CN102942039B - 按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，属于带式输送机控制技术。所述控制系统包括有变频系统、PLC系统、监控系统和检测系统，变频系统包括有动力电源进线装置、动力电源馈电装置、变频器，PLC系统包括有控制电源进线装置、控制电源馈电装置和PLC装置，监控系统包括有操作台和显示屏，检测护系统包括物料传感器，物料传感器可采用非接触式传感器；所述控制系统根据物料流量的大小或料位高低和前级输送机的运行状态，并附加时间和电动机的电流为条件，合理设定带式输送机的运行速度，通过控制变频器的输出频率，从而对带速进行自动调节。

Description

按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统及方法

技术领域

本发明属于带式输送机控制技术，提出一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统及方法，主要应用于对大中型带式输送机的拖动和控制。

背景技术                                           

在大中型带式输送机的控制系统中，已大量采用变频器进行拖动，实际上这些变频器只是起到软启动的作用，不能根据所输送的物料流量大小或料位高低自动地调节带速，主要存在以下缺点：1）在没有人为参与控制的情况下，不管物料的有无或多少，带式输送机经常处于高速运行状态，对带式输送机的转动部件特别是皮带磨损量加快，影响这些部件的使用寿命，增加设备发生故障的概率和停机检修时间，影响生产；2）因为转动部件特别是皮带等使用寿命缩短，增加了备件费用和运行成本；3）增加安全隐患；4）耗能；5）没有充分发挥变频器的灵活调速性能，自动化水平低。

发明内容

本发明提出一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统及方法，该控制系统和方法可根据所输送的物料如煤、矿石及其他物料的流量大小或料位高低，对带式输送机进行自动控制，实现无人值守的自动化运行。

本发明采取以下技术方案完成其发明目的：一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，包括有变频系统、PLC系统、监控系统和检测系统。

所述变频系统包括有：动力电源进线装置、动力电源馈电装置、变频器，为驱动本级带式输送机的电动机提供频率及电压可变的交流动力电源；电动机的定子绕组接到变频器的输出端，变频器的输入端与动力电源馈电装置的输出端相连，动力电源馈电装置的输入端与动力电源进线装置的输出端相连，动力电源进线装置的输入端与动力电网相连。

所述PLC系统包括有：控制电源进线装置、控制电源馈电装置和PLC装置；PLC装置的电源输入端与控制电源馈电装置的输出端相连，控制电源馈电装置的输入端与控制电源进线装置的输出端相连，控制电源进线装置的输入端连接到控制电源的电网上。

所述监控系统包括有：操作台和显示屏；操作台上装有开关、按钮并与PLC输入口相连，用于在手动方式下控制本级带式输送机的启、停，并装有信号灯和显示仪表，用于显示本级带式输送机的运行状态和重要参量；显示屏为计算机或工控机，通过网络通讯的方式，与PLC、变频器、带式输送机保护装置进行信息交换；在显示屏上可以观察到关键参量和重要信号情况，显示屏完成对本级带式输送机整个运行过程的关键参量和重要信号情况的实时显示、实时记录等，显示屏内置通讯网卡或在PLC装置中设置网络交换机，并与PLC、变频器以及矿山局域网形成网络通讯，对所述本级带式输送机及其控制系统进行远程诊断和远程控制，实现本级带式输送机的自动化运行和无人值守。    

所述检测系统包括有物料传感器；物料传感器采用非接触式传感器。

所述的关键参量和重要信号情况为电动机的电压、电流、频率和皮带运行速度以及带式输送机保护装置的动作情况。

物料如果来自于前一级带式输送机，宜将物料传感器安装在前一级带式输送机的中部区域，与前一级带式输送机的机头相隔一段距离，以便让本级带式输送机在速度调整过程有足够的反应时间，并且将传感器的过程条件设置为输送带。

