发布时间 : 星期五 文章毕业论文-皮带节能控制系统设计更新完毕开始阅读8032570652ea551810a68731
中国矿业大学2012届本科生毕业设计
每一组电机内部力矩平衡是多电机驱动要解决的最主要问题，负载变化、电机参数及皮带松紧等因素，都会对电机的速度和出力产生扰动性影响，为了使系统稳定地工作，几台电机必须保持一致的速度，同时尽可能保持均匀的出力，这要靠变频器内部特殊软件和控制系统软件来共同实现。使功率平衡度控制在5%以下。
（2）解决皮带重载启动问题
在皮带工作中，可能会因各种原因，使皮带突然停车，这时皮带上就会有很重负载，如果这时启动皮带，就会使电机的出力超出正常出力，必须做到，低速、缓慢启动，减少加速度以便不使皮带打滑或撕裂，这需要控制系统软件根据现场实际情况和传感器的测量值来控制变频器完成。
（3）解决低速验带问题
在皮带安装初期，或在检修期间，要检查皮带质量，如果以高速运行，对检修人员安全不利，也不利于对皮带进行认真检验，应该使皮带工作速度降到0.2米/秒以下，可有利于人工验带。
（4）具有150%过载能力，和过欠电压，过电流，接地保护； （5）把解决液压盘式制动器与变频器工作配合问题
变频器工作时，液压盘式制动器要松闸，而变频器停车时，要及时抱闸，在紧急情况下，还要利用液压盘式制动器帮助变频器快速停车，所以这要靠PLC进行准确协调的控制。
2主要技术特性及功能
变频调速装置的调速范围为0~100%连续可调；在整个频率调节范围内，电动机功率因数保持在0.95以上。过载能力：为150％，满足带式输送机重载启动及其他运行工况的要求。变频装置对电网电压的波动有较强的适应能力，在-10%～+10%电网电压波动时仍能满载输出，满足煤矿的电压大幅波动的要求。
变频装置设以下保护：过电压、过电流、欠电压、缺相保护、不平衡保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、堵转保护、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护、漏电保护、单相接地保护等。保护的性能符合国家有关标准的规定。并提供故障、断电、停机等报警。变频调速装置的控制系统采用全数字微机控制，变频装置带故障自诊断功能，具有完整的故障监测电路和精确的故障报警保护，对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员辨
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别和解决所出现的问题。变频装置有对变频器内部温度的监控功能，当温度超过变频器允许的环境温度时，变频器须提供报警。
对电网反馈的电流谐波小于4%，符合国标GB14549-93对谐波失真的要求，输出电流谐波小于2%，符合IEEE 519 1992。变频器内置谐波滤波器，并配EMC滤波器、电抗器，使设备产生的谐波满足电能质量公用电网谐波（GB/T14549-1993）的要求。系统具有RS485标准通讯接口，能与PLC通讯，实现远程控制。
3 皮带节能控制系统总设计
煤矿皮带运输系统是煤炭生产过程中一个重要的运输环节，一台效率高、可靠性高的皮带运输系统将会使工厂生产效率大大提高。皮带节能控制系统的设计主要包括两个方面：一个是机械结构的设计；另一个是PLC电气控制的设计。机械结构是控制系统的基础，是实现控制功能的前提；PLC电气控制系统是实现控制功能的核心部分，两方面的设计过程相互独立，同时也需要交流。两方面的设计可同步进行，但是需要先分析和研究控制系统的整体功能，对整体结构深入了解之后，设计出整体框架，明确两个部分的具体功能及两个部分的接口。设计本着设备可靠性高、技术先进的原则进行配置。采用当前国际上成熟的技术和设备，系统性价比高，并配套先进的监控软件。
3.1皮带节能控制系统组成
变频器驱动系统：2台电机（660V/315kW）采用低压变频“一拖一”方式，传动之间通过通讯连接，实现变频器的主从控制，从而实现驱动之间的功率平衡、速度同步。同时以专用通讯方式与PLC和控制部分上位机相连，实现统一监测和控制。
PLC控制系统：采用PLC＋上位机相结合的监测控制方式。采用西门子S7-300系列PLC控制方案，上位机选用双工控机系统，可靠地实现了控制、拖动、监测的无缝连接。控制部分与高低压配电柜、变频驱动、皮带保护进行通讯，实现皮带机所有运行数据的监测与控制。
PLC控制系统既与变频器通讯又与上位机通讯，主要实现整个皮带机的逻辑控制、速度设定、现场设备状态和数据采集，以及与皮带机的联锁控制。PLC和各驱动间采用PROFIBUS-DP实现通讯。
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本控制系统是一个对皮带进行时间、速度、力矩、综合控制系统。系统参数设置灵活、控制方便、可维护性强、有多种控制方案组合、具有皮带综合保护和上位机画面监控功能，是一个皮带输煤系统整体控制方案。
皮带运输控制系统主要由防爆变频器、液压抱闸系统、集控系统、皮带运输机、减速箱等设备组成。如图5所示，
抱闸集控系统减速机煤电机电机减速机煤仓变频器变频器抱闸图5 上行皮带运输系统组成
3.2皮带节能控制系统的工作原理
接通电源后，通过按下控制面板上的启动按钮，整个系统开始工作，集控系统、ACS800变频器、液压抱闸系统、减速机等按照程序设定的顺序启动，同时PLC检测外部各个开关量反馈的状态，以确定如何进行控制。控制过程与结构如下图：
（运行信号反馈）延时2S（Y）延时5S皮带起车（N）抱闸开闸皮带预警整流起车逆变起车集控（故障信号反馈）皮带停车皮带预警急停逆变减速逆变停车整流停车抱闸 图6 皮带运输系统控制逻辑图
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操作监控计算机IPC工业以太网S7-300CPUCP操作台PSI/OPRFIBUS-DPACS800NPRA-12ACS800NPRA-12ACS800NPRA-12ACS800NPRA-12IMET200控制器
图7 系统网络通讯图
3.2 PLC控制系统控制要求
PLC控制系统选用西门子公司PLC可编程控制器S7-300， PLC配置电源模块、远程I/O适配器、开关量输入模块、开关量输出模块以及模拟量输入／输出模块。PLC主要负责信号的采集、处理、控制和管理。PLC控制系统和其它在线检测设备相连接，一方面接收现场设备的测点信号，并将它们送往上位机显示；另一方面，又根据操作台和上位机发出的指令，向现场设备发出执行信号，以实现设备的控制、设备之间的连锁启停，以及声光报警等。
系统配置以太网接口，与矿调度中心通过工业以太环网联网，上传系统监控参数。
主要控制内容：
通过Profibus DP总线方式与两变频器通讯：实现电机的软起动、软停止、调速控制。采集运行、故障等状态参数和电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、频率、电机转速等运行参数；控制张紧装置的开、停，检测张紧装置工作状态；采集两主电机绕组和前后轴承温度；采集减速器的前后轴承温度；控制皮带机盘形闸油泵的开、停，检测盘形闸装置工作状态，防止高速抱闸；检测高、低配电柜状态参数（合闸、分闸、故障）；实现与带式输送机保护系统连接，完成皮带保护控制功能。
3.3上位机监控系统控制要求
监控操作室选用两台双机热备工控机进行监控，构成监控操作站，在屏幕上有软件操作台，通过画面按钮可下达生产指令，包括工艺流程选择、互
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