带式输送机软起动调速控制器设计
矿用带式输送机的软启动设备
矿用带式输送机的软启动设备[摘要]：本文主要阐述了带式输送机的可控电液软启动传输系统、调压调速软启动器、液体黏性软启动装置、永磁调速器（pmd）等软启动设备的技术问题。
[关键词]：带式输送机可控电液软启动调压调速软启动器中图分类号：td528+.1 文献标识码：td 文章编号：1009-914x（2012）26- 0324 -01带式输送机是煤矿常用的重要机械设备，其软启动装置更是重中之重，对于提高煤矿生产效率，保证安全生产，尤为重要。
1、可控电液软启动传输系统可控启动传输是一套可控启动装置的总称。
其主体是一个可控无级变速的减速器，其原理是在一级行星传动中，用控制内齿圈转速的办法调节行星架输出的转速，使负载得到所需要的启动速度特性和减速特性，并以任意非额定的低速运行。
内齿圈的转动用多片型液体黏滞离合器控制。
cst的可控无级变速减速器的传动系统输入轴（左侧）与鼠笼式感应电动机相连接，输出轴与带式输送机的驱动滚筒相连接。
电动机启动时，多片型离合器的液压缸上不加压，动、静片间有一定的间隙。
输入轴经级齿轮减速后，带动行星轮系的太阳轮旋转，因其动、静片间的间隙较大，动片的转动不受阻，内齿圈能自由旋转，行星轮仅能自转，行星架和输出轴不动，电动机系无载启动。
在电动机无载启动达其额定转速稳定运行后，负载的启动是由环形液压缸向离合器的动、静片上加压，改变动、静片间的间隙执行。
在输出轴上由电动机得到的转矩不小于负载的静阻力矩时，负载启动运转。
cst中与主体可控无级变速减速器配套的装置有：控制离合器环形油缸的液压伺服系统，给离合器和润滑系统供油的液压系统，油液冷却系统以及电控监测系统。
电控监测系统由可编程序控制器和监测各种参数的传感器组成cst可控启动传输的缺点：效率的提高只是机械传动效率，对整体传动系统的总体效率贡献不大；装置的体积庞大；设备维修困难，影响矿井的生产作业；运行装置的温度较高；有时漏油，隐藏较大安全隐患；运行费用高。
煤矿皮带运输机PLC控制系统的设计与实现
Automatic Control •自动化控制Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 137【关键词】PLC 控制系统 皮带运输机 软硬件设计 安全生产推动煤炭运输技术发展，提高煤炭生产开发效率，是新时期社会发展提出的根本需求。
想要让国家实现绿色可持续发展，就必须要科学地进行能源开发，在满足能源需求的基础上，坚持绿色开采。
而皮带运输机PLC 控制系统的应用在提高效率、节约能源、降低成本等方面都发挥着重要作用，因此成为焦点之一。
1 煤矿皮带运输机PLC控制系统硬件设计皮带运输机本身的运输量较大、维护较为简单、操作便捷，在煤炭开采运输中，可以有效提高运输效率，降低运输成本。
但是在实际应用的过程中，皮带运输会出现跑偏、打滑、噪声、断裂等情况，将PLC 控制系统应用在皮带运输机中可以让系统更加完善，运行效果也会得到改善，生产运输安全也会得到保障。
首先，需要确定PLC 控制系统中使用的可编程控制器，本文选择的PLC 控制器为S7-200。
这种控制器最大的特点在于可以和其他网络进行连接，组建形成一系列复杂的控制系统，进而满足特定的功能需求。
然后，要对电机控制回路进行设计，在实际应用的过程中，可以使用两台三相异步电动机并联在三相电源上，然后利用的不同的电路控制两台电机的启动和关闭。
2 煤矿皮带运输机PLC控制系统软件设计在确定PLC 控制系统的硬件设备后，还要对系统软件进行设计，以此提高系统的灵活性。
2.1 地址分配设计I/O 地址分配是软件系统中最重要的部位，在大部分PLC 控制系统的编程说明中都针对这一软件设计进行了分析。
一般情况下，需要根据实际需求对PLC 的FO 点数进行估算，煤矿皮带运输机PLC 控制系统的设计与实现文/郭宁计算出确定数据后才能够购买对应型号的PLC 控制系统设备。
