基于动态负荷预测的皮带输送机控制系统

采用无速度传感器矢量控制的防爆变频器与交流异步电机构成交流变频拖动,是目前符合井下皮带输送机拖动要求且价格适中的最佳拖动设备。皮带输送机的负载一般都是不固定的,皮带的恒速运行会造成极大的浪费。特别在煤矿,煤的产量是极不均匀的,皮带运输系统的运煤量也是不均匀的,在负载较轻或无负载时,皮带输送机系统的髙速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重,同时电能消耗也比低速运行时大的多,而且此时机械和电能的消耗是无用的。因此,有必要研究开发皮带输送机智能控制系统,实现皮带机自动调速智能控制。这一研究可充分发挥设备潜能,提高矿井自动化控制水平,并且可大大节约电能,同时降低皮带运输系统的设备损耗,延长设备的使用寿命。

控制系统硬件构成

皮带输送机控制系统由变频器、执行电机、控制装置和负载电流检测等组成。控制装置由可编程逻辑控制器PLC、A/D及D/A转换模块等组成,其中变频器由隔爆壳主腔、隔爆接线腔、本安控制腔、变频调速控制系统、程序参数控制器组成,控制装置由可编程逻辑控制器PLC、AD及D/A转换模块等组成。负载电流信号来源于各驱动皮带机变频器的电流反馈信号21,硬件框图参见图1。

煤矿井下皮带输送机系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动,每个驱动滚筒由单一的1台电机拖动。PLC可实现功率平衡、起动信号给定、速度控制与给定、与其他控制器通讯、数据采集和集控等功能。变频器具有故障自诊断及反馈、运行状态反馈、电流反馈、无速度传感器矢量控制、加减速时间、S型曲线任意可调等功能与特点。另外,变频器还具有PID控制器选件和工/变频转换系统。

具体硬件组成为:①控制装置:FX2N-32MT、X2N-4AD、FX2N-4DA;②变频器:ZJT-30隔爆兼本安变频调速装置ⅹ4;③交流异步电机:200kW×4。

系统控制方案

(1)采用ZT-30隔爆兼本安变频器对本级和前级皮带输送机的4台交流电机进行驱动控制,变频器可实现电机的软起动与软停车。

(2)选用三菱公司的FX2N系列PLC(FX2N32MT)及A/D、D/A(FX2N-4AD、FX2N-4DA)模块组成控制装置。通过动态负荷预测实现皮带机根据负载的大小进行实时变频调速,使皮带机以最大负荷状态运行。由PLC通过A/D模块集中采集本级和前级皮带输送机4台驱动电机的负载电流信号(变频调速装置的电流信号),经控制软件处理、计算后,由D/∧A模块输出控制频率信号,控制变频器以相应的频率驱动皮带输送机,完成皮带运输系统的自动变频调速控制。即在皮带机智能控制系统正常运行情况下,当负载变大时,皮带机很快加速运行,达到期望的速度后稳定运行;当负载变小时,皮带机很快减速,达到期望的速度后稳定运行;空载时皮带机以最低转速运行。

(3)系统的控制采用防爆控制箱远程控制,同时具有皮带带速显示、报警、自动/手动切换及验带功能,手动控制保证控制器在故障情况下的运行,验带功能实现运输机的低速验带。

(4)变频调速装置具有网络通讯功能,可实现远程监测与控制。