究进行了总结。 关键词： 带式输送机 电气传动系统PLC控制 变频器 电动机 Abstract Belt conveyorplays an extremely important role inmodern logistics all sectors of the national economy,As the belt conveyorto therapid development of high speed,long distance,large capacity,the transmission systemof theincreasingly high demands,and requirements of the transmission system are also getting higher and higher, transmission system directly affect the whole machine working reliability and the operation stability of the machine.This series of requirementsto promote the rapid development ofthebelt conveyor. The design for the status quo of belt conveyor,Using PLC to control thebelt conveyor,themotor provides the powerfor the transmission system,and the inverter control motor speed.This paper introduces the basic structure of the belt conveyor on the in-depth analysis of the working principle of belt conveyor,also describes the featuresand advantages ofinverter ,Which focuses on thedesign ofthe driving system of the conveyer.Finally, this paper summarizes and prospects.Keyword: belt conveyor electric drive system PLC control Frequency converter Motor目录摘 要IAbstractII1绪论11.1 本设计的研究背景及意义11.2 论文的主要研究内容11.3 国内外研究现状22带式传输机的概述32.1带式传输机的定义32.2带式输送机的分类32.3 带式输送机的结构32.4 带式输送机的现状与发展趋势53变频器的简介63.1变频器的定义63.2变频器的分类63.3变频器的基本原理63.4变频器的选型原则和注意事项73.5通用变频器调速系统电动机容量的选择83.6变频调速的基本原理94传动系统的选择与计算124.1PLC选型124.2电机选型134.3变频器的选型154.4传感器的选型185系统电路图215.1皮带输送机控制系统框图215.2电气原理图215.3变频器端子接线图22结论24致谢25参考文献26第 26 页辽宁科技大学本科生毕业设计说明书1绪论1.1 本设计的研究背景及意义 带式输送机自1795年被发明以来，经过两个世纪的发展，已被电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等各行各业广泛采用。特别是第二次工业革命带来了新材料、新技术的采用，使带式输送机的发展步入了一个新纪元。当今无论从输送量、运距、经济效益等各方面来衡量，它已经可以同火车、汽车运输相抗衡，成为三足鼎立局面，并成为各国争先发展的行业。带式输送机因其具有结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用寿命长、运转稳定、工作可靠性和密封性好、占据空间小等特点，并能适应在各种恶劣工作环境下工作，包括潮湿、泥泞、粉尘多等，所以它已经是国民经济中不可或缺的关键设备。加之国际互联网络化的实现，又大大缩短了带式输送机的设计、开发、制造、销售的周期使它更加具有竞争力。 