不同PLC 设备的电路连接方式不同，都是由FO 模块上的FO 地址分配确定的，FO 设备功能离不开FO 地址的分配。
采用PLC实现传送机的无级调速控制设计
一、序言根据国家教育部的要求，高等学校毕业生在毕业前要进行毕业实习和毕业设计或撰写论文（统称毕业环节），这是高等教育不可或缺的一个重要环节。
毕业环节注重理论与实践相结合，将课堂学到的知识与实际工作中的问题结合起来，培养学生解决实际问题的能力，同时也增强了学生适应实际工作的能力，是迈向实际工作岗位前的一次重要演练。
二、毕业设计内容用PLC实现传送机的模拟量调速控制要求。
系统由传输带、电动机、变频器、指示与主令控制单元及PLC主机及模拟量单元组成带式传送机的无级调速控制系统。
传送带由两个按钮控制，分别控制电动机的启动与停止。
按下启动按钮，电动机起动并以每秒增加01HZ的速度运行，直到50HZ后停止运行。
在电动机运行期间按下停止按钮，电动机停止。
设计的内容：1传送机运行过程熟悉包括传送机运行速度，工作方式，工作原理和控制系统组成。
2变频调速系统主要设备的选择及变频器参数设置主要是指电动机选择、变频器选用、PLC选择、变频器参数设定。
3 PLC的I/O配置和调速系统电路图包括PLC硬件资源分配和电路图设计。
4 程序设计及电路工作过程PLC程序设计，梯形图，对手动、自动过程。
5 安装接线调试通过实践，进行连接线路并进行调试，获得结论。
三、毕业设计的目的和要求目的：掌握用用PLC实现传送机的模拟量调速控制要求。
系统由传输带、电动机、变频器、指示与主令控制单元及PLC主机及模拟量单元组成带式传送机的无级调速控制系统。
增强学生将专业知识综合运用的能力和适应实际工作的能力。
要求：1 严格遵守学院的毕业设计纪律，按时完成毕业设计。
2 认真收集毕业设计资料，按时完成开题报告。
3 认真仔细的进行参数计算和方案论证。
4 虚心向老师请教，积极主动进行毕业设计的设计和调试工作，争取高质量的毕业设计。
五、设计说明书编写要求设计说明书为手写稿或打印稿，字数一般不少6000字，装订及书写格式如下：1．封面（第1页，要求单独成页）2、题目（第2页，要求单独成页）3、目录（第3页，要求单独成页）4、摘要（第4页，关键词及设计摘要，要求单独成页）摘录本次设计的要点及重点内容，要求在100字左右。
软启动在远距离带式输送机上的应用
软启动在远距离带式输送机上的应用摘要：远距离带式输送机在正常运行状态下，始终在最大速度运行，控制比较简单。
但对于胶带输送机大惯量负载，不可避免有重载和压煤现象，启动频繁高、点动和重载启动。
关键词：远距离输送机软启动控制方式机械特性引言远距离带式输送机在初步调研和设计时有几个因素必须考虑：一是目前大部分煤矿的带式输送机均采用大功率的电机驱动，因此启动电流较大，所以电动机的启动过程必须采取限流措施。
带式输送机作为煤矿承担煤炭运输的大型设备，为确保其安全运行，在重载和压煤现象必须能够启动平稳，减少冲击；二是保护功能齐全，应有断带、撕带、烟雾、跑偏、急停等综合保护装置。
综上所述，选择远距离带式输送机电机电控装置的首要问题是限制启动电流技术，即软起动技术。
经对各种传统的电机启动方法的比较，可以说变频器是最理想的软启动装置，但成本高。
基于以上原因，一种低成本而启动特性相对较好的设备应运而生，那就是软起动装置。
概述目前，市场上常见的软启动器主要有电子式、磁控式和自动液体电阻式等类型。
电子式以可控硅调压式为多数。
变频器在某种意义上也是一种软启动器，而且是能够真正地实现软启动的启动器，只是造价要高些。
可控硅式软启动器是串接在电源与电动机之间的三组正反向并联的可控硅，通过微电脑控制触发导通角实现交流调压。
可控硅式软启动器的启动方式有斜坡电压型、突跳加斜坡电压型和限流型等可供选择。
磁控式软启动器是利用磁放大器原理制造的串联在电源和电动机之间的三相饱和电抗器构成的软启动装置。
