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基于 PLC及变频器技术进行带式输送机控制的探讨

作者：陶伟日期：2015-12-12 14:14 来源：未知

【文章摘要】
在很多生产型企业中，会使用大量的带式传动设备，带式传动设备可以进行长距离的输送，运送量远远超过人工搬运，而设备的操作和维修都很简单和方便。不过随着带式传动设备使用量的增加，原有的控制系统凸显出了很大的问题，断带、超负荷运输、联轴器断裂等故障频繁，传动设备不能及时发现故障停止传动，极易发生安全事故。引入PLC和变频器控制系统，其自身性能稳定、拓展改造能力强，可以有效对速度、运量加以控制，并且对整个带式传动设备实施全面安全监控。
【关键词】
工程造价管理；工程量清单；问题探讨
带式输送机是大型生产企业主要生产设备，尤其是一些大型的现代化煤矿企业，从工作面生产到最后的运输装车，几乎都是由带式输送机来完成的。煤矿的生产安全和设备安全一直都是企业发展的一个重要内容，如何安全高效地进行生产运输成为了重要的研究项目。随着PLC以及变频器等自动化技术的不断发展，传统的运输机已无法满足煤矿企业自动化的生产要求，如何设计完善可靠安全高效的带式运输机控制系统，成为企业发展的重要问题。
1 控制系统
1.1 PLC 控制系统
1.1.1 PLC 控制系统的优势
PLC控制系统是由微型计算机来控制，利用传统继电器控制技术进行集成化整合之后发展成的新型工业控制器。PLC的原理是以自动化程序控制作为基础，各种电气回路作为辅助调节，实现的功能包括逻辑判断、逻辑计算、定时控制、记忆控制以及算术运算等，可以控制开关量和模拟量，可靠性非常高，控制的规模可以从几十个控制点到上万个控制点。可以完全满足各种工业环境现场，比如高温、高湿、震动冲击、腐蚀等恶劣环境。PLC控制系统常用于流水线生产、机械设备生产过程产安全和设备安全一直都是企业发展的一个重要内容，如何安全高效地进行生产运输成为了重要的研究项目。随着PLC以及变频器等自动化技术的不断发展，传统的运输机已无法满足煤矿企业自动化的生产要求，如何设计完善可靠安全高效的带式运输机控制系统，成为企业发展的重要问题。
1 控制系统
1.1 PLC 控制系统
1.1.1 PLC 控制系统的优势
PLC控制系统是由微型计算机来控制，利用传统继电器控制技术进行集成化整合之后发展成的新型工业控制器。PLC的原理是以自动化程序控制作为基础，各种电气回路作为辅助调节，实现的功能包括逻辑判断、逻辑计算、定时控制、记忆控制以及算术运算等，可以控制开关量和模拟量，可靠性非常高，控制的规模可以从几十个控制点到上万个控制点。可以完全满足各种工业环境现场，比如高温、高湿、震动冲击、腐蚀等恶劣环境。PLC控制系统常用于流水线生产、机械设备生产过程采用矢量控制技术，可以使电动机的负载能力和调速能力都达到优良的状态，还可以有效控制电动机柔性负载的软停车软启动，实现各个驱动设备之间的速度配比。使用变频器驱动系统可以有效提高带式输送机的稳定性，延长了设备的使用寿命。而且随着电子技术的高速发展，变频器的成本也随之降低，不过变频的性能和技术却随之增高。
1.3 PLC、变频器控制系统
为了确保自动化控制系统安全高效的运行，需要采用PLC作主控制器，PLC通过通讯网络与变频器进行通讯，对变频的实施监控。在控制主站里各个通讯设备的借口与总线连接，组成变频器控制系统。利用组态画面监测输送系统的运行状况，实现启动设置以及参数的设置。由于程序方案中主驱动是速度给定控制方式，电动机则是转矩给定控制方式，因此控制系统主要是对主驱动进行控制。变频驱动系统需要进行平衡调节，在这个过程中需
要设定一个速度值，变频器根据给定的速度值以及监测反馈的速度值对驱动电机实行闭环控制，确保主驱动的转速在偏差范围内。
2 带式输送控制系统
2.1 带式输送系统
带式输送机是生产型企业重要的运输系统，无论是食品型企业的流水线传动系统，还是钢铁煤矿等大型企业的产品运输系统，带式运输机都是必不可少的设备。不过。如果单纯依靠带式输送机本身的品质质量和优异性能，还远远达不到生产效率要求，因此需要对带式输送系统进行性能的完善，设置质量可靠的输送监控系统，用来实现带式输送机的集中控制以及安全监控。
带式输送系统的控制系统有着监控的功能，主要是为了实时监控带式输送系统的工作情况，防止带式输送机在工作时出现继电器触点损坏而出现电动机不转的情况。如果是煤炭企业的传递运输系统，它的工作环境非常恶劣，频繁发生输送带断裂、联轴器断裂、高负荷运转等故障。工业集成计算机可以实时显示输送系统的运行状态并对输送机进行集中控制，而PLC具有低能耗、易维护、操作简单、运行可靠等优点，则可以实时采集和控制工作现场的各种信号和数据。
2.2 带式输送系统的配置要求
带式输送系统对输送系统的长度、输送的运量、输送的速度以及稳定性有要求，这些要求取决于驱动装置的性能优劣。一旦驱动装置的性能较差，无法满足输送系统的运量、速度、功率平衡等要求，极易导致输送带断裂、打滑、过负载等问题。为了满足实际需要，驱动装置的配置提出了要求：
（1）驱动装置启动时可以满足曲线要求启动，启动的时间可以进行调节，并且可以满足满负荷启动；
（2）启动速度可以进行变化的值，减少启动时对输送带的损害；
（3）启动时尽量保持平稳，减小冲击力，避免各部件的损伤；
（4）启动时以及稳定运转时需要有过载保护的功能；
（5）多台驱动同时进行时，需要对电动机的功率进行平衡计算；
（6）需要配置先进的控制器以便完成集成控制。
2.3 带式输送控制系统
根据带式系统的配置要求，带式输送控制系统的组成如图所示：

