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某矿带式输送机运输节能控制系统的设计

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某矿带式 输送 机运 节能 控制系统 设计
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某矿带式输送机运输节能控制系统的设计

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摘    要


   我国大多数煤矿企业的带式输送机是以工频运转,经常会出现“大马拉小车”的现象,造成大量电能浪费,基于此现状,对某矿带式输送机控制系统进行了改造,主要是对其速度进行调节,以达到节能的目的,此设计介绍了带式输送机的总体结构和工作原理,计算了输送机的运输能力以及变频优点,在此基础上运用变频调速技术、综合自动化技术、PLC智能控制技术,来达到对带式输送机自动模式与标准模式的切换、单机及联调的控制,从而实现“煤多快转,煤少慢转”、降低设备损耗和节能的意义。


   关键词:带式输送机 PLC控制 变频调速 节能

目  录

摘    要 I

Abstract II

绪    论 1

第一章 带式输送机节能控制系统总体设计 12

第一节 带式输送机总体结构和基本原理 12

一、带式输送机的总体结构 12

二、带式输送机的工作原理 13

三、带式输送机带速运量匹配原理 14

第二节 煤矿参数及电气系统 16

一、带式输送机主要参数及工况环境 16

二、煤矿带式输送机电气系统 17

第三节 带式输送机煤量自动识别系统设计 18

一、煤量自动识别设备概述 18

二、煤量自动识别系统分析设计 19

第四节 带式输送机节能控制系统总体方案 20

一、节能控制系统设计目标 20

二、节能控制系统总体结构 21

第五节 本章小结 23

第二章 带式输送机计算分析 24

第一节 输送带的运输能力与带宽、速度的计算 24

第二节 顺煤流节能分析 26

一、输送机启动分析 26

二、顺煤流的PLC实现 27

三、节能分析 28

第三节 C语言概述与程序设计 28

一、C语言的发展过程 28

二、C语言的特点 29

三、C语言程序设计 30

第四节 本章小结 32

第三章 带式输送机智能控制系统硬、软件设计 33

第一节 变频器 33

一、变频器的组成与结构 33

二、变频器的调速原理 35

三、胶带机变频调速的优点 35

第二节 控制系统软件设计 36

一、胶带运输系统对PLC控制的要求 36

二、PLC设计注意事项 37

三、PLC设计方案 37

四、PLC输入输出信号统计 38

五、系统组成 38

六、系统的主要设备 38

第三节 组态监控软件设计 40

第四节 本章小结 41

第四章 校验及节能分析结果 42

第一节 设备调试准备工作 42

第二节 设备调试 42

一、设备单控调试 42

二、系统联调测试 43

第三节 带式输送机智能控制系统节能分析 44

一、节能效果分析 44

二、降耗效果分析 45

三、经济效益综合分析 45

四、结论分析 45

第四节 本章小结 46

结 束 语 47

附    录 49

参考文献 55

外文文献 58

中文翻译 63

致    谢 67


Transport energy saving design of the control system of mine belt conveyor


Abstract


  Most of the belt conveyor of coal enterprise in our country is based on power frequency operation, often can appear the phenomenon of "big horse car", caused a lot of energy waste, based on the present situation, the control system for mine belt conveyor, mainly to adjust the speed, in order to achieve the purpose of energy conservation, the design of belt conveyor are introduced overall structure and working principle of calculating the transportation capacity of conveyor and frequency of advantages, on the basis of using frequency control of motor speed technology, integrated automation technology, the PLC intelligent control technology, to achieve automatic mode and standard mode of belt conveyor, single and alignment of the control switch, so as to realize "how fast coal, coal less slow turning", reduce the loss of equipment, and the significance of energy saving.


  Keywords: Belt Conveyer;PLC control;Frequency control of motor speed;Automatic saving;

