基于PLC及变频器技术的带式输送机控制

时间：2024-05-19

张传兴

（山东服装职业学院，山东泰安271000）

0 前言

带式输送机是输送系统的重要组成部分，更是能源消耗型企业生产主要用设备。近几年，随着PLC、变频器技术的日趋成熟，基于PLC及变频器技术的带式输送机控制模式得到了从业者的关注。较之传统工频拖动模式，基于PLC及变频器技术的带式输送机控制模式有望解决运行不经济、电机无法软起软停、机械冲击剧烈等问题。因此，探究基于PLC及变频器技术的带式输送机控制模式就具有非常重要的意义。

1 以PLC及变频器技术为基础的带式输送机控制设计

1．1 选择具有PLC系统功能的变频器

为实现以PLC技术及变频器技术为基础的带式输送机控制，可以应用VFD-E系列兼具PLC系统功能的新型变频器系统，其具有多种现场总线通讯模块，较为适应系统整合应用、远程控制应用，且内建的PLC功能可以代替小型单片机控制器、定时器、计数器，满足对价格敏感的机械加工行业的要求。所选择的变频器为直流母线并联供应电力能源模式，在同一个刹车模块进行了230V 1phase and 460V 3phase滤波器内建。整体采取欧式设计方式，允许导轨背板加挂。

1.2 变频器组装与调整

在带式输送机控制现场，将新型变频器设置在带式输送机保护箱内，应用于矿井新建1680工作面，实现变频器的同步运行、集中管理以及带式输送机的控制。同时采用三电平的硬件拓扑结构，用于控制交流异步感应电机、永磁同步电机，满足带式输送机不同电机工作模式。具体如下：

如图1所示，根据带式输送机实际控制需求，可以另外加入数字量输入/输出模块，分别为32个点、16个点，搭配主CPU模块自带的32个数字量输入/输出点运作。控制箱内，使用带有PLC功能的变频器开展DP信息交互，实时监控变频器状态，并经集中式或分布式控制模式，对变频器主从机参数设置进行调整[1]。现场选择四台带有PLC功能的变频器依次靠近机头平行巷道摆放，电抗器柜则摆放在垂直巷道内（其中两台变频器共用1#移变作为输入电源，另外两台变频器共用2#移变作为输入电源），两者距离在30.00m左右。其中跑偏传感器、撕裂传感器、断带传感器驱动同轴连接滚动作为主机，温度传感器、速度传感器则驱动两滚筒作为从机运作，各滚筒之间依赖皮带传动。主机可以接收来自具有PLC的变频器的启动/停止信号，经外加通讯模块Q68ADI（或EC-TX103，用于RS-485）给予从机频率给定。外加通讯模块采取24V电力资源供应，且预留两个模块的空位，便于后期控制。在外加通讯模块支持下的RS485通讯模式中，主CPU所在的控制柜可以与尾部控制柜展开通讯，并经直接扭矩控制变频器。

图1 以PLC及变频器技术为基础的带式输送机控制拓扑

从软件上来看，以PLC及变频器技术为核心的带式输送机控制系统主要选择DP控制方案。这一控制方案下，带式输送机控制系统可以划分为上位机程序、下位机程序两个部分。前者包括通信模块、信号采集模块、数据库模块、界面显示模块几个模块；后者包括触摸屏通信、数字量处理、工作模式选择几个模块[2]。通过上述软件结构搭建，可以瞬时完成向变频器发出启动/停止/故障控制命令、给变频器发送速度/转矩给定信号、从变频器中读取状态值/实际值、修改变频器参数值等诸多功能。

从功能上来看，以PLC及变频器技术为基础的带式输送机控制模式包括集中控制、就地控制、闭锁控制、点动控制、检修控制等几种。在带式输送机控制模式确定为集中控制模式时，可以根据内置的程序进行设备的自动化启动/停止、故障处理[3]。一般需要顺产品输送流进行停止，逆产品输送流进行启动，达到防控胶带上残留产品增加后续开启启动负荷的目的；在带式输送机控制模式确定为就地控制模式时，操作者可以经触摸屏上控制点，或者在设备自带控制按钮的支持下，进行设备的直接控制；在带式输送机控制模式确定为闭锁控制时，与带式输送机运作相关的全部设备均无法正常操作，仅在解除闭锁后方可继续操作，常用于人为设备维护、检修操作，可防控设备突然启动对操作者的危害；在点动控制模式下，可以进行某一台设备的自动控制，为设备调试、故障维修提供良好的环境；在将带式输送机控制模式调整为检修模式时，全部保护作用会暂时丧失，仅可利用拉绳开关进行机器的关停，进而利用设备自带控制按钮/触摸屏上控制点进行设备控制[4]。

1.3 变频器参数调整

为保证以PLC及变频器技术在带式输送机控制中功能的充分发挥，需要对环境参数、电机参数进行逐一调整。环境参数涉及了输入线电压波动范围、直流母线电压、半母线电压波动范围、温度、湿度等，一般在监控显示谐波处于较小的数值时，可以将输入线电压波动范围设定为1 185~1 230V@50Hz，同时将直流母线电压设定为1 890 V。

在电机参数调整时，需要对异步电机额定功率、额定频率、额定转速、额定电压、额定电流、定子电阻、转子电阻、漏感、互感、空载电流等进行逐一调整。一般可以将异步电机额定功率调整为500kW，额定频率为50Hz，额定转速为1 485r/min，额定电压为1 165 V，额定电流为315.82A，定子电阻为0.022Ω，转子电阻为0.025Ω，漏感及互感分别为0.75H、22.8H，空载电流则为86.5A。

2 以PLC及变频器技术为基础的带式输送机控制实施及效果

将设计的以PLC及变频器技术为基础的带式输送机控制系统应用于某矿105#项目，当前系统运行状况良好。系统以多电机系统自动控制的形式，实现了两台电机的同步、重载启动，解决了以往带式输送机无法带重载启动的难题，也规避了因重载时故障停机需清扫后再启动的情况。通过对生产班组载产品皮带变频器运行进行监控，得出GD2500-V1.0305-T运行频率为42.56Hz，连接状态为高线，最大值为42.92Hz，最小值为42.29Hz，时间间隔为10.00 000s；GD2500-V1.0305-T母线电压为1 792.5V，最大值为1805.23V，最小值为1 785.20V，时间间隔为10.00 000s；GD2500-V1.0305-T输出电流为122.51A，最大值为1 28.21A，最小值为118.21A，时间间隔为10.00 000s。由上述数据可知，高线连接状态下，现场监控生产班组载产品带式输送机变频器运作较为稳定，表明这一控制模式可以降低施加于带式输送机电轴上的冲击电压以及轴电流对电机轴承的电腐蚀，在保护电机绝缘的基础上，提高系统整体运行安全可靠性。