CN102616531A

CN102616531A - 一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法及系统

Info

Publication number: CN102616531A
Application number: CN2012100780998A
Authority: CN
Inventors: 李永刚; 赵向南; 常红星; 李洪涛; 郭丽丽
Original assignee: LUOHE HENGYIDA ELECTRIC EQUIPMENT CO Ltd; Zhengzhou University
Current assignee: LUOHE HENGYIDA ELECTRIC EQUIPMENT CO Ltd; Zhengzhou University
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: CN102616531B

Abstract

本发明涉及一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法及系统，系统包括机头变频器、机尾变频器、工业计算机控制系统。还设有一个控制连接机尾变频器的PLC，所述PLC通过无线控制网络与工业计算机进行通信同时与机尾变频器通讯，用于对机头、机尾变频器进行功率平衡调节。机头变频器通过RS485网络与工业计算机通。采用本发明的平衡调节方法，能够实现真正的自动实时调节，调节效果好。

Description

一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法及系统

技术领域

本发明涉及带式输送机变频传动的功率平衡调节的技术领域。

背景技术

随着带式输送机向长距离、大运量、高速度及高可靠性的方向发展，对机头机尾驱动变频电机的功率平衡调节已成为带式输送机变频调速自动控制系统的核心技术问题，并关系到带式输送机工作的动态稳定性。而传统的双机变频拖动方案中，一般采用变频器的主从控制功能，即将一台变频器设定为主变频器，另一台设定为从变频器，主从变频器之间采用RS485通讯，主变频器频率由计算机或变频器面板设定，从变频器频率采用“频率跟踪+电位器微调”的设定模式，以此实现主从变频器运行时的输出转速一致及功率平衡。由于从变频器需要辅助电位器微调，因此该调节方法不能算作真正的闭环自动调节，而且效果不佳。

这种控制方案主从变频器之间采用RS485通讯，虽然RS485也是总线制通讯方式，但会在1200米通讯距离左右而形成信号衰减，因此对长距离带式输送机的情况，若仍采用RS485通讯，系统需要另外串接RS485光电隔离中继器来做信号放大，如果距离更远，那么就需要在每个RS485信号衰减处安装RS-485光隔中继器来解决信号传输问题。但这种解决方案有个重要的问题需要解决，因为每加一个RS485光电隔离中继器，那么都需要在串接位置给中继器载入用以驱动的外接电源，而各种各样的应用中，有时并不是每个衰减点都有可能方便的接入电源。基于这个现状，也有的控制系统采用光纤通讯的方式，但这个方案明显存在着布线昂贵，接口设备通常价格也比较高的问题。

另外，传统的带式输送机驱动电机的功率平衡方法多采用转矩传感器或电流、电压传感器采集电机传动系统参数，会因传感器的精度问题，使控制系统的控制精度有一定局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法，用以解决现有功率调节方法效果不佳的问题。另外，本发明还提供了一种带式输送机变频传动系统。

为实现上述目的，本发明的方法方案是：一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法，包括如下步骤：

1）使机头变频器以频率fs1运行，

2）使机尾变频器以频率fs2运行，fs2=K*fs1+f(t)，其中K是基于设备正常运行时的频率校正系数，f(t)是根据运行过程中机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率计算确定的频率微调值。

步骤2）中频率微调值f(t)按如下方式确定：每隔△t的时间周期计算一次f(t)，连续两次的频率微调值分别为f(t+△t)与 f(t)，而且f(t+△t)= f(t)+N△f，开机时，K=1，f(t)=0，其中N是根据系统反映速度及工艺要求确定的频率微调固定系数，△f是机尾变频器的连续两次采样频率值之差，初始时△f=0；每隔△t，比较△P%与△Pset%，△P%为机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率，△Pset%为设定值；如果∣△P%∣≥△Pset%，若△P%＜0：则N为负；若△P%＞0：则N为正；如果∣△P%∣＜△Pset%，则N=0。