2.3.1 驱动系统控制
现在使用的长距离大功率输送系统采用的驱动方式，包括CST可控启动传输、笼型电动机加载调速液力耦合器配合减速器驱动、变频器配合变频电动机减速器驱动、笼型电动机加载液粘离合器配合减速器驱动四个方式。
（1）CST可控驱动的优势是启动平稳、传动效率高、保护功能全调速范围广等。缺点则是设备体积大安装不方便，制动器
配置在高速轴上极为困难，设备复杂维护成本太高。
（2）调速型液力偶合器驱动系统的优点是电动机启动时间短，功率平衡率高采用扭矩可以缓解冲击防止动力过载，身结构简单工作环境影响不大，使用寿命长。缺点则是这一系统不是专门为输送机配置的专一系统，存在精度的差异。
（3）变频调速系统的优点是可以保持驱动之间的功率平衡，无论轻载负载都可以有效控制软启停控制；
（4）液体粘性传动系统传动性能、热性能、控制性能、使用性能上都具备很高的工业性能。
2.3.2 保护系统控制
由于带式输送机工作环境以及工作强度的影响，输送系统的安全性需要设置保护装置。在输送机上安装了温度、断裂打滑、跑偏等传感器，对故障进行实时报警，并且在故障严重时及时停下设备，止事故的扩大。
（1）温度保护
在驱动部分加装洒水管，配置温度保护传感器，利用洒水的方式进行超温控制和防尘处理。此项温度保护和烟雾报警相互配合使用，不仅可以在输送带发生燃烧事故时进行及时灭火,还可以如果输送机由于异常运转导致输送带温度过高时可以发挥作用。温度传感器的探头的材质一般是铅、锡等金属组成的易熔合金。探头的位置略高于输送带，一旦温度升高，探头熔化，水管中的水就会喷洒，迅速降低输送带温度，防止输送带烧毁。
（2）输送带断裂
输送带在运行中由于异物受到挤压或者刺入输送带导致输送带断裂，出现这种故障需要立即停车，避免断裂面积拉长造成更大的损失。保护输送带断裂采用的是检测保护，通过预埋的交替线圈对断带的信号进行采集，还会在输送带的上下面布置磁场探头，用来检测磁场的变化。当输送带发生断裂时，磁场也随之变化，探头会检测断裂信号发回 PLC，发出报警。
（3）打滑
在煤炭企业生产中，带式输送机运输含水分大的煤炭时，输送带会有水渍存在，输送系统会出现滚筒运行输送带停滞的故障。如果不及时发现，长期摩擦会导致输送带高温造成损坏甚至引发火灾。因此需要在输送带上加装速度传感器，一旦输送带速度到底触发下限报警，输送带会自动停车。
（4）滞物堵塞
输送带在实际运行中，运送产品会存在一些杂物，这类杂物会堵塞输送机的滞留槽，影响产品的运送，甚至会导致输送带的断裂。为此在机头部分加装探头，如果出现杂物堆积滞留时会触发探头，信号迅速传给 PLC，进行光信号报警。
3 结束语
在生产型企业中输送散料的安全性能最高、生产成本最好的设备就是带式输送机。尤其是一些大些生产型企业，比如煤炭、石油、电力、化工、冶金、建材等许多行业。随着企业的不断发展以及生产能力对设备运输要求的不断提高，带式输送机的工作要求已经朝着大运量、大功率、速度、长距离的方向进行发展。所以在生产中如何安全高效地控制带式输送机就越发显得至关重要。
【参考文献】
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[5]刘凯深.基于PLC的带式输送机监控系统的研究[D].西安科技大学 ,2010.