启动时通过数字控制板调节磁放大器控制绕组的激磁电流，改变饱和电抗器的电抗值调节启动电压降，实现电动机软启动。
不论可控硅式软启动器还是磁控式软启动器在启动时只能调节输出电压，达到控制启动时的电压降、限制启动电流的目的。
一般的软启动器不能调节电源频率，也就不能象变频器那样从零频零压开始启动电动机，实现无冲击启动。
实际上软启动器在启动设备时还是要产生一定的冲击电流的；斜坡电压型控制软启动器的启动时的电压、电流变化曲线见图1所示。
带式输送机变频调速控制技术研究
带式输送机变频调速控制技术研究摘要：随着煤炭开采行业“高产高效”发展要求，大运量长距离带式输送机在煤矿的应用成为趋势，本文分析了带式输送机功耗的影响因素，介绍了变频调速原理及控制算法，设计变频调速控制系统，使带式输送机根据不同运量自动调节带速，达到高效节能的运行目的。
关键词：带式输送机；功耗；变频；调速1引言带式输送机已成为大型矿井原煤生产的重要运输工具，随着变频器技术的日益成熟，带式输送机变频驱动方式逐步得到推广应用，但是带式输送机运输中仍然存在“大马拉小车”耗能现象。
如何使带式输送机低功耗高效率运行，充分发挥变频调速控制系统的优势成为本文研究重点。
2带式输送机功耗的影响因素制约带式输送机输出功率的因素是运输量和带速。
当运输量为恒定值时，带式输送机输出功率与带速成正比，带速增加则功耗随之增加，所以降低带速可有效减少输出功耗。
但是带速要受到运量、带宽的相互制约，因为带速降低则物料线密度增大，那么传输带需要的张力也要增加。
为了保证系统可靠运行，输送带的张力必须满足运行要求，实际生产中在带强和带宽能够支持系统稳定运行的状态下，通常是按最大运输量选择机型。
当运输量较小时，带宽和带强有足够富裕量，此时为了降低输出功耗，通过调节带速使之匹配合理的运量，达到高效节能运行目的。
在带强和带宽确定后最大物料线密度就保持不变，带速随着运量一起变化，若系统无运量则带速为0。
但在实际应用中避免带式输送机频繁启停，对系统设定一个最小运量值和最小带速值，若运量低于设定值则以设定最小带速运行。
带速与运量的函数关系式：式中：—运量（t）；—带速（m/s）；—输送带最大物料线密度。
3变频调速原理及控制算法3.1变频调速原理电动机同步转速，即旋转磁场的转速表达公式：式中：n—电动机同步转速（r/min）；f—电动机定子电源频率（Hz）；s—电动机转差率；p—电动机磁极对数。
由上式可知，电动机同步转速n与电源频率f成正比，与电动机定子绕组磁极对数成反比。
电机软启动控制系统设计
目录1概述 (2)1.1研究的背景和意义 (2)1.2传统启动方式的介绍 (3)1.3软启动的技术发展和现状 (3)2.方案论证 (5)2.1软启动方式 (5)2.2晶闸管调压原理 (7)3系统设计 (11)3.1系统设计框图 (11)3.2主电路和控制电路 (12)3.3单片机的选择 (13)3.4电源电路 (14)3.4检测电路 (15)3.5触发电路 (17)3.6旁路电路 (18)3.7键盘和显示 (20)3.8通信设计 (21)4系统软件设计 (23)4.1系统软件设计主流程图 (23)4.2系统初始化程序设计 (24)4.3模拟信号采集及处理程序 ..................................................... 错误!未定义书签。
4.4晶闸管脉冲信号子程序......................................................... 错误!未定义书签。
4.5软启动子程序设计 (24)4.6故障处理子程序设计 (26)4.8通信串口子程序.................................................................... 错误!未定义书签。