机头变频器与机尾变频器正常运行，每当正常运行了一段设定时间，就记录此时机头变频器频率fs1，机尾变频器频率fs2和该段时间内的频率校正系数K1，重新确定继续运行的频率校正系数K，K=（K1+fs2/fs1）/2。

本发明的系统方案是：一种带式输送机变频传动系统，包括机尾变频器，还设有一个控制连接机尾变频器的PLC，所述PLC与机头变频器通讯连接，或者通过工控计算机与机头变频器通讯连接；所述PLC用于对机尾变频器进行功率平衡调节；机头变频器以频率fs1运行时，PLC控制机尾变频器以频率fs2运行，fs2=K*fs1+f(t)，其中K是基于设备正常运行时的频率校正系数，f(t)是根据运行过程中机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率△P%计算确定的频率微调值。

频率微调值f(t)按如下方式确定：每隔△t的时间周期计算一次f(t)，连续两次的频率微调值分别为f(t+△t)与 f(t)，而且f(t+△t)= f(t)+N△f，开机时，K=1，f(t)=0，其中N是根据系统反映速度及工艺要求确定的频率微调固定系数，△f是机尾变频器的连续两次采样频率值之差，初始时△f=0；每隔△t，比较△P%与△Pset%，△P%为机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率，△Pset%为设定值；如果∣△P%∣≥△Pset%，若△P%＜0：则N为负；若△P%＞0：则N为正；如果∣△P%∣＜△Pset%，则N=0。

机头变频器与机尾变频器正常运行，每当正常运行了一段设定时间，PLC就记录此时机头变频器频率fs1、机尾变频器频率fs2和该段时间内的频率校正系数K1，然后重新确定继续运行的频率校正系数K，K=（K1+fs2/fs1）/2。

所述工控计算机或机头变频器与PLC之间还设有用于无线通讯的无线传输系统。

所述无线传输系统包括与工控计算机或机头变频器串行通讯的无线传输装置，以及与PLC串行通讯连接的无线传输装置。

采用本发明的平衡调节方法，能够实现真正的自动实时调节，调节效果好。而且调节不需要再独立设置的转矩或电流、电压传感器，仅依靠变频器的精确测量值，如输出功率等，测量精度高。

另外，为了能够实现超长距离的输送控制，本发明采用了无线通讯系统来传输原来用串行总线来传输的命令与数据，节约了大量中继设备和电源，性价比高。

附图说明

图1是实施例1长距离G300管状皮带输送机机头机尾变频同步控制及功率平衡控制系统示意框图；

图2是实施例1超长距离带式输送机变频传动的功率平衡调节的实现方法步骤流程图；

图3是实施例2的系统图；

图4是实施例4的系统图；

图5是实施例3的系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法

一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法，包括如下步骤：

1）使机头变频器以频率fs1运行，

2）使机尾变频器以频率fs2运行，fs2=K*fs1+f(t)，其中K是基于设备正常运行时的频率校正系数，f(t)是根据运行过程中机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率△P%计算确定的频率微调值。

步骤2）中，频率微调值f(t)按如下方式确定：每隔△t的时间周期计算一次f(t)，连续两次的频率微调值分别为f(t+△t)与 f(t)，而且f(t+△t)= f(t)+N△f，开机时，K=1，f(t)=0，其中N是根据系统反映速度及工艺要求确定的频率微调固定系数，△f是机尾变频器的连续两次采样频率值之差，初始时△f=0；每隔△t，比较△P%与△Pset%，△P%为机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率，△Pset%为设定值；如果∣△P%∣≥△Pset%，若△P%＜0：则N为负（即N取-N）；若△P%＞0：则N为正（即N取+N）；如果∣△P%∣＜△Pset%，则N=0。

