CN104860087B - 一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置，属于矿山自动控制技术领域，具体涉及一种主要应用在大型直立式筒形煤仓底部出料口的直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置的技术方案。其优点在于采用一台变频器拖动两台直线电机，形成“一拖二”正反拖动方式；现场操作人员根据实际需要通过本控制装置可以方便地设定给煤机的流量；现场显示屏可以显示出设定流量、实际流量及班、日、月、年累计量等工艺参数；换向开关采用冗余方式，使得本发明的给煤机及其控制装置故障率低、效率高、结构简单、重量轻、造价低，可靠性高，可广泛应用于矿山自动控制技术领域。
Description
技术领域
本发明一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置，属于矿山自动控制技术领域，具体涉及一种主要应用在大型直立式筒形煤仓底部出料口的直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置的技术方案。
背景技术
给煤机是煤矿、洗煤厂及发电厂生产不可缺少的重要设备,通常安装在筒形煤仓的底部，在整个生产环节中主要完成煤仓与带式输送机之间的配煤和给煤。根据生产需要将煤仓中的燃煤连续不断地卸落到带式输送机上。
目前，发电厂、洗煤厂及煤矿所选用的给煤机，一般都选用K型往复式给煤机，K型往复式给煤机分K1、K2、K3、K4、K5五种型号，除了体积大小和给煤量多少有区别之外，其结构形式及工作原理基本相同。电动机启动后，经减速机带动曲柄与连杆拖动底板在托辊上作直线往复运动。底板正行时，将底板和煤仓落到底板上的煤一起推到给煤机前端的卸料口；底板逆行时，底板上再一次落下的煤被给煤机后部斜板挡住，底板被强行从煤的下面抽回，K型往复式给煤机一个给煤周期只有底板正行时出煤，底板反行时不出煤。被推到卸料口的煤自行落下卸到运输机械或其他筛选设备上，周而复始完成整个给煤过程。所以现有的给煤机存在故障率高、效率低、结构复杂、重量重、造价高等缺陷。无法通过组态软件组态出每小时实际流量、班、日、月、年累计量，不能利用网络通讯与上位计算机或工控机进行信息交换，无法根据实际需要设定给煤机的流量，以及了解变频器的运行情况，因为通常情况下变频器是安装在配电室的配电柜内远离给煤机，可靠性低，无法提醒维修人员在恰当时机对损坏的换向开关进行维修，所以在现实的生产中，急需一种故障率低、效率高、结构简单、重量轻、造价低，而且具有现代控制功能的机电设备。
发明内容
本发明一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置的发明目的在于：解决上述现有技术中存在的一系列问题，从而公开一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置的技术方案，该设备能适应大型筒形煤仓特殊工况条件下使用。
本发明一种直线电机驱动的往复式给煤机，其特征在于是一种专门用于直线电机驱动的往复式给煤机，该给煤机由一个工字形出料滑块、一个槽钢形出料槽和两台直线电机及托架组成，出料槽6开口朝上平行安装在托架11下部中间位置，出料滑块1下方中间位置两侧加工有两个通槽，出料槽6两侧的钢板嵌入出料滑块1两侧的两个槽内，出料滑块1安装在加夹式滑道上，加夹式滑道由四个三角形导轨组成，四个三角形导轨安装在托架11上，分别为左上导轨7、右上导轨8、左下导轨9、右下导轨10，四个三角形导轨分别与出料滑块1上的左上、右上、左下、右下滑槽相对应，在托架11左侧钢板的内侧安装有左直线电机初级2，在出料滑块1左侧的外侧安装左直线电机次级4，左直线电机初级2与左直线电机次级4保持面对面平行状态，中间须有间隙，在托架11右侧钢板的内侧安装有右直线电机初级3，在出料滑块1右侧的外侧安装右直线电机次级5，右直线电机初级3与右直线电机次级5保持面对面平行状态，中间须有间隙，左直线电机初级2和右直线电机初级3采用矽钢片叠加嵌入三相线圈绕组，工作时外接三相交流电，左直线电机次级4和右直线电机次级5采用矽钢片叠加嵌入闭合线圈绕组，安装完成后出料滑块1在加夹式滑道上前后自由滑动，整个给煤机无机械部件。