4.9按键和显示子程序 ................................................................ 错误!未定义书签。
结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录A主电路和控制电路 (31)附录B控制电路接线图 (32)附录C原件清单 (34)1概述电机是工农业和交通运输行业中重要设备，应用的行业十分广泛。
电机作为重要的动力装置，因其结构简单、体积可大可小、价格便宜、维护方便、易于制造的特点，所以电机广泛的应用于日常生活中和工业生产中。
在交流电机的启动控制上，常用的启动方式有：全压直接启动和降压启动。
机械电子式软启动装置控制系统设计
机械电子式软启动装置控制系统设计【摘要】现如今的软启动控制技术的发展还未跟上我国现代化机械设备的可靠启动的要求步伐，一种价廉物美的机电一体化的软启动驱动装置能够对现代机械的良好运行发挥重要的有利作用。
机械电子式软启动装置集机械传动技术、计算机技术、自动控制技术、传感技术于一体，可以有效降低重型机械设备起动及停车过程中动载荷[1]。
因此，这种装置能够帮助增强机械设备的运行效果，并使其寿命得到增加。
【关键词】机械电子;软启动装置;控制系统;设计1.前言在全世界的发达国家大概从20世纪70年代便开始进行对软启动装置技术及设备的研究。
目前西方国家往往采用基于液体粘性传动原理的离合器使减速器与主驱动电机连接，在这种无任何负载的情况下启动，电机只用很少的时间就能达到额定速率[2]。
在此原理上，对整个系统运用液压进行有效控制，将设备离合器中的摩擦片之间的距离缩短，从而使动力得以传达。
最近几年，我国对于软启动技术及设备的研究开始慢慢重视，在研究过程中也得到了一定的成果。
文章通过对机械电子式软启动控制系统组成及其原理进行阐述分析，找寻到了机械电子式软启动装置控制系统的设计方式。
2.机械电子式软启动控制系统组成介绍2.1 软启动器的介绍软启动器是一种新型的设备，主要是用来控制鼠笼型异步电动机，其组成部分包含着：电机软起动、软停车及轻载节能等。
软启动器采用的是三对反并联的晶闸管，在三相电源与电机回路上进行串接。
软启动器能够放置在晶闸管两侧的接触器能够确保晶闸管的运行只存在与启动以及停车环节，减少了晶闸管的运行时长，能够有效降低晶闸管出现发热情况的概率。
与此同时还能对软启动器在设备运行时所产生的谐波，一旦出现故障也可使用旁路接触器进行应急措施。
机械电子软启动装置控制系统是为了满足机械设备在载工饱和的状况下，对整个系统实行启动模式，确保系统从头到尾的正常运行。
机械电子软启动装置控制系统主要是针对交流电动机和重载机械的启动要求进行不断改良的先进的大功率传动的解决方案。
带式输送节能控制系统设计(实物)
毕业设计指导书课题工程:带式输送节能控制系统设计一、设计目的1、通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。
2、使学生接受PLC系统开发的综合训练，达到能够进行简单的系统设计和方案实施的目的。
3、掌握机电一体化产品控制系统工作原理和设计思路。
二、课题介绍1.设计内容：1)皮带传输控制系统的硬件电路设计。
①西门子S7200 CPU22型PLC基本单元（24点输入，16点输出），西门子模拟量扩展单元EM235（4路输入，1路输出）。
②称重传感器③三相交流电动机（380V 0.12Kw）。