带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备相比，不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠,易于实现自动化、集中化控制,特别是对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。特别是近10年，长距离、大运量、高速度的带式输送机的出现，使其在矿山建设的井下巷道、矿井地表运输系统及露天采矿场、选矿厂中的应用又得到进一步推广。 随着自动化技术的不断发展，带式输送机将向现代化、智能化、安全化、方便可靠化的方向发展，交流拖动控制系统和变频调速控制在输送机械中必将得到更为广泛的应用，因此对输送机机控制系统进行研究具有重要的现实意义。1.2 论文的主要研究内容 本设计针对带式输送机的现状，采用PLC对带式输送机进行控制，通过电动机对传动系统提供动力，变频器控制电动机的转速。本文在介绍了带式输送机的基本结构的基础上还深入分析了带式输送机的工作原理，阐述了变频器的特点及优点，其中重点研究了输送机传动系统的设计方案,通过给定参数及要求，经过计算，对电动机、变频器、传感器进行选型，最后对本论文的研究进行了总结。1.3 国内外研究现状 八十年代末期以来,我国的矿用带式输送机也有了很大的发展,对其关键技术研究和新产品开发都取得了可喜的成果。输送机产品系列不断增多，从定型的SDJ、SSJ、STJ、DT等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列，如国家“七五”攻关 项目大倾角带式输送机成套设备、“九五”攻关项目-高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等都填补了国内空白，开发了大倾角、长距离输送原煤的新型带式输送机系列产品并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了多种软起动和制动装置及以PLC 为核心的可编程电控装置。但与国外相比，其机型一般都偏小，特别是带速通常均不超过4m/s，对高带速输送机及其动态设计与计算机监控等关键技术问题缺乏实践经验。由于带速普遍较低，许多设计单位仍延用以往的静态设计法，用加大输送带安全系数的方法来提高设计的可靠性，其结果不仅增大了设备成本，而且降低了设备运行的可靠性。此外，我国输送机制造企业追求小而全模式，未能像国外一样形成大规模的元部件专业生产厂或加工中心，致使元部件设计与制造水平得不到有效提高。建立带式输送机的输送带在起动和停机过程中的动力学方程,求解输送带上不同点随时间推移所发生所的变化找出变化剧烈的张力波可能造成的破坏，这就是带式输送机的动态分析。动态分析技术是一门综合性学科，不仅要对整机运行全过程的动态特性进行分析更重要的是对其涉及到的基础理论，运用现代先进技术进行系统研究，是当今世界的高新技术。 2带式传输机的概述2.1带式传输机的定义 带式输送机又叫做胶带输送机，它是一种以摩擦力作为驱动力，并以连续方式运送物料的机械设备。2.2带式输送机的分类 TDII型固定式带式输送机 QD80轻型固定式带式输送机 普通型 DX型钢绳芯带式输送机 U型带式输送机 带式输送机 管形带式输送机 气垫带式输送机 特种结构性 波状挡边带式输送机 钢绳牵引带式输送机 压带式带式输送机 其他类型 2.3 带式输送机的结构 带式输送机的基本组成： 1 输送带2 托辊3 滚筒及驱动装置4 制动器5 张紧装置6 装载及卸载7 清扫器 图2.1 带式输送机整机结构图 输送带：经常使用的有橡胶带及塑料带。橡胶带一般在环境温度为-1540摄氏度之间工作。并且物料的温度不能超过50摄氏度，如果超过50摄氏度以上的话，订货的时候需要向厂家告知，换用耐高温材料的输送带。输送散粒状物料的倾角在12度24度之间。需要大倾斜角输送物料时则可采用裙边带。塑料带耐油、耐酸、耐碱等方面的优点，但是对气候的适应性方面较差，并且容易打滑及易老化。带宽是带式输送机的主要技术参数。 托辊：主要包含缓冲托辊、槽形托辊和调心托辊等。缓冲托辊安装在受料部位，用来减小物料对输送带的冲击力；槽形托辊的作用是支承承载分支，用来运输散粒物料；调心托辊是用来调整输送带横向位置的，防止输送带跑偏； 滚筒：一般分为驱动滚筒及改向滚筒两种。驱动滚筒主要是用来为输送机传递动力的。分为单滚筒、双滚筒及多滚筒等。