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内容简介:
目 录摘 要 .IAbstract.II绪 论 .1第一章 带式输送机节能控制系统总体设计 .12第一节 带式输送机总体结构和基本原理 .12一、带式输送机的总体结构 .12二、带式输送机的工作原理 .13三、带式输送机带速运量匹配原理 .14第二节 煤矿参数及电气系统 .16一、带式输送机主要参数及工况环境 .16二、煤矿带式输送机电气系统 .17第三节 带式输送机煤量自动识别系统设计 .18一、煤量自动识别设备概述 .18二、煤量自动识别系统分析设计 .19第四节 带式输送机节能控制系统总体方案 .20一、节能控制系统设计目标 .20二、节能控制系统总体结构 .21第五节 本章小结 .23第二章 带式输送机计算分析 .24第一节 输送带的运输能力与带宽、速度的计算 .24第二节 顺煤流节能分析 .26一、输送机启动分析 .26二、顺煤流的 PLC 实现 .27三、节能分析 .28第三节 C 语言概述与程序设计 .28一、C 语言的发展过程 .28二、C 语言的特点 .29三、C 语言程序设计 .30第四节 本章小结 .32第三章 带式输送机智能控制系统硬、软件设计 .33第一节 变频器 .33一、变频器的组成与结构 .33二、变频器的调速原理 .35三、胶带机变频调速的优点 .35第二节 控制系统软件设计 .36一、胶带运输系统对 PLC 控制的要求 .36二、PLC 设计注意事项 .37三、PLC 设计方案 .37四、PLC 输入输出信号统计 .38五、系统组成 .38六、系统的主要设备 .38第三节 组态监控软件设计 .40第四节 本章小结 .41第四章 校验及节能分析结果 .42第一节 设备调试准备工作 .42第二节 设备调试 .42一、设备单控调试 .42二、系统联调测试 .43第三节 带式输送机智能控制系统节能分析 .44一、节能效果分析 .44二、降耗效果分析 .45三、经济效益综合分析 .45四、结论分析 .45第四节 本章小结 .46结 束 语 .47附 录 .49参考文献 .55外文文献 .58中文翻译 .63致 谢 .67某矿带式输送机运输节能控制系统的设计摘 要我国大多数煤矿企业的带式输送机是以工频运转,经常会出现“大马拉小车”的现象,造成大量电能浪费,基于此现状,对某矿带式输送机控制系统进行了改造,主要是对其速度进行调节,以达到节能的目的,此设计介绍了带式输送机的总体结构和工作原理,计算了输送机的运输能力以及变频优点,在此基础上运用变频调速技术、综合自动化技术、PLC 智能控制技术,来达到对带式输送机自动模式与标准模式的切换、单机及联调的控制,从而实现“煤多快转,煤少慢转” 、降低设备损耗和节能的意义。关键词:带式输送机 PLC 控制 变频调速 节能Transport energy saving design of the control system of mine belt conveyorAbstractMost of the belt conveyor of coal enterprise in our country is based on power frequency operation, often can appear the phenomenon of “big horse car“, caused a lot of energy waste, based on the present situation, the control system for mine belt conveyor, mainly to adjust the speed, in order to achieve the purpose of energy conservation, the design of belt conveyor are introduced overall structure and working principle of calculating the transportation capacity of conveyor and frequency of advantages, on the basis of using frequency control of motor speed technology, integrated automation technology, the PLC intelligent control technology, to achieve automatic mode and standard mode of belt conveyor, single and alignment of the control switch, so as to realize “how fast coal, coal less slow turning“, reduce the loss of equipment, and the significance of energy saving.Keywords: Belt Conveyer;PLC control;Frequency control of motor speed;Automatic saving;I0绪 论一、选题研究背景和意义作为煤炭行业的主要运输设备带式输送机,高耗电量是一个不容忽视的问题,如果这个问题解决了,将在很大程度上推动我国的经济发展,所以这已是迫在眉睫了,而空压机、排水泵、通风机等矿井设备也是如此。依据煤矿企业管理的统计,在许多国有重点煤矿中,带式输送机、矿井主通风、主排水泵的平均效率低于 60%,其生产系统的效率不足 55%,而国外却恰恰相反,而且我国煤矿企业中有近 40%左右的高耗电设备,它们都需要更新。同时,我国以前都采用简单、粗放、固定的开环控制方式控制胶带,当实际煤炭量生产较少,甚至胶带机空转时,此时高速固定运行的胶带就会浪费大量电能,使企业的生产成本增加、效率降低。通过对某矿两部运输胶带进行节能及保护改造,实现输送机的带速随煤量的多少自动调整,并且在变频器的拖动下胶带能节能运行,即:“煤多快转,煤少慢转” ,使胶带在煤量较少的时候降低皮带运行速度,煤量增大时加快胶带运行速度,提高输送机的运行速率,节省电能,同时降低输送机无谓的磨损,延长胶带机的使用寿命,从而实现带式输送机节能控制系统对节约能源、增加煤矿企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。