④PLC控制系统输入信号（共14点）：SB1：1#电动机手动停止SB2：1#电动机正转启动SB3：1#电动机反转启动SB4：2#电动机手动停止SB5：2#电动机正转启动SB6：2#电动机反转启动SB7：3#电动机手动停止SB8：3#电动机正转启动SB9：3#电动机反转启动SB10：自动运行停止按钮SB11：正向自动顺序启动SB12：反向顺序停止SB13：反向自动顺序启动SB14：正向顺序停止⑤PLC控制系统输出信号（共13点）：KM1：1#电机正转KM2：1#电机反转KM3：1#电机能耗制动KM4：2#电机正转KM5：2#电机反转KM6：2#电机能耗制动KM7：3#电机正转KM8：3#电机反转KM9：3#电机能耗制动KT1：1#电机能耗制动定时KT2：2#电机能耗制动定时KT3：3#电机能耗制动定时2）皮带传输控制系统PLC程序的开发：在西门子PLC编程软件(V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3)上，开发、编制出皮带传输系统的PLC(S7200)控制程序。
3）制作出皮带传输系统的实物模型4）安装并调试电气控制系统2.控制要求：1、皮带传输系统由三台三相异步电动机驱动，三台电动机都采用能耗制动。
2、三台电动机连续工作时，顺序启动、逆序停车，整体可以正反向工作。
主运输机软起启动器的设计
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主运输机软起启动器的设计
中煤科工集团常州自动化研究院天地（常州）自动化股份有限公司 杨维义 【摘要】变频器具有启动平稳、力矩大的特点，某矿根据进线电网的容量及保护的需求，采用大功率变频器作为该矿主运皮带的运行设备，随着运行环境及设备
状况的变化，运行中的变频器偶尔会发生故障现象，使主运输皮带停止停运，影响矿上的生产。为保障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研和比较，决
定采用软启动器作为变频器的备用启动设备，通过合理设计、安装、参数的设置，解决了变频器故障情况下电机的可靠运行，提高了主运输皮带的可靠性。 【关键词】煤矿；主运输，变频器；软启动
大型电机设备起动运行时形成的线路 降，难免会对运行中的其他设备产生影 响。变频器在启动电动机时具有启动力矩 大、机械、电气冲击小的特点决定。而国外 的变频器具有技术性能先进、可靠性高的特 点，采用国外原装进口变频器作主运输皮带 的启动设备，开始时运行一直很平稳，随着 运行环境及设备状况的变化，不时发生变频 器损坏的现象，影响矿上的生产，为保障主 运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研 和比较，决定采用软启动器作为变频器的备 用启动设备，通过对该矿主运输皮带电机的 供电现状的分析计算，通过设计、安装、调 试，解决了变频器故障的情况下主运输皮带 的可靠运行。 １该矿主运皮带及电网情况的介绍 该矿主运皮带长１２００ｍ，皮带倾角１５。， 皮带６７芯，厚２０ｃｍ，皮带带速为４ｍ／ｓ，运力 为ｌＯＯｔ／ｈ，皮带提升高度为３８８ｍ，随着该矿 生产能力的扩大，该矿原来主运输皮带的运 输能力己不能满足该矿生产的需求，于是该 矿对现有的主运皮带及设备进行了升级改 造，将原有电机更换为ＹＰＴＳＯ０１ ４型，额定 作电压６９０Ｖ、额定功率７ｌＯｋＷ，工作电流 ７０７Ａ，由于该矿在电网建设初期的设计计算 容量及设备选型设计是根据当时该矿的生产 能力进行设计和选型。如果采用直接启动方 式会对高压供配电系统造成冲击，并有可能 造成主进线断路器跳闸（如图ｌＺＦ４ １２６ＶＴ， 该断路器是矿上的总进线断路器，主变压器 出线至变频器高压开关柜距离＜５０ｍ，供电 系统如图１所示），该断路器断电会造成整 个矿井停电，危及 ｌ－漱 ｌ ｉ …１ ｌ ｉ §醛￥蟾 ￥ 爱 Ⅲ… ６｝ ｊ 矿上的生产安全。 ￥ 聿￥ ￥￥ ￥ｇ。。 ￥￥ ￥ ｉ０ 『 瞻 『 辑 期 警 …．．… 一 图１矿井供电系统图 由于变频器在启动电动机时具有启动 力矩大、机械、电气冲击小的特点，同时可 根据负荷的变化调整变频器的输出频率，调 整电机转速，达到节能的目的。该矿决定采 用进口变频器作为该主运皮带的电气拖动设 备，该设备自投入运行后…直很平稳。