改向滚筒主要用来改变输送带输送方向的。 张紧装置 ：作用主要为了使输送带达到所需的张力，避免在驱动滚筒上面打滑，并保证输送带在托辊间挠度在规定范围之内。主要包括车式拉紧装置、重锤张紧装置及螺旋张紧装置。 驱动装置：主要包含电动机、减速器、联轴器或者液力耦合器、逆止器或者制动器等。2.4 带式输送机的现状与发展趋势 我国生产的带式输送机的品种、数量及类型比较多。在“八五”这段期间内,自国家“日产万吨综采设备”项目的开展和实施,我国带式输送机的技术水平相比之前有了较大的提升,煤矿、井下等使用的大功率、长距离类型的带式输送机关键技术的研究以及新产品开发方面都取得了相当大的进展。例如长距离、大功率的输送机成套设备、工作面顺槽可伸缩的高效高产带式输送机等都填补了国内输送机领域的空白,并且针对带式输送机的关键性技术及主要元部件进行了理论方面的研究以及产品的开发,研制出了很多种软起动和制动的装置以及以PLC控制为核心的具有可编程功能的电控装置,驱动系统则采用了调速型的液力偶合器以及行星齿轮的减速器。 为了满足高效高产集约化的生产需求,要加提高带式输送机的输送能力。带式输送机今后发展的必然趋势是：长距离、高带速、大运量、大功率 。除了需要进一步提高和完善现有元部件的可靠性和性能,还需要继续研究开发新的技术及元部件,例如高性能的可控软起动技术、动态监控和分析技术、高速托辊、高效贮带装置、快速自移机尾等等,使得输送机的性能及可靠性方面均得到提高；此外还需要不断扩大输送机功能需求,例如使一机具有多用化，使运料、运人或者双向运输等功能得到拓展,做到一机多用,使其充分发挥最大的经济效益。另外还需要不断开发特殊型带式输送机,如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升类型的输送机等等。3变频器的简介3.1变频器的定义 变频器是结合微电子及变频技术，通过变化电动机工作时的电源频率的方式来控制交流电动机的电力设备。3.2变频器的分类 变频器的分类方法可以有很多种，有按照技术特点来分的，有按照电压等级来分的，也有按照应用场合来分的。l 按照供电方式分类按照供电方式可分为交流变频器和直流变频器两种。交流变频器按照交换的环节又可分为AC-DC-AC，AC-AC。l 按电源性质分类按电源的性质分为电流型和电压型变频器。电流型变频器是在中间的环节采用了大电感作为储能元件，用来缓冲无功功率，从而扼制电流变化，使得电压的波形更接近正弦波，因为该直流的内阻很大，所以称为电流型变频器。电流型变频器的主要特点就是扼制负载的电流频繁且急剧的变化。故此种变频器常用于负载电流变化很大的场合。电压型变频器的主要特点则是中间环节采用大电容来作为储能元件，靠它来缓冲负载产生的无功功率，由于其直流电压相对平稳，直流电源的内阻比较小，和电压源相似，所以称为电压型变频器，它常常被用在负载电压变化很大的场合。l 按工作原理分类按照其工作原理来分类可以分为转差频率控制变频器、V/f控制变频器以及矢量控制变频器等l 按照开关方式分类按照其开关方式分类可分为PWM控制变频器、PAM控制变频器、高载频PWM控制变频器l 按照用途分类按照用途分类可分为通用变频器、高频变频器、高性能专用变频器、单相变频器以及三相变频器3.3变频器的基本原理目前来讲，经常使用的变频器主要是采用了交-直-交的工作方式，首先将交流电源经过整流器变换成直流电源，然后将直流电源再变换成电压、频率都可以调控的交流电源来供给电动机。变频器电路主要由主电路及控制电路构成的。l 主电路主电路就是负责将调压调频电源提供给异步电动机的电力转换部分。变频器的主电路主要可以分成两大类：一类是电压型，就是将电压源的直流电变换为交流电的变频器，其直流回路是靠电容来滤波；另一类则是电流型，就是将电流源的直流电变换为交流电的变频器，其直流回路是靠电感来滤波。主电路由整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组成l 控制电路控制电路是给异步电动机供电的主电路供应控制信号的回路。主要由中央处理器、数字信号处理器、I/O接口电路、A/D和D/A转换电路、输出信号检测电路、通讯接口电路以及控制电源等组成3.4变频器的选型原则和注意事项 首先需要依据机械对于转矩和转速的需求,确定出机械要求的最大的输入功率(即电机额定功率的最小值)。可根据公式P= nT /9950(kW ) 其中:P代表机械需求的输入功率(kW );n代表机械的转速(r/m in);T代表机械的最大转矩(Nm)。