皮带变频技术方案

皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 1 页 皮带机变频器驱动及控制技术方案皮带机变频器驱动及控制技术方案 一、用户提供设计资料一、用户提供设计资料 基础数据 输送物料： 原煤 运量： Q=500t/h 带宽： B=1000mm 带速： V=3.15m/s 整机长度： L=900m 最大倾角： =20 物料容量： r=0.9t/ 物料粒度： 200 驱动装置： 双滚筒三台 710KW 电机 660V 减速机型号： 弗兰德 15 张紧装置： 采用机尾重载张紧 二、皮带机电控系统功能二、皮带机电控系统功能 2 21 1 皮带监控系统的功能（就地、自动、检修、手动）皮带监控系统的功能（就地、自动、检修、手动） a. 就地控制 在就地工作方式下，通过操作台上起动按钮控制，可控制现场皮带起、 停及三台电机的力矩平衡。可实现多条皮带或给煤机的连锁，沿线皮带保护 均可投入。 b. 自动方式 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 2 页 在自动工作方式下，整个系统控制权交给了前级或地面总控室，由它发 出指令完成皮带系统的起停控制，实现逆煤流起车，顺煤流停车，系统自动 完成对变频器、给煤机、其他皮带等控制和力矩平衡，整个系统保护均投入 工作。 c. 检修方式 检修方式下，皮带机进入低速验带的工作方式下，速度低于 0.2M/S,以 便于检修人员认真检查，同时，各种保护可选择性地投入运行。 d. 手动方式 当系统发生故障时，皮带可单台进行手动控制，沿线保护不参与工作， 只保留停车保护。 2 22 2 实现皮带的各种保护实现皮带的各种保护功能功能 (1)(1)选用天津华宁的产品可独立投入工作，与本控制系统可通过通讯口相连。选用天津华宁的产品可独立投入工作，与本控制系统可通过通讯口相连。 不再详述。 (2)(2)由本控制系统一体化完成控制、保护、在线检测、连锁等功能。由本控制系统一体化完成控制、保护、在线检测、连锁等功能。 皮带的各种保护 1）跑偏、拉线保护 在机头、机尾及中间断设置若干对跑偏开关、拉线开关（原则 100 米设 置一对） ，沿线由一 10 芯电缆串联，在自控台进行对位显示，便于迅速处理 故障。 2）信号系统 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 3 页 胶带沿线根据需要设信号装置，即可以做为起动预告和故障报警。 3）纵撕保护 在给料点处胶带机下方设置纵撕保护，纵撕保护为皮带受保护点下方包 络线式。当胶带撕裂时，皮带破坏包络线即动作保护。 4）烟雾保护 在机头集中驱动和中间驱动下风向处设置烟雾传感器，以防皮带打滑， 温度过高，损坏皮带。 5）温度保护 在需要设置温度保护处（如主电机绕组及轴承、皮带滚筒及轴承） ，安装温 度传感器（PT100） ，当受保护点温度超出保护设定值时，系统报警。 6）超温洒水 在机头驱动部位设洒水泵，配置传感器与温度、烟雾传感器配合完成超 温洒水保护。 7）堆煤保护 在机头卸载处设置堆煤传感器或超声波料位计，监测煤仓煤位，并实现 堆煤保护。 8）打滑保护 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 4 页 在胶带机上设置测速传感器，连续监测胶带速度，并提供打滑保护信号。 9）胶带张紧力保护 系统在张紧绞车处设张紧力下降保护开关，当系统胶带由于张紧力下降 使张紧水平到达极限位移时，系统报警保护开关。 2 23 3 操作台功能操作台功能 （一）介绍（一）介绍 操作台采用琴台式结构设计，并在两侧有浮动的弧形平台，可放置在 线检测用工控机，系统控制采用镶嵌式触摸屏（或工控机） 。显示屏嵌于操 作台中间位置各种开关按钮均选用进口器件，使整个操作台显的美观大方， 操作和控制极为方便，操作台采用不锈钢抛光制作（或根据用户要求定做） ， 避免了在恶劣环境下锈蚀可长期使用。 （二）完成的功能（二）完成的功能 通过触摸屏、操作按钮及显示仪表可实现如下功能 1）显示整个系统内皮带及其他设备的运行情况。 