对于多级传送的带式输送机，可把物料流量传感器加设在物料源头能够准确反映物料流量或料位的区域。

物料如果来自于料仓，宜将物料传感器安装在料仓的顶部，始终都能够检测到物料的场所，并且加设防护措施以免物料传感器被物料砸住或磕碰而损坏。

将物料信号和前级输送机运行状态传送到显示屏并到PLC中，通过PLC装置，设定本级带式输送机的运行速度，控制变频器的输出频率，从而对带速进行自动的调节。

在本发明的控制系统中，一台变频器拖动一台电动机，形成“一拖一”的拖动方式，对于由多台电动机共同驱动的带式输送机的情况，变频器的数量与电动机相同，多台变频器之间采用主、从控制方式，设置其中一台变频器为主机，其他变频器为从机，主机中设置有速度和电流闭环控制，从机跟随主机的频率和电流变化并具有电流闭环功能，这样，在多台电动机共同驱动一台带式输送机的情况下，PLC只要对作为主机的变频器进行输出频率调节，就能达到对带式输送机进行速度调节的目的，而且，能够确保多台电动机的速度一致、电流一致，达到各分部电动机出力一致的目的，以提高带式输送机的调速性能并提高带式输送机包括皮带的寿命。

上述按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统的控制方法：

带速调节主要依据的条件是：

1）前一级带式输送机物料流量或料位、前级料仓的料位；

2）前一级输送机的运行状态；

3）调节时间，当检测到前级物料流量或料位增大，及时启动并加速本级带式输送机，当检测到前级物料流量或料位减少甚至已放空，则延时一段时间降低本级带式输送机的速度甚至怠速运行或暂时停机；

4）通过变频器输出电流即电动机的电流反映在本级带式输送机上实时物料的情况，作为怠速控制或暂时停机的条件之一，电动机在空载电流状态下运行一段时间，即说明本级带式输送机的物料已放空，本级带式输送机就可以怠速运行或暂时停机；

所述物料传感器安装在前一级带式输送机的中部时，或将物料传感器加设在物料源头能够准确反映物料流量或料位的区域时，当物料传感器检测到物料的出现，立即启动本级带式输送机并加速，带速与物料流量或料位基本成正比，流量或料位越大带速越高，流量或料位达到一定程度，本级带式输送机以额定速度运行；流量或料位的降低并经过一定时间的延时，才让带速降低，当物料传感器检测到流量或料位小到一定程度并经一定时间的延时，本级带式输送机以怠速运行，当物料传感器检测到流量或料位为零即放空状态，同时从变频器中读取的电流为电动机的空载电流，经一定时间的延时后，本级带式输送机暂停运行；带速按物料流量大小或料位高低也可分级控制，当流量或料位达到一定程度，则以额定速度即高速运行，当流量或料位减小到一定程度，则以低速运行，当流量或料位为零，则怠速运行或暂停运行；对于多级传送的带式输送机，其它各级带式输送机速度调节同上所述，各级启动或加速的顺序是沿逆物流方向，各级减速或停机的顺序是沿顺物流方向；

所述物料传感器安装在料仓的顶部时，当物料传感器检测到料仓有料，启动带式输送机并低速或怠速运行，刮板输送机开启，本级带式输送机则加速并以额定速度运行，当物料传感器检测到料仓无料即放空状态，带式输送机减速至怠速运行，刮板输送机停止运行，同时从变频器中读取的电流为电动机的空载电流，经一定时间的延时后，本级带式输送机暂停运行。

本发明提出一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，能够满足各种大中型带式输送机控制的需要。相较于现有公知技术，具有根据物料流量或料位的多少对带式输送机的速度进行自动调节的功能，降低带式输送机转动部分的磨损，从而延长带式输送机特别是皮带的寿命，降低带式输送机使用费用，提高安全生产能力，并且，节能降耗符合国家产业政策，具有明显的社会和经济效益。

附图说明

图1、图2为本发明的原理框图，图1中物料来自于前一级带式输送机，图2中物料来自于料仓。

图中，1.动力电源进线装置，2、3.动力电源馈电装置，4.控制电源进线装置，5.控制电源馈电装置，6、7.变频器，8.PLC装置，9.操作台，10.显示屏，11.带式输送机保护装置，12.料位传感器，13、14.电动机,15.本级带式输送机，16a.前一级带式输送机，16b.刮板输送机，17.料仓。

具体实施方式

结合附图对本发明实施例加以说明：

在图中，本发明提出的一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，包括有变频系统、PLC系统、监控系统和检测系统。    

所述变频系统包括有：动力电源进线装置（1）、动力电源馈电装置（2和3）、变频器（6和7），为驱动本级带式输送机（15）的电动机（13和14）提供频率及电压可变的交流动力电源，电动机（13）和（14）的定子绕组分别接到变频器（6）和（7）的输出端，变频器（6）和（7）的输入端分别与动力电源馈电装置（2）和（3）的输出端相连，动力电源馈电装置（2）和（3）的输入端并接在一起且与动力电源进线装置（1）的输出端相连，动力电源进线装置（1）的输入端与动力电网相连。