然后,选择电机的极数和额定功率。同步转速取决于电机的极对数,规定电动机的同步转速应该尽可能的覆盖整个调速范围,使连续负载的容量尽可能得高一些。最后,依据变频器的额定电流和输出功率略大于电动机的额定电流和功率的原则来确定变频器的型号和参数。原则如下:1)根据负载特性选择变频器。应依据该负载是属于恒功率负载、恒转矩负载或者平方转距负载来选择不同型号的或者专用变频器。2)选变频器的时候应该用实际的电动机的电流值来作为变频器选择的依据,电动机额定功率用来作为参考值。此外,应该充分考虑到变频器的输出中包含丰富的高次谐波,它会使电动机功率因数及效率下降。所以,采用变频器来给电动机供电和采用工频电网来供电对比,电机电流会增加10%左右,而升温能增加20%左右。因此在选择电动机及变频器的时候,应该适当地留有一定的余量,来防止升温过高。3)变频器如果需要长电缆运行的时候,应采取措施来抑制长电缆对地的耦合电容的影响,来避免变频器出力不够的情况。因此变频器应该放大一档或者两档来选择，亦或者在变频器输出端位置安装输出电抗器来解决。4)对一些特殊应用的场合来说,例如高海拔高度、高开关频率、高环境温度等等,这些场合会引起变频器降容,则变频器需要放大一档来选择。5)利用变频器来控制高速电动机的时候,因为高速电动机电抗比较小,因此会产生许多高次谐波。然而变频器的输出电流值会因为这些高次谐波而增加。所以,选择应用于高速电机的变频器的时候,应该要比普通电机的变频器稍微大一点。6)启动防爆电机的时候,如果变频器没有防爆的构造,应该将变频器设置在危险场所以外的地方。7)用变频器来驱动绕线转子异步电机的时候,绕线电机与普通的鼠笼电机相比较时,由于绕线电机绕组的阻抗相对较小,比较易发生因为纹波电流而引起的过电流跳闸的现象,所以应该选择比往常容量稍大一点的变频器。8)针对振动机和压缩机等转矩波动比较大的负载以及油压泵等具有峰值负载的情况下,若根据电机的额定电流或者功率值来选变频器容量的话,可能会发生因为峰值电流使过电流保护动作的现象。所以,应该掌握工频运行的状况,挑选比其最大的电流更大的额定输出电流的变频器。9)单相电动机不适用变频器驱动3.5通用变频器调速系统电动机容量的选择 在通用变频器组成的变频调速控制系统的时候，有的时候需要原有的电机，有的时候还需要增加新的电机，但是不管针对的是哪一种情况，不仅要核算必要的电动机的容量，还需要根据电动机的运行环境，选择相应的电动机防护等级。与此同时，因为变频器驱动电机运转，所以要按照通用变频器驱动的条件来选择，否则很难达到预期想要的目的，还有可能造成没必要的损失。适用于通用变频器来驱动的电机大致上可以分为普通异步电机、特殊电机、专用电机等类型1） 选择的电动机容量应该大于负载需要的功率，应该将正常运行速度时所需要的最大输出功率作为依据，当运行的环境很差时最好留有一定的余量2） 应该使得选择的电机的最大转矩和负载所需要的启动转矩比较留有一定的裕量3） 所选的电机在整个运转范围之内，应该有充足的输出转矩，如果需要拆除原来的减速箱时，应该按原来减速比考虑增大电机容量，或者另外选取电机的型式4） 应该考虑到电机低速运行时的温升能够在允许的温升范围之内，并且需要保证电机寿命的周期5） 针对被拖动机械负载的性质，确定合适的电动机的运行方式考虑到以上条件，实际电机的容量可以依据电机的容量等于被驱动的负载所需要的容量与将负载加速或减速到所需要速度的容量之和的原则来确定 3.6变频调速的基本原理根据三相异步电动机的相关知识，异步电动机的转速n表示为： （3.1） 其中： 异步电机的转速，单位为r/min； 电机的转差率； 电机定子的电源频率，单位为Hz； 异步电机的极对数。三相感应电动机的调速方法可分为两大类：一类是通过改变同步转速从而改变转速，具体方法有变极调速(改变极对数)和变频调速(改变频率)；另一类是通过改变转差率来实现调速，这就需要让电动机从固有特性上运行改为人为特性上运行，具体方法有变压调速(改变电源电压)，转子回路串电阻调速(改变电阻)，转差离合器，串级调速等。由上式可知，如果改变输入电机的电源频率，则可相应改变电机的输出转速7。电动机调速是一个很重要的过程，它的关键因素在于，要保持每极磁通量为额定值不变。若磁通过大，会达到饱和状态，严重时会因为励磁电流过大而使绕组过热从而损坏电机；但是磁通太弱的话，又说明没有充分合理的利用电机的磁心，这会造成一种资源浪费。对于直流电机来说，只要对电枢反应给予适当补偿，就很容易做到保持不变，因为该励磁系统是独立的。