2）显示整个系统每台电机运行情况。 3）显示整个系统每台电机电流、电压值、频率、温度值。 4）显示主速度。 5）显示故障报警值。 6）记录起、停时间，运行时间，故障时间，故障时变频器电流，频率等 故障数据。 7）自动、手动控制功能和检修功能。 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 5 页 8）变频柜、给煤机、破碎机、振动筛、其他皮带之间的连锁控制功能。 9）速度的无级控制。 10）低速验带控制。 11）皮带综保系统及上、下级皮带控制系统的接口连锁控制。 12）计算和自动生成最佳启动曲线。 13）皮带运输系统相关设备的联动和控制。 14）煤仓煤位的检测，根据煤仓的煤位调整和控制相关皮带的启停。 （三）显示调度屏的选择（三）显示调度屏的选择 1) 选用计算机屏幕进行显示控制。 2) 选用大屏幕通过计算机通讯进行显示控制。 （四）配置（四）配置 序号名 称型 号单位数量备注 1 操作台体台不锈钢 2 触摸屏（计算机） PWS-3261-TFT 台 3 可编程序控制器 FX2N-128MR 台 4 模拟输入模块 FX2N-8AD 台 5 模拟输出模块 FX2N-4DA 台 开关量输入输出模块 FX2N 批 6 12V 本安电源 KDW27 台 7 24V 本安电源 KDW27 米 8 数显表 XMT500 块 9 转换开关个 10 按钮个 11 指示灯个 12 中间继电器 JQX-22 个 13 接触器 3TF4022 个 14 热继电器 3UA4052 个 15 空开 DZ47-32A 个 16 安装附料批 （四）台体尺寸及面板图（四）台体尺寸及面板图 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 6 页 外形尺寸 LHW山西科达自控工程技术有限公司 彩色显示控制屏 1#电流表2#电流表 带速表电压表 故障复位紧急停车送话按钮位送话器信号联络选择开关运行开关电源开关 2 24 4 实现皮带机的在线检测功能实现皮带机的在线检测功能 (1)系统介绍系统介绍 1 1）皮带机在线检测系统的组成：皮带机在线检测系统的组成： 该系统是针对检测胶带机运行的状况开发的产品，系统主要由以下部分组 成：上位机、打印机、检测专用模块、电源、检测用传感器、电缆附材等。 2 2）皮带机在线检测的检测参数）皮带机在线检测的检测参数 a) 检测三台电机的电机温度（3 个）、轴承温度（6 个），两台减速器的 轴承润滑油油温（6 个）、减速器润滑油油温（3 个），三个滚筒的轴 温（6 个），两个备用传感器和检测窗口。 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 7 页 b) 电机震动（3 对），减速器震动（3 对）。 c) 电机电流（3 个） 、电机电压（3 个）电机功率（3 个） 。 d) 电机的工作状态（3 个） 。 e) 闸瓦间隙检测和保护(43)。 （二）系统完成的功能（二）系统完成的功能 通过上位机 1) 实时显示以上参数的数值。 2) 可方便设置每个参数的报警值。 3) 运行过程中可随时弹出当时报警的画面（包括参数名称、实际测量值、 设定值等） 4) 在上位机中分别定时记录每台电机运行时皮带的历史数据，技术人员 可通过输入密码进行浏览。 5) 通过打印机安班次或时间进行打印存档。 （三）系统配置（三）系统配置 2 25 5 电视监控系统电视监控系统 对明斜井装载点、井口房、胶带走廊、卸载点、振动筛、破碎机等地点 （根据用户要求设定）安装防爆摄像头，采用光缆传输的实时数字监控录像 序号名 称 型 号单位数量备注 1 上位机 P 台 2 打印机 HP 台 3 电源 24V 3A 台 4 检测模块 WB 台 5 柜体 KD 台 7 电缆 RVVP 米 8 安装附料 KD 批 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 8 页 系统，选用 8（或多路）路视频输入。具有多画面浏览和切换功能。 