但， 由于环境以及负荷均衡的变化，偶尔会发生 变频器损坏的现象，影响矿上的生产，为保 障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术 调研和比较，决定采用软启器作为变频器的 备用启动设备，通过对该矿｛三运输皮带电机 的供电现状的分析计算，通过设计、安装、 调试，解决了变频器故障的情况下，主运输 皮带的可靠运行。 变频器供电系统如图２所示，电源采用 １４ｒ）一屯子世界 １ ２脉波整流变压器做为变频器的进线变压 器。０Ｆ１和ＱＦ２、ＱＦ３￣０Ｆ４分别为变压器二次 副变绕组的进线端。在软起动现场调试时断 开０Ｆ１和ＱＦ２、０Ｆ３￣ＱＦ４中任一隔离开关的输 入、输出端，同时将电机进线端ｕｌ、Ｖ１、Ｗｌ 接软启动器的输出端。
下运带式输送机液压调速软制动器特性分析及试验研究
从图中可知，刹车泵的出口压力与制动力矩基本成线性变化，但压力在4～5MPa时该曲线的变化率明显大于压力5MPa以上时的变化率，当压力大于4MPa时，刹车泵由小排量转入大排量工作状态，说明该泵的两点式工作特性明显。在压力大于5MPa以上时，该曲线显示出压力与转矩很好的线性关系，此特性使液压调速软制动器在制动过程中保持制动过程稳定，避免制动冲击。
2.3功能全面。液压调速软制动系统除对下运带式输送机具有可控软制动功能外还具有短时超速制动功能、突然停电制动功能和稳车制动等功能。由于制动系统内部配套了UPS电源，因此可保证当下运皮带机遭遇突然停电事故时，系统利用UPS电源仍能自动反应实施应急保护制动，此时其制动工况与正常制动工况完全相同。若皮带机运行速度超过系统设定的最大速度时，液压制动系统自动投入制动状态，当皮带机运行速度降低到设定的最大允许速度以下时，制动停止，皮带机恢复到正常速度运行，因此能有效地保护电动机安全运行。当皮带机完全停止运行时，轮式防爆液压制动器开始工作，制动闸油缸回油，制动闸在弹簧的作用下实施抱闸制动，起到稳车制动的功能，防止皮带机“溜坡”。
4.结语
下运带式输送机是我国煤矿生产中一种重要的运输设备，正朝着长距离、大运量和大倾角的方向发展。但因运量的变化和运输倾角的不同，驱动电机在正常工况下运行时处于电动机工况工作，在某些情况下会处于发电工况工作，若发生突然停电，电动机会失去制动力矩，使输送机失去控制而发生飞车事故，因此长距离、大运量和大倾角下运带式输送机的制动问题已成为煤矿安全生产的重要问题。
3.3超速保护制动和低速制动试验。图3为超速保护制动和低速制动模拟试验曲线，采样周期为150s，转速的量程为1500 r/min，转矩的量程为0～500N·m，压力的量程为20MPa。
图3
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收稿日期:2007-07-04.
基金项目:辽宁省高等学校优秀人才基金资助项目(RRC204214).
作者简介:厉 伟(1962-),男,辽宁沈阳人,教授,博士,主要从事电气工程及其自动化等方面的教学与研究.
文章编号:1000-1646(2008)04-0374-05
带式输送机软起动调速控制器设计
厉 伟1,王 帆1,李海波1,高宏宇2(11沈阳工业大学电气工程学院,沈阳110178;21沈阳远大铝业工程有限公司,沈阳110027)
摘 要:针对液力耦合器调速的带式输送机,开发设计了一种数字控制器(SF2RQT1).论证了软起动在带式输送机上应用的必要性,介绍了软起动装置液力耦合器及其控制器SF2RQT1的工作原理及组成,给出了硬件框图和部分电路,提出了软件设计方法.该控制器具有结构简单、造价低廉、操作方便等特点,并具有网络通信模块,可通过CAN总线与上位机进行串行通信,采集现场实时数据,达到远程监控和管理的目的.现场试验表明,实际运行可靠,故障停机率低,达到了预期效果,具有一定的工程实用价值.