而交流异步电机的磁通是由转子和定子共同产生的。三相异步电动机每相电动势的有效值 （3.2） 其中：气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V； 定子频率，单位为Hz； 定子每相绕组串联匝数； 定子基波绕组系数； 每极气隙磁通量，单位为Wb；由式（3-6）可知，只要控制好感应电动势和定子频率，就可以控制磁通中气隙磁通量不变，需要考虑基频(额定频率)以上和基频以下两种情况：1) 基频以下调速当电源频率在基频以下调速时，电动机转速下降，且始终要保持常数，因此在调节电源频率的同时，还要调节电动机的定子电压，否则电动机无法正常工作。原因是三相感应电动机定子绕组相电压，当电源频率下降时，若还保持电源电压为额定值不变，则气隙每极磁通必须增加，在电动机设计时，磁路本来刚进入饱和状态，的增加使磁路饱和，电动机空载电流急剧增加，使电动机负载能力变小，从而导致电机无法正常工作,这是不允许的。因此,降低电源频率的同时,必须降低电源电压，并使常数。由于气隙磁通恒定不变，电动机基频以下的调速可视为恒磁通调速，在调速过程中电磁转矩保持不变，由此可见，从基频向下变频调速属于恒转矩调速。 2) 基频以上调速当电源频率在基频以上调节时，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子相电压是不允许在额定相电压以上调节的，所以当上调时，只能保持定子相电压为额定值不变。于是，当越高时相反地将越低，但上升，由此可见，从基频向上变频调速属于恒功率调速。异步电动机的变频调速控制特性，如图所示，就是把基频以下和基频以上两种情况结合起来得到的结果。在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；而在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，基本上属于“恒功率调速”方式。 图3.1 异步电动机变频调速控制特性 4传动系统的选择与计算 图4.1带式输送机实物图4.1PLC选型 采用西门子公司的 S7 系列可编程控制器作为本系统的电气控制单元，这一系列的PLC 主要采用模块化方式设计，依据需要来选择对应的模块来实现系统相应的功能。PLC系统硬件如下：CPU 315-2DP的特点如下所列举：（1） 具备中、大规模程序存储容量及数据结构，若有需求，可以供给SIMATIC 功能工具以使用。（2） 对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力。（3） 具有PROFIBUS DP 主站/从站的接口。（4） 可以应用于大规模 I/O 配置。（5）可用于分布式 I/O结构 电源模块为PS307 电源模块（10A）（6ES7307-1KA00-0AA0）,此电源模块具备以下特点： （1）输出的电流 为10安。 （2）输出的电压为24V；（3）连接单相的交流系统(输入电压120/230VAC，50/60Hz)。 （4）可用作负载电源。 数字量的输入模块：sm321；DI 32*24VDC，(6ES7321-1BL00-0AA0)该数字量的输入模块具有以下的特征： （1）32 个输入点，带隔离，16 点为一组。 （2）额定输入电压 24VDC。 （3）对开关和 2/3/4 线接近开关比较适用 数字量输出模块：SM322；DO 32*24VDC/0.5A，(6ES7322-1BL00-0AA0)，该数字量输出模块具有以下特性： （1）32 个输出点，带隔离。8 点为一组。 （2）0.5A 输出电流。 （3）24VDC 额定负载电压。 （4）使用于电磁阀、直流接触器和指示灯。 模拟量的输入模块：SM331，AI8*16 位；(6ES7331-7NF00-0AB0)，此模拟量输入模块包含如下的特性： （1）4 通道中 8 输入。 （2）测量值的精度为 15 位。 （3）每个通道可选的测量方法；电压，电流。 （4）可编程诊断。 （5）可编程诊断中断。 （6）带有极限监控功能的两个通道。 （7）可编程极限中断。 （8）与背板总线接口的光电隔离。 （9）各个通道之间所允许的共模电压不超过 50VDC4.2电机选型皮带输送机主要参数如表4.1： 表4.1 皮带输送机主要参数 胶带 长度 宽度 带速 运输能力 运输倾角 PVG2000 3400m 1.4m 4m/s 2000t/h 0.5 (4.1) 式中，P：电动滚筒电机的功率； f：托辊的阻力系数，其中f=0.025-0.03； C:轴承、输送带等处的阻力系数，该数值可以从图表中查得； L:改向滚筒及电动滚筒中心的水平方向投影； Gm:改向滚筒、输送带改向滚筒等旋转零件的重量，该值可以从表中查得； V:带速（m/s）； Qt:输送量（t/h）； H:输送高度（m）； B:带宽（mm）。 经过查表可以得到，C=5.9，Gm=110；运送高度 H=3400sin0.5=29.6； =1365.6kW (4.2) 经过计算得到电机功率为 341.4kW，初步决定采用 YBSS-400（G）输送机用隔爆型的三相异步电机，本电机适用于煤矿及井下工作面的输送机或者与其负载相似的机械设备。可以在高度不超过 1000m，温度在 0摄氏度+40摄氏度之间，相对湿度低于 百分之九十五(温度 25的时候)，并且在包含爆炸性气体和甲烷混合物矿井之中安全的使用。 性能及主要技术参数： 电动机防爆型式：矿用隔爆型 防爆标志：ExdI 电机的主要技术参数如表所示： 表4.2 YB315S-4 电动机参数 型号 额定功率 重量 额定电流 额定转速 效率 功率数 （kw） (kg) (A) (r/min) (%) cos YBS-400 400 300 87 1485 94 0.84 图4.2 YB315S-4 电动机实物图 4.3变频器的选型 变频器是输送带运输系统中的重要组成部分，它能不能正常、可靠的工作，它关系到了整套输送带的运输系统能否正常地运行。经对比之后，决定选用 QJR 系列的变频调速装置，该变频器是矿用隔爆兼本安型的。该系列变频器主要用于煤矿具有煤尘、瓦斯等爆炸环境中，作为交流异步电机的变频调速。 该变频器采用矢量控制技术，主要器件采用原装进口，保证了长期运行的可靠性，并具有明显的节能效果，适用于煤矿井下胶带运输机、刮板运输机等设备。QJR 系列变频器主要有以下特点： （1）软启动、软停止。启动/停止时间一句带式输送机机的长度任意可调，使带式输送机具备平滑的启动特性，可取消液力耦合器，使电机与减速器可以直连。同时，可以使用 S 型加速曲线进行加减速，使得启动更加平稳，对机械系统的冲击减到最小。 图4.3 变频器 S 型加速曲线 （2）启动电流小，对电网冲击小。由于采用 S 型曲线加减速，对机械系统系统冲击小，因此起动电流小，对电网的冲击也非常小。 （3）起动转矩大，实现重载起动。由变频器调速装置驱动下的电动机机械特性曲线，由曲线我们看到，在任何频率下，电动机都具有非常好的机械特性。同时，在电机启动时，即可达到 1.52 倍的额定转矩。 （4）多机联动及功率平衡。在胶带输送机多台电机工作时，通过变频器之间的 PID调节，调整对应变频器的频率，实现多机的实时功率平衡。 （5）低速验带。输出频率 0.5-50Hz 连续可调，可实现低速运行及电机可执行的任意带速工作。 （6）下运控制。对于下行运输的胶带输送机以及乘人的钢丝绳牵引带式输送机，可以选用四象限防爆变频器，将下运时的势能转化为电能回馈电网，由电气制动生成制动力矩。不仅解决了制动力矩不足时的“飞车”题，提高了系统的安全性，还达到了节能降耗的目的。 （7）应急工频系统。大功率胶带输送机可选用应急工频系统，以保证运输系统的连续性。 （8）便于设备移动。由于采用真空热管散热技术，使设备可随生产需要方便的进行移动。 变频器容量的选择应满足变频器的额定输出容量 (4.3) 式中， U 最高频率时电动机端电压； I 单台电动机最高频率时的额定电流； N 电动机台数； K 波形修正系数（取 1.051.1）。 上式表明，变频器额定容量大于电动机组额定容量。由于高次谐波的影响，将使电动机的损耗增加，故加入波形修正系数K ，再乘以安全系数 1.1。 应满足变频器的 60s 过载容量 (4.4) 式中， 同时起动的电动机台数； 应满足变频器额定输出电流。 上式表明，本变频器 60s 过载容量大于电动机组起动容量。 应满足变频器额定输出电流 （4.5） 式中，单台电动机最高频率时的额定电流。 上式表明，变频器额定电流大于电动机组的额定电流，两者相差一个安全系数 1.1和波形系数K 。 应满足变频器允许的 60s 过载电流 (4.6) 式中，最高频率时电动机的起动电流； 单台电动机最高频率时的额定电流。 即变频器 60s 过载电流大于电动机组的起动电流，两者相差一个安全系数 1.1 和波形系数K 。 