主要设备简介： 嵌入式网络硬盘录像机 DS-8016HS 系列 产品概述 本设备是专为安防领域设计的一款优秀的数字监控产品。它采用了嵌入 式处理器和嵌入式操作系统，结合了 IT 领域各项最新技术，如视音频压缩/ 解压缩、大容量硬盘记录、TCP/IP 网络等技术，代码固化在 FLASH 中，使得 系统运行更稳定。 本设备同时具备数字视音频录像机（DVR）和数字视音频服务器（DVS） 的特性，既可本地独立工作，也可连网组成一个强大的安全监控网。可应用 于银行、电信、电力、司法、交通、小区、工厂、仓库、资源、水利设施等 各领域、各部门的安全防范。 留有通讯接口和以太网接口，可以很方便的与矿调度室工业电视监控系 统连接。 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 9 页 KD6005B 矿用隔爆型光纤摄像仪 防爆型式 Ex d 供电电压 AC127V10% 工作电流 200mA 环境温度 -20+60 外形尺寸 415(长)x150(宽)x160(高) mm 内径尺寸 250(长)x60(宽)x75(高) mm 重量 10kg 特点 全不锈钢、防腐、防尘、防水、可装定焦镜头、适用于有瓦 斯或煤尘爆炸危险的煤矿井下 2 26 6 变频装置的功能（变频装置的功能（690V690V 变频控制系统）变频控制系统） （一）系统介绍（一）系统介绍 1 1、无速度传感器控制技术的优点无速度传感器控制技术的优点 针对长距离胶带输送机刚性和柔性相结合的特点，采用矢量控制的变频 器是最合适的。 西门子公司是国际自动化行业最具实力的公司，尤其是变频调速技术更 是行业的样板。矢量控制技术就是西门子公司发明并不断发扬光大的控制理 论，现已被世界上 90%变频器厂家所使用。矢量控制是通过电磁矢量对电机进 行控制，以达到高调速精度，高力矩，高响应速度的。矢量控制发展现在已 非常成熟,在实际使用中，可分“带速度传感器矢量控制”和“无速度传感器 矢量控制” 。尤其是“无速度传感器”矢量控制技术，在很多工业控制场合均 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 10 页 得到了广泛应用。 在本项目中，因为低速验带和大力矩重载启动，都需要很好的控制技术 来实现。而其它的控制技术必须通过有速度传感器的速度闭环来控制，否则 就会出现低速脉动转矩，使皮带出现振颤现象,无法进行低速验带工作，也会 降低启动力矩。而皮带工作环境相对较差 ，增加速度码盘就增加了一个故障 点，使系统可靠性下降。 “无速度传感器矢量控制技术”正好适合于该应用场 合，即可解决低速验带和重载启动问题，又可使系统更简化，减少故障点， 提高可靠性，使整个系统故障停运时间大大减少。所以矢量控制技术是皮带 传动的最佳技术方案。 2 2、力矩平衡控制方式、力矩平衡控制方式 组内变频靠变频器内部“主-从”功能实现力矩及速度平衡。主传动以闭 环速度控制模式，从传动则为闭环力矩控制。主从传动之间通过通讯连接， 并对变频器参数进行设置，当主传动进行维护或出现故障时，通过变频器间 的控制联锁，其中一台从传动变频器自动升为主传动，以确保传输带仍能在 降负荷下工作。即通过参数设置及工程软件组态,可将任意一台驱动设为速度 闭环主驱动, 其余为转矩闭环从驱动，PLC 和各主从驱动间采用 PROFIBUS-DP 实现通讯，组成一个相对独立的多机传动系统。 每台变频器拖动一台电机并配有制动单元和制动电阻。 组与组之间采用西门子公司 PLC 构成光纤网络进行时间及力矩总体平衡， 统一规划各组状态。由 PLC 协调处理。 3 3、西门子变频器样本西门子变频器样本 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 11 页 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 12 页 （二）系统功能（二）系统功能 1）解决多台电机力矩及速度平衡问题 每一组电机内部力矩平衡是多电机驱动要解决的最主要问题，负载变化， 电机参数及皮带松紧等因素，都会对电机的速度和出力产生扰动性影响，为 了使系统稳定地工作，几台电机必须保持一致的速度，同时尽可能保持均匀 的出力，这要靠变频器内部特殊软件和控制系统软件来共同实现。