关 键 词:带式输送机;软起动;调速;PIC单片机;液力耦合器中图分类号:TM614 文献标志码:A
DesignofsoftstartingandspeedregulatorforbeltconveyerLIWei1,WANGFan1,LIHai2bo1,GAOHong2yu2(1.SchoolofElectricalEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110178,China;2.ShenyangYuanda
AluminiumIndustryEngineeringCo.Ltd.,Shenyang110027,China)
Abstract:Adigitalcontrollerwasdevelopedforhydraulic2couplingspeedregulatorofbeltconveyer.Thesoftstartingandspeedregulatorisakeytechnicalcomponentofbeltconveyer.Thenecessityofsoftstartingwasdemonstrated,andtheoperatingprincipleandcompositionofhydrauliccouplingsoftstarterSF2RQT1wereintroduced.Theblockdiagramofhardwarecircuitandthedesignschemeofsoftwarewerepresented.Itisprovedthatthecontrollerhastheobviouscharacteristicssuchassimplestructure,lowcostandconvenientoperation.Inaddition,thecontrollerusingCANbuspossessescommunicationfunctions,whichcantransferserialdatawithhostcomputer,samplereal2timefielddataandrealizelong2rangecontrolandmanagement.Thefieldtestsshowthatthedevelopedequipmentrunsreliablyinactualapplicationsandtheexpectedeffectsareachieved,whichhassomepracticalvaluesinengineering.
Keywords:beltconveyor;soft2starting;speedregulating;PICsingle2chipmicroprocessor;hydrauliccoupler
带式输送机作为一种散料输送设备,广泛应用于矿山、码头、粮食、化工、建材等行业和部门,已经成为我国煤流运输的主要设备[1].同时,随着煤炭运输能力的不断提高,对带式输送机的起动性能和调速品质也提出了越来越高的要求.为了降低皮带起动张力,减少对电网的冲击,运送煤炭的带式输送机,起动时必须采用软起动,而软起动器的种类很多,本文主要针对液力耦合器调速的带式输送机开发设计了数字控制器.
该控制器具有以下优点:①抗干扰性能强、功耗低、速度快、操作简单、故障率低、调速效果理想;②系统配以LCD液晶显示器,显示功能全;
③系统采用逻辑控制,控制算法由软件完成,系统运行参数调整方便;④系统采用单板结构,工作可靠,便于安装、调试和维修;⑤系统可在工作环境恶劣、自然条件复杂的煤矿连续正常运行.
第30卷第4期2008年8月沈 阳 工 业 大 学 学 报JournalofShenyangUniversityofTechnologyVol130No14Aug120081 控制器工作原理111 软起动过程实现带式输送机的软起动要求在一定的起动时间内,控制起动加速度,确保带式输送机按照设定的速度曲线平稳起动,达到额定运行速度,同时电动机的起动电流和输送带的起动张力应控制在允许的范围内[2].图1是电力拖动控制系统的平行轴
式驱动示意图.在图1中,液力耦合器安装在驱动电动机与带式输送机之间,液力耦合器的主要组成部分如图2所示[3].
图1 电力拖动平行轴式驱动系统示意图Fig11 Parallel2axisdrivesystem
图2 液力耦合器结构图Fig12 Frameworkofhydrauliccoupler
耦合器的泵轮通过输入轴与电动机相连接,
涡轮固定在主轴上,通过输出轴与带式输送机减速器相连接.工作时,在耦合器中充入工作液,当输入轴带动泵轮旋转时,进入泵轮的工作液在叶片的带动下,由于离心力的作用,沿泵轮的内侧流向外缘,形成高压高速环流冲击涡轮,使涡轮跟随泵轮同向转动.工作液在涡轮由外缘流向内侧的过程中减压、减速,转换成机械能,通过输出轴输出,带动带式输送机工作.这样就实现了从原动机到带式输送机的能量传递[4].
由液力耦合器外特性曲线及起动角加速度公式可知,通过调节泵轮间工作腔的充液量大小,就
可以调节耦合器的输出力矩,进而调节起动角加速度,使其控制在013m/s2以内.工作腔内充油量的大小,可通过调整导管在工作腔内的位置来调节.油量的大小可通过液压值反映出来.
起动角加速度后,经过不断调整,电动机与调速型液力耦合器共同工作的特性曲线变软,电动机的载荷逐渐增加,电动机的负荷分配趋于平衡,
最后工作腔油量充满,负载到达额定速度运行,带式输送机的负载软起动过程结束.