频率微调固定系数N根据选择的变频器和工艺要求确定，N如果换算为频率，大约等于0.0015最大频率。

开机时，设定机头变频器以fs1运行，根据fs2=K*fs1+f(t)，确定fs2，首先设定一个时间周期△t，每隔△t的时间周期计算一次f(t)，连续两次的频率微调值分别为f(t+△t)与 f(t)，f(t+△t)通过迭代方式得到，公式为：f(t+△t)= f(t)+N△f。开机时，K=1，f(t)=0，△f是机尾变频器的连续两次采样频率值之差，初始时△f=0；本实施例中，各个时间周期的频率微调值简单表示为f(0)、f(1)、f(2)、f(3)…对应地有△f0、△f1、△f2、△f3…△P%0、△P%1、△P%2、△P%3…N0、N1、N2、N3…f(0)，△f0，△P%0，N0表示初始状态值，均设为0，由前述分析，f(1)= f(0) +N1△f1（由于开始运行，△f1不再为零），N1的正负通过△P%1与△Pset%相比决定；f(2)=f(1)+N2△f2，N2的正负通过△P%2与△Pset%相比决定；f(3)=f(2)+N3△f3，依次类推，不再赘述。当N为负，系统的趋势是以每个时间周期递减N，直至∣△P%∣＜△Pset%；当N为正，系统的趋势是以时间扫描周期递加N，直至∣△P%∣＜△Pset%。

依照上述规则，机头变频器与机尾变频器正常运行，每当正常运行了一段设定时间，就记录此时机头变频器频率fs1，机尾变频器频率fs2和该段时间内的频率校正系数K1，重新确定继续运行的频率校正系数K，K=（K1+fs2/fs1）/2。

系统

实施例1

如图1所示为某选煤厂G300管状皮带输送机项目，该选煤厂G300管状皮带输送机全长1250米，由机头、机尾2台200KW三相交流电机分别驱动，配套电机型号为Y355M-4，380V 50Hz，额定电流355A。图2是本发明实施例长距离G300管状皮带输送机机头机尾变频同步控制及功率平衡控制系统示意框图，控制系统采用计算机作为控制中心，采用WinCC作为监控组态软件。机头、机尾变频器采用PI7800 250KW通用恒转矩类变频器，内置有RS485通讯板。计算机与机头变频器通过RS485接口及专用屏蔽电缆实现数据通讯。计算机通过无线发射接收装置与可编程控制器实现数据通讯，无线发射接收装置采用WDS2510型，可编程控制器采用S7-300 CPU。计算机与WDS2510无线发射器通过RS485接口实现数据通讯，采用PPI通讯协议。可编程控制器S7-300 CPU通过RS485接口与机尾变频器实现数据通讯。对于本实施例中的变频器，对应最大频率（50Hz）的频率计数值为32000，对应最小频率的计数值为6400，取频率微调固定系数N约等于变频器最小分辨频率（0.01Hz）。

本实施例1250米G300带式输送机机头机尾变频传动的功率平衡调节的实现方法，主要通过以下步骤实现：

（1）工控计算机IPC通过RS485接口与机头变频器通讯，发出起动、停机指令控制机头变频器的起停；

（2）机头变频器运行时按照IPC设定的运行频率fs1运行，IPC可实时获得机头变频器的输出功率、运行频率、故障信号等信息，并由IPC组态画面显示；

（3）IPC通过无线发射接收装置与可编程控制器PLC实现数据通讯，包括起动、停止信号，机头、机尾变频器的输出功率、运行频率、故障信号等等，相关反馈信息由计算机组态画面显示；步骤（2）与（3）主要作用是IPC对机头变频器、机尾变频器信息进行显示。

（4）可编程控制器PLC接收IPC的命令，通过RS485接口与机尾变频器通讯，并按照计算机发出的起动、停机指令控制机尾变频器的起停；

（5）机尾变频器运行时的频率fs2由可编程控制器按公式计确定：fs2=K*fs1+f(t)，具体计算见上述方法实施例。

（6）机头变频器与机尾变频器正常运行，每当正常运行了一段设定时间，就记录此时机头变频器频率fs1，机尾变频器频率fs2和该段时间内的频率校正系数K1，重新确定继续运行的频率校正系数K，K=（K1+fs2/fs1）/2。