二、带式输送机国内外的研究动态和发展趋势(一)带式输送机国外技术的现状带式输送机的设计起源于国外,它的技术比较成熟,发展也很迅速,无论是功能还是技术都居于前列,特点体现在以下方面:首先是它的功能越来越强大,应用的领域也越来越广泛;其次是带式输送机自身的技术装备迅速发展,它的运行性能和可靠性得到了很大的提高。目前,国外的带式输送机运行速度已达到 812m/s,德国生产的带式输送机的最高速度已超过 15m/s。在煤矿井下使用的带式输送机在关键技术和装备上有以下特点:1(1)设备趋于大型化,主要参数与装备都向大型化发展,来满足年产 300600 万吨以上煤矿使用。(2)该设备拥有机电自动一体化,同时运用计算机在线监测、实时分析等新型技术,实现了带式输送带的动态测控、设备软启动和胶带自动张紧功能。带式输送机在满足这样的要求下,降低了胶带的动张力,实现了运行环境下的最佳状态,设备功耗及损耗小、效率高的目标。(3)采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡,输送机变向运行等技术,理论上带式输送机的单机运行长度没有限制,确保了输送系统设备的通用性,互换性及其单元驱动的可靠性。(4)新型,高可靠性关键元部件技术,如包含 CST 等各种先进的大功率驱动装置与调速装置,高寿命高速托辊,自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国 FSW 生产的 FSW1200/(23)400(600)工作面顺槽带式输送带就采用了液粘差速或变频调速装置,运输能力达 3000t/h 以上,它的机尾与新型转载机(如美国久益公司生产的 S500E)配套可随工作面推移而自动快速自移,人工作业少,生产效率高。(二)带式输送机国内技术的现状(1)带式输送机驱动方式及应用现状驱动装置一直是输送带技术发展研究的重点,它在输送带安全性和生产效率方面都起到决定性的作用。目前带式输送机的驱动方式主要有以下几种:直接启动直接启动是指定子绕组直接连接电源。该驱动方式下,能够满足启动时间最短的要求,且由于接线简单,因此装置价格低廉。但该方式仍有一些限制条件,带式输送机的电动机在启动时会产生较大转矩和较高电流。例如,启动过程中,输入电流值会达到电动机额定电流 5、6 倍之高,在加速过程进行一段时间后,联合机械特性的影响会产生出较高的设备温升,可能会造成电动机的损害。更为严重的是,该启动过程会在线路上产生较大压降,直接影响到该条线路上其他电气设备的运行。调速型液力耦合器驱动液力耦合器主要是由输入及输出轴、涡轮、泵轮、辅助腔、外壳以及安全保护装置等组成。根据其设备组成能够发现,该设备实质是涡轮机与离心式水泵的组合。当电动机通过输入轴带动耦合器泵轮旋转时,充填在耦合器工作腔内的工作液体受到离心力和工作轮叶片推动的双重作用,从半径小的泵轮入口被加速加压抛向半径较大的泵轮出口。2同时,液体的动量矩获得增量, 即泵轮将动力机输入的机械能转化成了液体动能。当具有液体动能的工作液体由泵轮出口冲向对面的涡轮时,液流便冲击涡轮叶片, 使之与泵轮同向转动,也就是说液体动能又转化成了机械能,驱动涡轮旋转并带动工作机做功。释放完液体动能的工作液体由涡轮入口流向涡轮出口并再次进入泵轮入口,开始下一次循环流动。调速型液力耦合器驱动的带式输送机在使用中有如下优点:1) 能实现带式输送机的软启动;2) 能使电机空载启动;3) 多机驱动时,能实现多机顺序启动, 减少对外界电网的冲击;4) 当输送机发生过载时,能自动产生滑差而卸载,保护电机和传动部件不受损坏;5) 除能方便地实现微机控制外,在故障状态下,易于临时实现手动。同时,调速型液力耦合器也存在一些问题:1)在启动时间过短的情况下,如果负载量较大,会使皮带老化与断裂事件概率升高,因此该方式下要满足较高程度的皮带强度。2)该方式在较长运行时间时,会加速导致金属部件磨损、内部泄露以及温升较高的情况发生,产生较大的维修费用与难度;3)电动机空载启动,机械效率为零;4)液力耦合器由于附加油液冷却装置,体积过大。CST(可控起动传输)由湿式线型离合器、多级齿轮减速机、控制系统与液压系统构成,该产品是由美国研制的新型机电一体化设备,是主要用于惯性较大负载稳定起动的多级减速齿轮装置。通过控制湿式摩擦片离合装置将电机的扭矩通过齿轮减速箱作用于皮带的驱动滚筒上,一般多用于煤矿、矿山的地面和井下带式输送机的驱动。CST 装置的优点:1)电机能够平稳起动,对于力矩与加速度要求不高,降低了起动过程中皮带的张力;2)起动时电动机的尺寸与功率要求可适当减小;3)能够提供多驱动装置同步起动,精确控制电机功率平衡与运行速度;4)加强了电机启动能力,能够满足空载起动。并且通过峰值力矩作为起动力矩,大大减少电动机起动时间;5)可控性能强,实现了过程中的可控起动与停车,对于电动机起动加速度能够在较3广范围间进行调整与控制。在该条件下,设备处于较平稳的起动环境,增加了设备各部件的使用寿命。同时,CST 装置仍有部分缺陷:1)CST 装置的调速范围能够满足空载条件下,稳定转速在 10100之间任意调节,但是该过程仍不能进行较长时间;2)空载起动电流大,在恶劣情况下会导致电网电压产生波动;3)装置运行过程中温升较高,各部件均需要强制冷却装置;4)其液压与控制系统结构复杂,并且设备用油质量需求非常高;5)提高了机械传动效率,但对整个传动系统的总体效率影响不大;6)CST 结构复杂,对于带病、故障情况下的维修产生较大困难;7)在启动与停车过程中有较大的滑差。变频调速系统由整流电路、控制电路、滤波系统、逆变电路、CPU 与其附件等构成。整流单元将工频交流电(50Hz 或 60Hz) 变换成直流电,脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下,用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源
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