CN104760817A

CN104760817A - 一种皮带运输机负载控制方法

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Publication number: CN104760817A
Application number: CN201510059745.XA
Authority: CN
Inventors: 毛嘉; 吴波; 姜华; 于剑锋; 赵震震; 徐梓涵
Original assignee: Shanghai Yun Tong Information Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yun Tong Information Technology Co Ltd
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2035-02-05
Also published as: CN104760817B

Abstract

本发明公开了一种皮带运输机负载控制方法，该皮带运输机由电动机驱动，包括步骤A1，负载评估单元根据皮带运输机电动机的额定电压、额定电流和额定功率计算出相应的无功功率，建立皮带运输机电动机的电压、电流、有功功率、无功功率和皮带运输机负载见的映射关系表；A2，电气参数采集模块采集得到皮带运输机电动机的实时电压和实时电流，负载评估单元计算得到皮带运输机电动机的实时有功功率和实时无功功率，根据所述的映射关系表得到皮带运输机的实时负载；A3，PLC根据皮带运输机电动机的实时电压和实时电流判断此时皮带运输机是否出现故障，若无过载，则由速度运算模块根据实时负载对皮带运输机的速度进行调整。

Description

一种皮带运输机负载控制方法

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，特别涉及一种皮带运输机负载控制方法。

背景技术

皮带运输机以其成本低、工作可靠稳定等优点而成为现代工业化生产的重要设备。皮带机在设计时，一般都按照所能承载的最大运输量来考虑。而实际工作中，由于物料分布不均匀，导致皮带机运行负载变化很大。当带式输送机的实际传送功率远远小于其设计功率时，就会出现“大马拉小车”的现象。皮带机保持在恒转速运行状态不仅造成了巨大的能源浪费，而且减少了皮带机的使用寿命。因此根据皮带上的负载来智能调节皮带机转速，尤为重要。

传统的负载预测采用物料流量计，对物料进行统计，然而对于铁矿石、铜矿石等块状的物料，显然无法得到令人满意的结果。

还有方法采用在紧边皮带机下安装电子秤的方法，如图1所示，由皮带机的模型可知，作用于电子秤的压力不仅来源与物料本身，还包括紧边皮带本身的重量产生的压力，以及皮带与托辊之间摩擦所产生的作用于电子称上的压力，因此此种方法精度不高。

还有的方法，根据电流或者转速进行负载评估，然而这些方法只是根据一个大致的对应关系来估算，参数单一，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种皮带运输机负载控制方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明的技术方案是，一种皮带运输机负载控制方法，该皮带运输机由电动机驱动，包括以下步骤：

A1，负载评估单元根据皮带运输机电动机的额定电压、额定电流和额定功率计算出相应的无功功率，建立皮带运输机电动机的电压、电流、有功功率、无功功率和皮带运输机负载见的映射关系表；

A2，电气参数采集模块采集得到皮带运输机电动机的实时电压和实时电流，负载评估单元计算得到皮带运输机电动机的实时有功功率和实时无功功率，根据所述的映射关系表得到皮带运输机的实时负载；

A3，PLC根据皮带运输机电动机的实时电压和实时电流判断此时皮带运输机是否出现故障，

若出现故障，则停止皮带运输机并报警，

若无故障，则根据皮带运输机的实时负载和设定负载，判断是否出现过载，若出现过载，且该过载情况持续一个设定时长，则对位于给料口的流量控制单元发出调整控制指令，流量控制单元减少单位时间内的吞吐量，