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征是由变频单元、PLC控制单元和监控单元组成，所述变频单元由电源馈电开关KM、变频器201和新型往复式给煤机的左直线电机206和右直线电机207组成，其中变频器201为左直线电机206和右直线电机207提供频率可调的电压以及完成其换向功能，左直线电机206由左直线电机初级2和左直线电机次级4组成，右直线电机207由右直线电机初级3和右直线电机次级5组成，左直线电机206和右直线电机207初级线圈绕组一个正向，一个反向异向并接到变频器201的动力源输出端上，变频器201的动力源输入端与馈电开关KM的输出端相连，馈电开关KM的输入端与动力供电电网相连；变频器201运行信号输出端和变频器201故障信号输出端与PLC编程器202的开关量输入端相连；所述PLC编程器控制单元由PLC编程器202、模拟量输入模块203和模拟量输出模块204组成，其中模拟量输入模块203与速度调节电位器RV相连，模拟量输出模块204与变频器201模拟量输入端AIN1+、AIN1-相连；所述监控单元由操作台和触摸屏205组成；操作台上装有新型往复式给煤机启动按钮SB1、停止按钮SB2、速度调节电位器RV、变频器运行指示灯XH1、变频器故障指示灯XH2，正向换向接近开关异常指示灯XH3，反向换向接近开关异常指示灯XH4，启动按钮SB1、停止按钮SB2一端与电源相连，另外一端与PLC编程器202开关量输入端相连，安装在往复式给煤机出料滑块极限位置的正向换向接近开关ZH1、ZH2和反向换向接近开关FH1、FH2一端与电源相连，另外一端与PLC编程器202开关量输入端相连；变频器运行指示灯XH1、变频器故障指示灯XH2、正向换向接近开关异常指示灯XH3、反向换向接近开关异常指示灯XH4一端与PLC编程器202开关量输出端相连，另外一端接地；触摸屏205采用通信电缆与PLC编程器202通信接口相连，PLC编程器202控制给煤机正向运行开关量输出端与变频器201开关量输入端DIN1相连，PLC编程器202控制新型给煤机反向运行开关量输出端与变频器201开关量输入端DIN2相连。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于左直线电机206和右直线电机207初级线圈异向并接到变频器201的动力源输出端上。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于安装在直线电机驱动的往复式给煤机出料滑块极限位置的正向换向接近开关ZH1、ZH2和反向换向接近开关FH1、FH2的工作方式采用冗余方式。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于具有调节往复式给煤机的流量和每小时实际流量、班、日、月、年累计量显示功能。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于所述变频器(201)选用西门子MM440系列变频器。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置,其特征在于所述PLC编程器202选用西门子S7系列编程器。
上述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于所述触摸屏205选用西门子TP177B触摸屏。
本发明一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置的优点在于：
1.采用一台变频器拖动两台直线电机，形成“一拖二”正反拖动方式。
2.显示屏205通过组态软件组态出每小时实际流量、班、日、月、年累计量显示窗口。
3.有利于利用网络通讯与上位计算机或工控机进行信息交换。
4.现场操作人员通过本控制装置可以方便地控制直线电机驱动的往复式给煤机，根据实际需要设定给煤机的流量，以及了解变频器的运行情况，因为通常情况下变频器是安装在配电室的配电柜内远离给煤机。
5.可靠性高，因为两个正向换向接近开关和两个反向换向接近开关动作频繁，本发明采用冗余方式，换句话说设计成两个开关同时导通，但是其中一个导通即可换向，其目的是防止其中一个开关损坏影响给煤机正常工作，冗余方式的好处是其中一个开关损坏并不影响给煤机正常工作，但是需要给出信号，提醒维修人员在恰当时机对损坏的换向开关进行维修。
6.根据磨煤机或洗煤所需燃煤流量，调节本发明控制装置可以控制给煤机的流量，代替原有生产系统中电子皮带秤。
附图说明