实施例2

如图3所示，实施例2中，PLC直接与机头变频器、机尾变频器通讯。

实施例3

如图5所示，为了能够实现远距离应用，对实施例2进行改进得到实施例4，在机头变频器与PLC之间增加无线传输系统。

实施例4

如图4所述，实施例4与实施例1的不同仅在于，PLC与IPC之间没有无线传输系统。

Claims

1.一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）使机头变频器以频率fs1运行，

2.根据权利要求1所述的一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法，其特征在于，步骤2）中频率微调值f(t)按如下方式确定：每隔△t的时间周期计算一次f(t)，连续两次的频率微调值分别为f(t+△t)与 f(t)，而且f(t+△t)= f(t)+N△f，开机时，K=1，f(t)=0，其中N是根据系统反映速度及工艺要求确定的频率微调固定系数，△f是机尾变频器的连续两次采样频率值之差，初始时△f=0；每隔△t，比较△P%与△Pset%，△P%为机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率，△Pset%为设定值；如果∣△P%∣≥△Pset%，若△P%＜0：则N为负；若△P%＞0：则N为正；如果∣△P%∣＜△Pset%，则N=0。

3.根据权利要求2所述的一种带式输送机变频传动的功率平衡调节方法，其特征在于，机头变频器与机尾变频器正常运行，每当正常运行了一段设定时间，就记录此时机头变频器频率fs1，机尾变频器频率fs2和该段时间内的频率校正系数K1，重新确定继续运行的频率校正系数K，K=（K1+fs2/fs1）/2。

4.一种带式输送机变频传动系统，包括机尾变频器，其特征在于，还设有一个控制连接机尾变频器的PLC，所述PLC与机头变频器通讯连接，或者通过工控计算机与机头变频器通讯连接；所述PLC用于对机尾变频器进行功率平衡调节；机头变频器以频率fs1运行时，PLC控制机尾变频器以频率fs2运行，fs2=K*fs1+f(t)，其中K是基于设备正常运行时的频率校正系数，f(t)是根据运行过程中机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率△P%计算确定的频率微调值。

5.根据权利要求4所述的一种带式输送机变频传动系统，其特征在于，频率微调值f(t)按如下方式确定：每隔△t的时间周期计算一次f(t)，连续两次的频率微调值分别为f(t+△t)与 f(t)，而且f(t+△t)= f(t)+N△f，开机时，K=1，f(t)=0，其中N是根据系统反映速度及工艺要求确定的频率微调固定系数，△f是机尾变频器的连续两次采样频率值之差，初始时△f=0；每隔△t，比较△P%与△Pset%，△P%为机头变频器和机尾变频器的输出功率差的百分率，△Pset%为设定值；如果∣△P%∣≥△Pset%，若△P%＜0：则N为负；若△P%＞0：则N为正；如果∣△P%∣＜△Pset%，则N=0。

6.根据权利要求5所述的一种带式输送机变频传动系统，其特征在于，机头变频器与机尾变频器正常运行，每当正常运行了一段设定时间，PLC就记录此时机头变频器频率fs1、机尾变频器频率fs2和该段时间内的频率校正系数K1，然后重新确定继续运行的频率校正系数K，K=（K1+fs2/fs1）/2。

7.根据权利要求4所述的一种带式输送机变频传动系统，其特征在于，所述工控计算机或机头变频器与PLC之间还设有用于无线通讯的无线传输系统。

8.根据权利要求7所述的一种带式输送机变频传动系统，其特征在于，所述无线传输系统包括与工控计算机或机头变频器串行通讯的无线传输装置，以及与PLC串行通讯连接的无线传输装置。