若无过载，则由速度运算模块根据实时负载对皮带运输机的速度进行调整。

进一步的，速度运算模块根据实时负载对皮带运输机的速度进行调整步骤包括：

B1,速度运算模块根据PLC的PID控制参数的变化，结合额定功率，设置皮带运输机正常运行时负载的重量和最佳速度公式为：

\frac{G}{V} &Proportional; K \frac{G_{m}}{V_{m}}

其中，G_m和V_m是皮带运输机正常运行下的负载重量和最佳速度，G为当前评估的负载重量，V为皮带运输机需要达到的目标最佳速度，K参数的变化由PID控制，

B2,变频器根据速度运算模块发出的控制信息，通过改变电流的频率来改变皮带运输机电动机的转速，从而达到皮带运输机的最佳速度。

进一步的，对于前后连贯的多条皮带运输机，为了协调上、下皮带运输机之间的运行速度采用时间延长单元，

该时间延长单元根据PLC对上级皮带运输机速度的调整，结合改变后的皮带运输机的实时速度，实时调整延时时间τ的大小，其中，

τ不仅包含负载在皮带运输机上的时间，还包括负载在上级工艺中处理的时间。

进一步的，采用故障检测器检测下级皮带运输机的速度，并将下级皮带运输机的故障检测情况反馈到PLC，防止当下级皮带运输机发生故障时，上级皮带运输机无法做出相应的对策而造成的重大事故。

本发明解决了现有技术中的问题，同时解决工程中铁矿石等物料不均匀的运输问题。本发明根据皮带运输机运行过程中，检测到的电气参数，来评估皮带运输机的负载。此种方法实时性高、易于实现同时基于多参数的检测，可靠性更高。在负载评估的基础上，根据PLC的输出信号，加入速度运算模块，得到当前情况下，皮带机运行速度的最优值。根据采集到的参数判断皮带机的工作状态，在出料口处加入物料流量控制模块，避免皮带机过载超过某一极限后出现的打滑等问题并且采用智能控制的方法达到多级皮带机协调工作的目的，进一步节约电能。

本发明采用闭环控制，系统更加稳定，同时根据电气参数来评估皮带机负荷，具有成本低、易于检测、实时性高的特点。系统中为了安全性加入了反馈模块和物料流量控制模块，进一步提高了皮带运输机的安全性，对上下级皮带机进行协调控制，实现工艺的整体最优控制。

本发明基于电气参数检测的皮带机负载评估控制方法，基于电气参数的负载评估，具有易于实现、实时性高、可靠性高的特点，而在此基础上，对皮带运输机进行合理的控制，不仅节约了电能，降低了生产成本，还提高了皮带运输机的安全性。

本发明是一种基于电气参数检测的皮带机负载评估控制方法，主要技术特点包括：

(1)皮带机负载评估方法，基于电动机的多个运行参数，采集方便，可靠性高。

(2)根据评估的负载，通过速度运算模块，得到当前条件下皮带机的最佳运行速度。

(3)当PLC检测到皮带机长时间工作在过负载状态，对流量控制单元进行控制，从而对物料的进入进行合理的控制。

(4)当PLC根据负载评估单元判断出皮带机处于断带等故障时，能够及时控制皮带机停机并发出报警信号，方便工作人员及时处理。

附图说明

图1现有技术中皮带机示意图。

图2本发明实施例中的闭环控制图。

图3本发明皮带运输机工作于过负载状态示意图。

图4本发明实施例中工艺流程图。

图5本发明实施例中多级皮带运输机控制示意图。

具体实施方式

本发明的系统如图2所示，包含PLC控制器、速度运算模块、电气参数采集模块、负载评估模块、A/D转换模块、流量控制单元。如图4所示，具体的流程如下：

1.皮带机正常工作时，利用电气参数采集模块中的多功能智能电表(ACR320E)采集三相电动机的电压和电流，并计量出功率因数、有功功率和无功功率，然后通过RS-485接口实现与负载评估单元的通信。

2.负载评估单元中首先根据电动机铭牌上的额定电压、额定电流、额定功率，计算出相应的无功功率，利用RBF神经网络算法强大的函数逼近能力，建立起电压、电流、有功功率、无功功率和负载之间最优且唯一的映射关系。当负载评估单元接收来自电气参数采集模块传送的电压、电流、有功功率和无功功率时，将模拟量转换为相应的数字量并计算此时电动机的有功功率、无功功率，并根据映射关系，得到此时的皮带机的负载，然后同样将其转换为4～20MA的模拟信号连同之前输入的电压和电流的模拟信号一起向下传输。

