PLC皮帶機變頻調速實現方法

摘要：皮帶機是煤炭生產中最主要的運輸設備。文章結合PLC皮帶機變頻調速智能控制系統構成及特點分析，探討PLC皮帶機變頻調速的實現方法，并進行經濟效益分析，為改進煤炭運輸設備提供技術上的參閱資料。

關鍵詞：PLC皮帶機 變頻調速 實現方法

1 概述

在煤炭行業，皮帶機已經成為主要的生產運輸設備。由于煤礦開采的不均衡性，使皮帶機的運量不能保持穩定，導致皮帶機長期不能滿載運行，皮帶機配置的電動機一般均有20%～45%的富余量，導致電動機效率長期處于50%以下，經常處于“大馬拉小車”的工作狀態。皮帶機長期空載、輕載運行，造成相當一部分電能的耗費。雖然很多礦井皮帶機選用了變頻調速裝置，但只是起到了軟啟軟停的作用，皮帶機運煤的整個過程都是以固定速度運行，不能根據煤量大小調節皮帶機運行速度，使變頻器的主要功能失去作用，浪費了變頻器的設備投資，沒有真正實現皮帶機變頻調速運行的目的。針對這種情況，可設計PLC皮帶機變頻調速智能控制系統，在變頻調速運行模式下實現皮帶機的效率最大化。

2 PLC皮帶機變頻調速智能控制系統的組成

2.1 礦用隔爆兼本質安全型變頻調速裝置：將變頻調速技術和電氣防爆技術結合起來，用于有爆炸危險場所的電機調速節能的高科技產品。該產品具有多種控制和保護功能，可應用于煤礦井下等爆炸危險場所。該變頻裝置以全新的設計線路，將變頻技術、隔爆及本質安全技術等結合起來。主回路采用交—直—交電壓型IGBT變換器；采用32位數字信號處理器DSP實現空間矢量PWM控制；采用嵌入式控制軟件V3.0版控制IGBT的驅動和保護。

2.2 礦用隔爆兼本質安全型可編程控制箱：礦用隔爆兼本質安全型可編程控制箱由PLC控制器、A/D轉換器、電量變換器、智能節電程序等組成。本裝置將智能控制與PLC相結合，利用PLC實現智能控制，既保留了PLC的可靠、靈活、適應能力強等特點，又提高了控制系統的智能化程度。電量變換器主要元件是霍爾傳感器，通過霍爾傳感器檢測外部負載電流的變化，及時反饋給變頻器。

2.3 主控臺：主控臺主要包括顯示儀表、指示燈、礦用本安液晶顯示器（觸摸屏）、音響設備等可對皮帶機的運行狀態、故障狀態、故障可能原因、過程變量進行顯示和報警。同時生成速度圖、力圖、趨勢圖以及運行歷史記錄。主控臺上的操作手柄、轉換開關、按鈕等，可對皮帶機進行各種操作和控制。

3 PLC皮帶機變頻調速實現方法

PLC皮帶機變頻調速的實現就是通過皮帶機運煤量大小的情況來調節皮帶機的帶速，方法是變頻器與D/A轉換器相連，A/D轉換器分別與PLC、D/A轉換器以及電量變換器相連，PLC控制器的控制輸出端與變頻器相連。由礦用隔爆兼本質安全型可編程控制箱中的電量變換器將皮帶機運行過程中電機的電流、電壓、功率因數、力矩等信號實時采集到PLC，經可編程控制器PLC的PID運算，計算出皮帶機在運行過程中的負載量，判斷皮帶的實時運行情況。通過程序計算由PLC輸出0～5V或4～20mA信號控制變頻器，實時跟蹤調節電壓和頻率，變頻器根據負載變化輸出相應的功率，達到皮帶機隨負載動態調節運行速度和力矩的功能。采用PLC變頻調速智能控制系統后，皮帶機的運行速度不僅可以隨煤量大小來調節，而且還可以根據皮帶機運行情況分為三個運行區間。第一，高負載區：皮帶機上煤量達到額定煤量時，皮帶機滿負荷運行，這時系統控制變頻器輸出使電機以額定轉速運行；第二，中負載區：當皮帶機上煤量減少時，系統控制變頻器輸出使電機以中速運行；第三，低負載區：當皮帶機上煤量很少或無煤時，系統控制變頻器輸出為零，使電機處于低速爬行甚至為休眠等待狀態。

4 PLC變頻調速智能控制系統的特點

4.1 高效節能：實現了皮帶機的全過程變頻運行和速度的閉環控制，運煤速度大小可隨著煤量變化自由調節。負載電流下降率可達40%，節能效果顯著。

4.2 減少維護量，延長皮帶機使用壽命：由于節能模式運行時的速度很低，機械部分的磨損大大降低，相對延長了皮帶機的使用壽命，減少了皮帶機的維護量和維修費用。

4.3 實現軟起動：真正實現了皮帶軟起動，通過電機的慢速啟動，帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使啟動過程的張力波極小，幾乎不對皮帶及機械部件造成損害。

4.4 平穩的重載啟動：完全解決了重載停機時起動困難的現象，變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，啟動力矩大，低頻運轉可輸出1.5-2倍的額定轉矩，因此最適于重載起動，不會出現皮帶打滑現象。

4.5 對電網無沖擊：起動時電流小，為額定電流的1.5倍以下，完全避免了對電網的沖擊。

4.6 提高功率因數、提高系統效率：大大提高了系統的功率因數和系統效率。整個皮帶機運行過程中：功率因數≥0.95，效率≥96%。

4.7 安全可靠：采用了高性能的變頻器及可編程控制器，皮帶機長期運行在節能模式下，使整個系統的運行更安全更可靠。

5 經濟效益分析

使用PLC變頻調速智能控制系統成功實現了礦用皮帶機的全過程變頻運行速度的控制，皮帶機的運行速度可隨著煤量變化而自由調節，從而達到節能降耗的目的，其節電率可達到25%～50%，經濟效益和社會效益顯著。

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