根据上述原理,这一起动过程完全可以通过数字控制实现.当驱动电动机起动后,数字控制器通过外接继电器获得起动信号,开始对液力耦合器的电磁阀施加0～600mA的给定电流或0～10V的给定电压,带动液力耦合器内的电磁阀控制油压的压力.600mA电流对应液压压力的最大值,当给定达到最大值时,工作液充满,液力耦合器两侧联轴器的速度趋于一致,从而实现了对液力耦合器装置输出力矩的精确控制,使带式输送机能按预定加速度平稳起动,减小对设备及电网的冲击,保证了整机运行的安全性和可靠性.
由于输送机在起动之前,输送带处于松弛状态,因此为了避免对输送带的冲击,需要将输送带拉紧起动,同时进一步改善起动峰值张力,并在起动开始阶段加入一段时间延迟.在延迟段内,下垂的皮带被张紧;延迟工作段结束后,按最小加速度或最小冲击的方式完成输送机的起动过程,从而最大程度地降低带式输送机的起动张力.且起动张力的减少,有效地降低了皮带变形量,提高了皮带寿命[5].图3是软起动速度曲线.曲线形状可通
过软件编程逼近反S型,获得更为优化的起动特性.
图3 软起动速度曲线Fig13 Velocitycurveofsoft2starting
112 控制器调速原理带式输送机在运行时必须保持稳定,一旦出现速度波动就要采取措施使其恢复稳定值[6].因
573第4期厉 伟,等:带式输送机软起动调速控制器设计 此系统采用了前馈控制和反馈控制来共同调节,如图4所示.前馈控制是根据速度波动变化的趋势来改变操纵量而使速度反馈跟随给定.它可以在反馈环产生纠正作用前就减少波动对反馈回路的影响,从而加快系统的响应速度.而系统反馈控制则是利用系统输出轴速度反馈信号与速度给定信号比较,产生误差信号来控制电磁阀,使输出轴速度跟随给定.当反馈信号低于给定时,正误差信号通过功率放大器使阀电流增加,阀作用在轴上的压力增大,从而增加了轴的输出转矩,提高了轴的转速.反之,反馈信号大于给定时,负误差信号使阀电流减小,阀作用在轴上的压力减小,轴的输出转矩减小,轴的转速也随之减小.对阀电流(0～600mA)的控制,实际上相当于控制系统的输出电压.利用反馈信号使输出处在0～10V的范围内,跟随给定,达到调整速度的目的.图4 系统调速原理图Fig14 Principleofspeedregulatingsystem在图4中,闭环调速系统由单片机实现,通过转换开关可以实现远端给定(也可以现场给定).现场给定时,用户应用调速控制器可以提供0～10V的斜坡给定速度,给定信号可以通过手动操作电位器或信号给定器获得.而远端(自动)给定时,应用上位机或自动过程控制器提供4～20mA的电流,并通过电流环转化为电压信号.2 硬件电路设计该控制器硬件电路以微处理器(PIC)为中心,主要由显示电路、信号给定与反馈电路、D/A转换电路、功率放大电路及网络通信模块等几部分组成[8],如图5所示.211 微处理器PIC16F877是本系统的核心,控制整个系统的工作,完成输入信号测量、处理与控制.也就是根据给定信号要求,通过PID调节输出0～600mA电流信号驱动电磁阀,实现调节皮带转速的目的.212 电压给定输入通过输入0～10V电压信号,控制液力耦合器输出速度,实现控制液力耦合器输出转速.电压给定电路如图6所示.
图5 控制器结构Fig15 Configurationofcontroller
图6 电压给定电路Fig16 Circuitforgeneratinggivenvoltage
213 起动信号输入起动信号为触点输入方式,信号取至继电器(线圈电压AC110V)常开触点,有两路输入,一路
为延时起动,另一路为瞬时起动,如图7所示.
图7 起动信号电路Fig17 Circuitforactivatingsignal
延时起动:继电器常开触点闭合时,延时一段时间后(延时时间长短可通过键盘调整,范围是20～40s),控制伺服阀的电压从0V开始,按照设定速度上升到设定值,电压上升速度可通过键盘调整,电压从0V开始上升到最大值所需要的时间为40～60s(可调);瞬时起动:继电器常开触点闭合时,控制电磁阀的电压从0V开始,按所设定电压,