本系统中一台滚筒由两台电动机驱动，所以上述公式中的 N 值应取 2。在实际变频器容量选择中采取大于电动机一个等级的办法。变频器参数如表所示。 表4.3 变频器参数表 输送电压 额定输出功率 额定输出电流 额定输出电流 适配电机 （V） （KW） （A） （A） （KW）660 500 480 500 400 4.4传感器的选型（1）KBW-220L 矿用隔爆往复式拉绳开关。KBW-220L 矿用隔爆往复式拉绳开关具有独立左右往复操作功能，自动锁定，手动复位，内置 OMRON 开关，是理想的进口替代产品。当带式输送机（主机）工作现场发生设备事故时，人为拉动主机沿线任一本开关的绳索，均可启动立即发出报警、停机信号，实行主机紧停，对设备和人身安全进行保护。可实现往复式双向拉动拉杆进行操作。 其主要技术参数如下： 额定电压：127VAC、200VAC 两种兼容； 触点容量：5A； 动作力矩：2N.m； 隔爆等级：EXdI； 污染等级：3 级； 工作环境：在符合安全标准的具有甲烷等爆炸性气体的混合物矿井下，应无显著的动摇和剧烈冲击振动； 可靠程度：无故障工作次数100000 次。 （2）KBW-220P 矿用隔爆两级跑偏开关。KBW-220P 矿用隔爆两级跑偏开关是一种用于检测输送机的跑偏量，当跑偏量达到一定程度时，起到自动报警各停机的作用。 其主要技术参数如下： 额定电压：127VAC、220VAC 两种兼容； 触点容量：5A； 动作力矩：35N.m； 角度组合：常规报警和停机为 12、30两级动作角度； 隔爆等级：EXdI； 接点输出：常开、常闭两组任。 （3）KBJ-220Y 隔爆打滑(欠速)开关。KBJ-220Y 隔爆打滑(欠速)开关采用非接触方式，通过 CPU 集成电路控制，安装在被动滚筒的侧面，对带式输送机带速进行检测，当皮带打滑时给予警告和连锁停机信号。有一级轻度打滑报警、二级重度打滑自动报警、停机功能，打滑率和测速延迟均为可调，是理想的进口替代产品。当监测到当前转速信号低于或高于正常转速范围时，开关输出一组开关信号，以供报警或停机。无运动部件、无磨损、安全寿命长，一体化结构，集成电路控制制定或故障检修简单。 其主要技术参数如下： 额定电压：127VAC、220VAC、24VDC 三种； 检测带速范围：0.19.9m/s； 检测转速范围：03000rpm； 隔爆等级：EXdI； 开关与目标距离：212mm，最佳距离为 8mm； 探测指示器：当目标在传感器的范围内时，LED 发亮，有助于调整传感器位置、检测传感器或检查接线故障。 （4）KBA 防爆按钮开关。KBA 防爆按钮开关采用钢结构外壳，外壳采取静电喷塑工艺(银灰色)，美观大方。开关设计将低的行程和高的触觉反馈结合在一起，满足了手套感觉不同的要求。杠杆按钮柄凹去的阻挡层可增强手指的定位并有助于防止在一次按压时两个相邻的部件无意的动作。停止按钮和启动按钮有明显不周的触感，同时随开关另附锁定锁，防止维修时发生意外。尤为适合各种严酷的环境，诸如矿山、仓库、港口的爆炸性气体环境中使用，特别适用于煤矿井下使用。工作电压等级 220VAC，触点容量为 5A，每只按钮内独立的一对常开触点，一对常闭触点。 （5）BZL-220B 隔爆纵向撕裂保护装置。BZL-220B 隔爆纵向撕裂保护装置。胶带输送机在有载运行过程中，物料有时会混入金属利器等杂物。当其随输送带运行时，可能全穿透输送带，从而造成长距离撕裂。纵向撕裂保护装置是防止皮带不撕裂或少撕裂的装置，是保护胶带输送机安全运行必不可少的设备。 其技术指标如下所示： 触点容量：电压：380VAC，50Hz，10，5A； 感知器工作电压：12VDC； 输出信号延时范围：160s； 可调触点数量：1 组常开，1 组常闭； 工作电源：控制箱为 220VAC； 防护等级：ExdI； 感知器：常规一控制箱配 4-6 支感知器。 （6） KBZ-220 隔爆型位置开关。KBZ-220 隔爆型位置开关是胶带输送机的重要保护装置之一，采用接近开关，具有优良的防隔爆的独立操作及正确无误的电气性能，当物体接近于限位开关 310mm 左右时，常开触点闭合，立即发出报警、停机信号，实行主机紧停，对设备和人身安全起到保护作用。 其主要技术参数如下： 额定电压：127VAC、220VAC 两种兼容； 工作电压：220VAC； 触点容量：220mA； 接近距离：310mm。