所述PLC系统包括有：控制电源进线装置（4）、控制电源馈电装置（5）和PLC装置（8）；PLC装置（8）的电源输入端与控制电源馈电装置（5）的输出端相连，控制电源馈电装置（5）的输入端与控制电源进线装置（4）的输出端相连，控制电源进线装置（4）的输入端连接到控制电源的电网上。   

所述监控系统包括有：操作台（9）和显示屏（10）；操作台（9）上装有开关、按钮等器件并与PLC输入口相连，用于在手动方式下控制本级带式输送机（15）的启、停，并装有信号灯和显示仪表，用于显示本级带式输送机（15）的运行状态和重要参量，显示屏为计算机或工控机，通过网络通讯的方式，与PLC、变频器、带式输送机保护装置进行信息交换，在显示屏上可以观察到关键参量和重要信号情况如电动机（13）和（14）的电压、电流、频率和皮带运行速度以及带式输送机保护装置（11）的动作情况等，显示屏完成对本级带式输送机（15）整个运行过程的关键参量和重要信号情况的实时显示、实时记录等，显示屏（10）内可设有通讯网卡或在PLC装置中设置网络交换机，并与PLC、变频器以及矿山局域网形成网络通讯，对本级带式输送机（15）及其控制系统进行远程诊断和远程控制，实现本级带式输送机（15）的自动化运行和无人值守。

所述检测系统包括有物料传感器（12）；物料传感器（12）可采用非接触式传感器（例如但不限于超声波或雷达传感器）；将物料传感器（12）的信号与前一级带式输送机（16a）或刮板输送机（16b）的运行状态信号传送到显示屏并传到PLC中，通过PLC装置，根据物料的流量或料位，以及前一级带式输送机（16a）或刮板输送机（16b）的运行状态，设定本级带式输送机（15）的运行速度，通过控制变频器（6）和（7）的输出频率，从而对带速进行自动调节。

在图1中，物料来自于前一级带式输送机（16a），将物料传感器安装在前一级带式输送机（16a）的中部，远离前一级带式输送机（16a）的机头有一段距离，以便让本级带式输送机（15）在速度调整过程有足够的反应时间，并且将传感器的过程条件设置为输送带，对于多级传送的带式输送机，可把物料流量传感器（12）加设在物料源头能够准确反映物料流量或料位的区域。当物料流量传感器（12）检测到物料的出现，立即启动本级带式输送机（15）并加速，带速可与物料流量或料位基本成正比，流量或料位越大带速越高，流量或料位达到一定程度，本级带式输送机（15）以额定速度运行，流量或料位的降低并经过一定时间的延时，才让带速降低，当传感器（12）检测到流量或料位小到一定程度并经一定时间的延时，本级带式输送机（15）以怠速运行，当传感器（12）检测到流量或料位为零即放空状态，同时从变频器中读取的电流为电动机的空载电流，经一定时间的延时后，本级带式输送机（15）暂停运行；带速按物料流量大小或料位高低也可分级控制，当流量或料位达到一定程度，则以额定速度即高速运行，当流量或料位小到一定程度，则以低速运行，当流量或料位为零即放空状态，则以怠速运行甚至暂时停机。对于多级传送的带式输送机，其它各级带式输送机的速度调节同上所述，各级启动或加速的顺序是沿逆物流方向，各级减速或停机的顺序是沿顺物流方向。

在图2中，物料来自于料仓，将物料传感器安装在料仓（17）的顶部，始终都能够检测到物料的场所，并且加设防护措施以免物料传感器（12）被物料砸住或磕碰而损坏，物料传感器（12）至少要能够反应物料的有或无，当物料传感器（12）检测到料仓有料，启动本级带式输送机（15）并低速或怠速运行，刮板输送机（16b）开启，本级带式输送机（15）则加速直至以额定速度运行，当物料传感器（12）检测到料仓无料即放空状态，本级带式输送机（15）减速至怠速运行，刮板输送机（16b）停止运行，同时从变频器中读取的电流为电动机的空载电流，经一定时间的延时后，本级带式输送机（15）可暂停运行。