3.考虑到电动机长时间工作于过负载的状态下，不仅会减少皮带机的实用寿命，还有可能达到某一个极限后，皮带机出现打滑的现象(皮带机工作在过负载状态，如示意图3)。因此PLC控制器接收到模拟信号后，和已经设置好的参数对此，因为皮带机的打滑或者断带等故障和检测到的电动机的电压、电流等相关，从而对皮带机此时是否处于故障做出判断，若皮带机故障，此时PLC发出控制电动机停止的指令并报警，方便工作人员及时处理，为皮带机安全运行提供保障。若皮带机正常，PLC根据负载的模拟信号和设定好的负载参数对比，判断皮带机是否工作于过负载状态。同时设置一个时间t，若PLC判断出，皮带机在连续的t时间内，都处于过负载状态，则对流量控制单元发出控制指令，若不是，则PLC中的PID控制器根据皮带机的负载信号做出相应的调整，并对速度运算模块发出4～20MA的模拟控制信号。

4.速度运算模块根据PID参数的变化，结合额定功率下，皮带运输机正常运行时负载的重量和最佳速度，公式为：

\frac{G}{V} &Proportional; K \frac{G_{m}}{V_{m}}

其中，G_m和V_m是皮带机正常运行下的负载重量和最佳速度，G为当前评估的负载重量，V为皮带机需要达到的最佳速度，K参数的变化由PID控制。

5.变频器根据速度运算模块发出的控制信息，通过改变电流的频率来改变电动机的转速，从而达到电动机此时的最佳转速，速度运算模块和变频器之间采用RS485串行通信。

6.流量控制单元接收到PLC判断到电动机长时间过载而发出的控制信号后，对配套的采集设备进行必要的控制，减少单位时间内的吞吐量，从而达到保护电机的目的。

如图5所示，本发明解决的实际工程问题中，整个工艺流程包含有多条皮带机。在这种情况下，上下皮带机是连贯的，时间延长单元的作用是：

在整个工艺流程中，为了协调上下皮带机之间的运行速度，根据PLC对上级皮带机转速的调整，结合改变后的皮带机转速，实时调整延时时间τ的大小。τ不仅包含负载在皮带机上的时间，还包括货物在上级工艺中处理的时间。由于皮带机的断带等故障与皮带机的转速相关，所以故障检测器主要检测下级皮带机的转速。然后，故障检测器将下级皮带机的故障检测情况反馈到PLC控制器，防止当下级皮带机发生故障时，上级皮带机无法做出相应的对策而造成的重大事故。

本发明技术特征包括：

(1)采用电气多参数来评估皮带机的实时负载。

(2)采用速度运算模块，根据PID参数的调整以及根据负载的评估得到皮带机的最佳运行速度。

采用此种负载评估方法对皮带机进行控制，具有易于实现、可靠性高、实时性好的特点，同时根据皮带机负载的变化，控制皮带机以最优速度运行，延长了皮带机的使用寿命，节约了大量的电能。

Claims

1.一种皮带运输机负载控制方法，该皮带运输机由电动机驱动，其特征在于，包括以下步骤：

若出现故障，则停止皮带运输机并报警，

2.如权利要求1所述的皮带运输机负载控制方法，其特征在于，速度运算模块根据实时负载对皮带运输机的速度进行调整步骤包括：

\frac{G}{V} &Proportional; K \frac{G_{m}}{V_{m}}

3.如权利要求2所述的皮带运输机负载控制方法，其特征在于，对于前后连贯的多条皮带运输机，为了协调上、下皮带运输机之间的运行速度采用时间延长单元，

4.如权利要求3所述的皮带运输机负载控制方法，其特征在于，采用故障检测器检测下级皮带运输机的速度，并将下级皮带运输机的故障检测情况反馈到PLC，防止当下级皮带运输机发生故障时，上级皮带运输机无法做出相应的对策而造成的重大事故。