图1给煤机结构示意图
1.出料滑块 2.左直线电机初级 3.右直线电机初级 4.左直线电机次级
5.右直线电机次级 6.出料槽 7.左上导轨 8.右上导轨 9.左下导轨
10.右下导轨 11.托架
图2装置控制原理示意图
201变频器201 202.PLC编程器 203.模拟量输入模块 204.模拟量输出模块
205.触摸屏 206.左直线电机 207.右直线电机 KM.电源馈电开关 SB1.启动按钮SB2停止按钮 ZH1、ZH2正向换向接近开关 FH1、FH2反向换向接近开关
RV.速度调节电位器 XH1.变频器运行指示灯 XH2.变频器故障指示灯
XH3.正向换向接近开关异常指示灯 XH4.反向换向接近开关异常指示灯
具体实施方式：
实施方式1：
本发明一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置在大型直立式筒形煤仓上的应用。
本发明一种直线电机驱动的往复式给煤机及控制装置进料口朝上平行安装在煤仓下方出料口与带式输送机的中间，取代原有的K型往复式给煤机。
本发明控制装置中变频器201选用西门子MM440系列变频器，PLC编程器202选用西门子S7系列编程器，触摸屏205选用西门子TP177B触摸屏，正向换向接近开关ZH1、ZH2和反向换向接近开关FH1、FH2选用磁控接近开关，正向换向接近开关ZH1、ZH2分左右平行安装在新型给煤机托架上出料滑块正向行程前端的极限位置，其对应的永磁铁安装在出料滑块的最前端，永磁铁随着出料滑块前后一起移动，当永磁铁接近ZH1、ZH2时ZH1、ZH2导通，要求出料滑块正向运行到前端的极限位置时ZH1和ZH2同时导通。反向换向接近开关ZH3、ZH4分左右平行安装在新型给煤机托架上出料滑块反向行程后端的极限位置，其对应的永磁铁安装在出料滑块的最后端，永磁铁随着出料滑块前后一起移动，当永磁铁接近ZH3、ZH4时ZH3、H4导通，要求出料滑块反向运行到后端的极限位置时ZH3和ZH4同时导通。
按照附图2连接各器件之间导线，变频器201安装在配电室的给煤机配电柜中，其余器件安装在给煤机的操作现场。
1.触摸屏205组态
用Win CC flexi ble2008组态软件完成触摸屏205的组态，组态出每小时实际流量、班累计量、日累计量、月累计量、年累计量五个显示窗口。
2.PLC编程器202控制功能设定
结合附图2说明PLC编程器202控制功能：
按下起动按钮SB1后PLC编程器202输入继电器I0.0得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.4得电，Q0.4的常开触点闭合后，PLC编程器202控制将电位器RV设定储存在模拟量输入端203的电压信号传送到模拟量输出端204中，再输入到变频器MM440的模拟输入端AIN1+、AIN1-中，从而通过电位器RV，可以平滑无级地调节直线电机的正反行程速度的快慢。输出继电器Q0.4得电的同时变频器MM440的输入端口DIN1为“ON”，变频器MM440启动直线电机以电位器RV设定的频率正向运行。正常情况下当给煤机出料滑块正向运行到前端的极限位置时正向换向接近开关ZH1和ZH2同时导通，PLC编程器202输入继电器I0.2、I0.3同时得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.4失电，变频器MM440的输入端DIN1由“ON”转换成“OFF”，输出继电器Q0.5得电，变频器MM440的输入端DIN2为“ON”，变频器MM440换向直线电机以电位器RV设定的频率反向运行。非正常情况下正向换向接近开关ZH1和ZH2其中有一个损坏，即换向接近开关ZH1或ZH2只有一个导通时，对应的输入继电器I0.2或I0.3只有一个得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.4失电，变频器MM440的输入端DIN1由“ON”转换成“OFF”，输出继电器Q0.5得电，变频器MM440的输入端DIN2为“ON”，变频器MM440换向直线电机以电位器RV设定的频率反向运行。非正常情况下换向接近开关ZH1和ZH2其中有一个损坏，并不影响给煤机正常工作，但是PLC编程器202输出继电器Q0.2得电，Q0.2的常开触点闭合，正向换向开关异常指示灯XH3亮，提醒维修人员在恰当的时间对正向换向接近开关ZH1和ZH2进行检修。