变频器（6）和（7）分别拖动电动机（13）和（14），形成“一拖一”的拖动方式，对于由多台电动机共同驱动的本级带式输送机（15），变频器的数量与电动机相同，多台变频器之间采用主、从控制方式，设置其中一台变频器（如图中的7）为主机，其他变频器为从机，主机中设置有速度和电流闭环控制，从机跟随主机的频率和电流变化并具有电流闭环功能，这样，在多台电动机共同驱动一台本级带式输送机（15）的情况下，PLC只要对作为主机的变频器进行输出频率调节，就能达到对本级带式输送机（15）进行速度调节的目的，而且，能够确保多台电动机的速度一致、电流一致，达到各分部电动机出力一致的目的，以提高本级带式输送机（15）的调速性能并提高带式输送机包括皮带的寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，其特征在于：所述控制系统包括有变频系统、PLC系统、监控系统和检测系统；

所述变频系统包括有：动力电源进线装置（1）、动力电源馈电装置（2、3）、变频器（6、7），为驱动本级带式输送机（15）的电动机（13、14）提供频率及电压可变的交流动力电源；

所述PLC系统包括有：控制电源进线装置（4）、控制电源馈电装置（5）和PLC装置（8），对本级带式输送机（15）进行启、停控制，并通过变频器（6、7）对本级带式输送机（15）进行速度调节；

所述监控系统包括有：操作台（9）和显示屏（10），操作台（9）上装有开关、按钮器件并与PLC输入口相连，用于在手动方式下控制本级带式输送机（15）的启、停，并装有信号灯和显示仪表，用于显示本级带式输送机（15）的运行状态和重要参量，显示屏（10）为计算机或工控机，通过网络通讯的方式，与PLC、变频器、带式输送机保护装置（11）进行信息交换，在显示屏（10）上可以观察到关键参量和重要信号情况，显示屏（10）完成对本级带式输送机（15）整个运行过程的关键参量和重要信号情况的实时显示、实时记录；显示屏（10）内可设有通讯网卡或在PLC装置中设置网络交换机，并与PLC、变频器以及矿山局域网形成网络通讯，对所述本级带式输送机（15）及其控制系统进行远程诊断和远程控制，实现本级带式输送机（15）的自动化运行和无人值守；

所述检测系统包括有物料传感器（12）；物料传感器（12）采用非接触式传感器；将物料传感器（12）的信号与前一级带式输送机（16a）或刮板输送机（16b）的运行状态信号传送到显示屏（10）并传到PLC中， PLC装置（8），根据物料的流量或料位和前级输送机的运行状态，并附加调节时间和电动机电流值条件，设定本级带式输送机（15）的运行速度，通过控制变频器的输出频率，从而对本级带式输送机（15）的带速进行自动调节。

2.根据权利要求1所述的按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，其特征在于：所述物料传感器安装在前一级带式输送机（16a）的中部，与前一级带式输送机（16a）的机头相隔一段距离，以便让本级带式输送机（15）在速度调整过程有足够的反应时间，并且将物料传感器（12）的过程条件设置为输送带，所述物料传感器的这种设置，对应于物料来自于前一级带式输送机（16a）；对于多级传送的带式输送机，将物料传感器（12）加设在物料源头能够准确反映物料流量或料位的区域。

3.根据权利要求1所述的按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，其特征在于：所述物料传感器（12）安装在料仓（17）的顶部，始终都能够检测到物料的场所。

4.根据权利要求1所述的按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，其特征在于：所述变频系统中，一台变频器对应拖动一台电动机，形成“一拖一”的拖动方式。

5.根据权利要求1所述的按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，其特征在于：所述变频系统中的变频器为若干台，所述变频器的数量与电动机相同；所述带式输送机为由多台电动机共同驱动的结构，多台变频器之间采用主、从控制方式，设置其中一台变频器为主机，其他变频器为从机，主机中设置有速度和电流闭环控制，从机只设电流闭环并跟随主机的频率和电流变化，这样， PLC只要对作为主机的变频器进行输出频率控制，就能达到对带式输送机（15）进行速度调节的目的，而且，能够确保多台电动机的速度一致、电流一致。

6.根据权利要求1所述的按物料流量或料位自动调节带速的带式输送机控制系统，其特征在于：所述的关键参量和重要信号情况为电动机的电压、电流、频率和皮带运行速度以及带式输送机保护装置（11）的动作情况。