使功率平 衡度控制在 5%以下. 2）皮带重载启动问题 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 13 页 在皮带工作中，可能会因各种原因，使皮带突然停车，这时皮带上就会 有很重负载，如果这时启动皮带，就会使电机的出力超出正常出力，必须做 到，低速、缓慢启动，减少加速度以便不使皮带打滑或撕裂，这需要控制系 统软件根据现场实际情况和传感器的测量值来控制变频器完成。 3）解决低速验带问题 在皮带安装初期，或在检修期间，要检查皮带质量，如果以高速运行， 对检修人员安全不利，也不利于对皮带进行认真检验，应该使皮带工作速度 降到 0.2 米/秒以下，可有利于人工验带。 4）具有 150%过载能力，和过欠电压，过电流，接地保护 5）把解决液压盘式制动器与变频器工作配合问题 变频器工作时，液压盘式制动器要松闸，而变频器停车时，要及时抱闸， 在紧急情况下，还要利用液压盘式制动器帮助变频器快速停车，所以这要靠 PLC 进行准确协调的控制。 （三）系统配置（三）系统配置 （四）变频柜尺寸（四）变频柜尺寸 15002000 600（单位：mm） 序号名 称型 号单位数量备注 1 变频器 800KW/690V 6SE71 台 3 西门子 2 输入电抗器套 3 西门子 输出电抗器套 3 西门子 3 编码器板只 3 西门子 4 高级操作面板OP1S套 3 西门子 5 通讯光缆米 50 西门子 6 PROFIBUS 通讯板台 3 西门子 7 安装附材批 1 国名优内 8 24V 电源 220/24 个 1 北京 9 中间继电器个 6OMRON 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 14 页 2.72.7 主斜井皮带高、低压配电柜主斜井皮带高、低压配电柜 ( (一一) )简介简介 从两路 660V 母线上取得 660V 电压，经过 1 号到 5 号配电柜以双路供电的方式， 分别送到 1 号、2 号、3 号和 5 号柜，给变频器供电。6 号配电柜提供控制室、配电室 等的其他 380V 用电设备的供电。见附图 3 （二）配置（二）配置 1 1、2 2、3 3、5 5 号柜（单台配置）号柜（单台配置） 序 号 名 称型 号单位数量备注 1 空开 660V 1200A 台 1 常熟 2 中间继电器只 4OMRON 3 指示灯只 4 施奈德 4 电源 24V 只 1 北京 5 电压表只 1 施奈德 6 电流表只 3 施奈德 7 互感器只 3 施奈德 8 母排批 1 太原 9 柜体台 1 天津 10 安装附材批 1 国内名优 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 15 页 4 4、7 7、8 8 号柜（单台配置）号柜（单台配置） 6 6 号柜（单台配置）号柜（单台配置） 序 号 名 称型 号单位数量备注 1 空开 660V 3000A 台 1 常熟 2 中间继电器只 4OMRON 3 指示灯只 4 施奈德 4 电源 24V 只 1 北京 5 电压表只 1 施奈德 6 电流表只 3 施奈德 7 互感器只 3 施奈德 8 母排批 1 太原 9 柜体台 1 天津 10 安装附材批 1 国内名优 序 号 名 称型 号单位数量备注 1 空开 660V 380A 台 1 常熟 2 空开 380V100A 台 5 常熟 3 中间继电器只 4OMRON 4 指示灯只 4 施奈德 5 电源 24V 只 1 北京 6 电压表只 1 施奈德 7 电流表只 3 施奈德 8 互感器只 3 施奈德 9 柜体台 1 天津 10 母排批 1 太原 11 变压器台 1 太原 12 安装附材批 1 国内名优 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 16 页 （三）柜体尺寸：（三）柜体尺寸： 与变频柜配套 （单位：mm） 三、三、 系统功能框图系统功能框图 