5系统电路图5.1皮带输送机控制系统框图皮带输送机控制系统 现场监控和报警 远程监控和报警皮带纵撕检测皮带跑偏检测数据库查询系统报警显示远程控制趋势曲线显示现场工况状态显示输送机系统现场控制输送机系统工况显示皮带欠速检测 图5.1 皮带输送机控制系统框图5.2电气原理图 通过断路器 QF 控制主电路供电，供电电路通过熔断器FU 向系统供电，以防止电流过大对电机造成的损坏。滚筒主电机可以分为工频和变频运行两种工作方式。当滚筒主电机变频运行时，交流接触器 KM1 吸合，主电路向变频器的 A1、B1、C1 端供电，变频器输出端 U、V、W 分别连接交流接触器 KM3 的主触点。当滚筒主电机工频运行时，交流接触器 KM1 断开，KM2 吸合。交流接触器 KM3控制主电路向滚筒主电机供电。 图5.2 电气原理图 变频器在带式输送机系统中起着重要的作用，它可以有效的降低电机启动时对电网的冲击，增加启动转矩，并起到改变电机转速，节能减耗等作用，是带式输送机系统的重要组成部分。该系统中，滚筒电机可以工作在工频和变频两种方式下，当工作在变频方式时，电机的转速、加速时间等参数可以通过变频器的调节面板修改，中控单元 PLC还可以通过变频器的端子采集并控制变频器的频率变化，以达到自动控制的目的。5.3变频器端子接线图 图5.3变频器端子接线图结论本设计针对带式输送机的现状，采用PLC对带式输送机进行控制，通过电动机对传动系统提供动力，变频器控制电动机的转速。本文在介绍了带式输送机的基本结构的基础上还深入分析了带式输送机的工作原理，阐述了变频器的特点及优点，其中重点研究了输送机传动系统的设计方案。主要实现了系统的硬件选型，根据煤矿系统工作环境恶劣，对设备安全性要求高的特点选择西门子公司的 S7 系列 PLC 作为系统的中控单元。并根据中控单元选择了相应的附件，来采集现场模拟量和数字量信号。根据皮带的运量、带速、胶带强度等参数计算出了带式输送机的运行功率，据此选择了 YB315S-4（400kW）型电机作为输送机的驱动单元。依据 YB315S-4 型电机通过计算得出需要的变频器功率 500kW。带式输送机具有跑偏、欠速、撕裂等保护功能，据此选择了相应的传感器，由于煤矿安全的需要所选传感器均为矿用安全隔爆型。根据所选电机和变频器的型号设计了电机的控制电路，该电路具有电机过流、短路保护等保护，通过接触器的开断电机可以在工频和变频两种工作方式下运行。致谢 我在论文写作期间，翻阅了大量的参考书，也浏览了许多与输送机密切相关的网站，有些比较棘手的问题解决了，但仍有一些难题没有解决，这些难解决的问题都是在马老师的精心指导下所完成的，在这里，我对马老师的指导表示衷心的感谢。马老师知识渊博、思维敏锐，总揽全局的眼光使我在学习工作中收到了非常大的启发。 感谢我的同学，他们也给了我很多真挚的帮助，和他们在一起的日子是我在大学期间非常快乐的时光。最后，对于评阅了本论文初稿的老师和在论文期间给予我宝贵意见和建议的老师，表示衷心的感谢。他们在课题中参与的讨论，启发了我的思维，帮我解决了所遇到的技术难点；没有他们的热心帮助，我想我的论文会出现更多技术上的错误或难点，内容也将会更加肤浅。在此，也一并感谢所有帮助过我使我能够完成课题，然而却无法一一列出他们名字的人们! 特别感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！参考文献1 马新春.通用变频器选型与维修技术J中国电力出版社 ，20092 王兆义编著可编程控制器教程M. 北京：机械工业出版社，20013 汪晓光，王艳丹，孙晓瑛编著可编程控制原理及应用M北京：机械工业出版社，19944 冯圣华.小孙学变频J.机械工业出版社，20095 黄金花应用PLC进行带式输送机控制J电子学报,20026 刘载文.李赢升，钟亚林 输送机传动系统设计M北京：电子工业出版社，19967 西门子公司SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册8 余雷声编著电气控制与PLC应用M北京：机械工业出版社，19969 李华可编程控制器（PLC）在 输送机传动系统设计中的重要作用J科技与经济，200610 常晓玲 变频器选型M北京：机械工业出版社，200611 肖军.孟令军编著 全程图解变频器应用与检测技能M北京：清华大学出版社，200812 杨宁主编 AutoCAD电气设计M北京：高等教育出版社，200113Joseph Z.Lu. 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