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 17 页 配电柜 2# 变 频 器 1# 变 频 器 3# 变 频 器 一号驱动电机二号驱动电机 1 号制动器1 号变频风机3 号制动器3 号变频风机 操作控制台操作控制台 皮带综合保护系统 三号驱动电机 2 号制动器2 号变频风机 低压供电系统示意图低压供电系统示意图 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 18 页 660V 母线母线 660V 母线母线 660V 1200A 5 号号 660V 1200A 2 号号 660V 3000A 4 号号 660V 1200A 1 号号 660V 1200A 3 号号 380V/100A 6 号号 660V/3000A 7 号号 至至 2 号号 变变 频频 柜柜 至至 1 号号 变变 频频 柜柜 至至 3 号号 变变 频频 柜柜 备备 用用 制制 动动 站站 照照 明明 操操 作作 台台 备备 用用 联联 络络 柜柜 其其 他他 设设 备备 用用 配配 电电 柜柜 6KV/660V 3500KVA 6KV/660V 3500KVA 660V/3000A 8 号号 附图附图 3 6KV 母线母线 说明：1、虚线框所示配电柜可根据具体情况决定是否选用。 2、实线框所示配电柜（16 号柜）是本系统必须选用的。 三、采用高压变频器的控制方式三、采用高压变频器的控制方式三、采用高压变频器的控制方式三、采用高压变频器的控制方式 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 19 页 1 1 1系统组成系统组成系统组成系统组成 1.1胶带输送机主要参数胶带输送机主要参数: 运输量(t/d) 输送机长度(m) 带速(m/s) 验带速度(m/s)0.5 (可调) 带宽(mm) 带强ST xxxx 倾角() xx 负载转矩特性T =constant 功率平衡=2.5cm/KV 22局部放电（1.5 倍最高相电压下）小于 10pC小于 10pC 23过载能力 150% 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 27 页 序号序号规规 范范单单 位位参数参数备注备注 24噪音水平 小于 75dB 25 变压器可靠性指标（平均无故障工作 时间） h260000 26变压器外形尺寸 宽高深 （mm） 1524X1092X2324 （+596.5 for fan） 27变压器重量kg 28变压器绕组材料铜 29变压器铁心材料及供货商M-6 30变压器绝缘材料Nomex410 31变压器外壳表面防腐处理方式 ANSI61 anti- corrosion painting 32变压器防护等级IP31 33变压器进线方式上/下进线 34变压器盘前维护还是盘后维护盘前维护 变压器外形图及厂家技术资料变压器外形图及厂家技术资料 变压器外形图： 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 28 页 变压器结构图 注：上图为变压器本体参考图 3.1.2 变频装置技术数据变频装置技术数据 皮带机变频器驱动及控制技术方案 山西科达自控工程技术有限公司 电话邮政编码：030006 地址：太原高新技术开发区创业 B 楼 网址：WWW.SXKEDA.COM 第 29 页 序号规 范单位参数备注 1使用标准 NEMA，ANSI，IEEE,IE C 等 2型式及型号PH-6-6-800 3供造商及产地 西门子（上海）电气传动 有限公司 4安装地点室内室内柜装式 5技术方案 单元串联多电平 PWM 电 压源 6对电动机要求 适用于普通防爆 6KV 异 步电机 7变频装置输入侧有无熔断器 功率单元三相输入侧有熔 断器保护 8额定输入电压/允许变化范围kV6+10% 降额运行允 许下降 45% 9系统输入电压kV6 10变频装置输出电压kV6 11变频装置输出电流A140 12逆变侧最高输出电压KV6.6 13