正常情况下当给煤机出料滑块反向运行到后端的极限位置时，反向换向接近开关ZH3和ZH4同时导通，PLC编程器202输入继电器I0.4、I0.5同时得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.4得电，变频器MM440的输入端DIN1由“OFF”转换成“ON”，输出继电器Q0.5失电，变频器MM440的输入端DIN2由“ON”转换成“OFF”，变频器MM440换向直线电机以电位器RV设定的频率正向运行。非正常情况下接近开关ZH3和ZH4其中有一个损坏，即接近开关ZH3或ZH4只有一个导通时，对应的输入继电器I0.4或I0.5只有一个得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.4得电，变频器MM440的输入端DIN1由“OFF”转换成“ON”，输出继电器Q0.5失电，变频器MM440的输入端DIN2由“ON”转换成“OFF”，变频器MM440换向直线电机以电位器RV设定的频率正向运行。非正常情况下接近开关ZH3和ZH4其中有一个损坏，并不影响给煤机正常工作，但是PLC编程器202输出继电器Q0.3得电，Q0.3的常开触点闭合，反向换向接近开关异常指示灯XH4亮，提醒维修人员在恰当的时间对反向换向接近开关ZH3和ZH4进行检修。
按下停止按钮SB2时，PLC输入继电器I0.1得电，其常闭触点打开输出继电器Q0.4、Q0.5复位，此时变频器MM440的输入端DIN1、DIN2均为“OFF”状态，直线电机停止运行。当变频器MM440正常运行时，运行继电器常开触点闭合，PLC编程器202输入继电器I0.6得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.0得电，变频器MM440运行指示灯XH1亮。当变频器MM440故障时，故障继电器常开触点闭合，PLC编程器202输入继电器I0.7得电，其常开触点闭合并自锁，输出继电器Q0.1电，变频器MM440故障指示灯XH2亮，同时XH1行指示灯灭。
流量的计算与累计：
由于直线电机驱动的往复式给煤机的出料槽的容积是定数，出料滑块运行的距离也是定数，出料滑块往返一次推出燃煤的体积同样是定数，所以统计出每小时出料滑块往返次数乘以出料滑块往返一次推出的燃煤的体积，得到直线电机驱动的往复式给煤机每小时推出燃煤的总体积，再乘以实际燃煤的比重得到新型给煤机每小时实际流量。正向换向接近开关ZH1或ZH2导通一次，输入继电器I0.2或I0.3闭合，次数计数器C010计数一次。利用系统的特殊寄存器标示位SM0.5作为计时脉冲，接通一次时间为1秒，用秒计数器C011累积秒数，满60秒向分计数器C012进位一次，满60分向时计数器C013进位一次，将计数器C010计数次数乘以储存在特殊寄存器的出料滑块往返一次推出的燃煤的重量储存在每小时流量计数器C001中，并送到每小时流量显示窗口显示，同时将每小时流量计数器C001中数据移存到班累计量计数器C002、日累计量计数器C003、月累计量计数器C004中，与班累计量计数器C002、日累计量计数器C003、月累计量计数器C004中原有数据相加，并送到班累计量、日累计量、月累计量显示窗口显示，计数器C010、C011、C012、C001清0。当时计数器C013计数满8时，班累计量计数器C002清0，当时计数器C013计数满24时，日累计量计数器C003清0，当月计数器C004计数满天数×24时，月计数器C004清0。
3.变频器201主要参数设置
变频器MM440的DIN1、DIN2端为数字量输入端，变频器MM440的AIN1+、AIN1-为模拟量输入端，变频器MM440的数字量输出还有变频器运行和故障输出。
参数设置：
Claims (8)
1.一种直线电机驱动的往复式给煤机，其特征在于该往复式给煤机由一个工字形出料滑块、一个槽钢形出料槽和两台直线电机及托架组成，出料槽（6）开口朝上平行安装在托架（11）下部中间位置，出料滑块（1）下方中间位置两侧加工有两个通槽，出料槽（6）两侧的钢板嵌入出料滑块（1）两侧的两个通槽内，出料滑块（1）安装在加夹式滑道上，加夹式滑道由四个三角形导轨组成，四个三角形导轨安装在托架（11）上，分别为左上导轨（7）、右上导轨（8）、左下导轨（9）、右下导轨（10），四个三角形导轨分别与出料滑块（1）上的左上、右上、左下、右下滑槽相对应，在托架（11）左侧钢板的内侧安装有左直线电机初级（2），在出料滑块（1）左侧的外侧安装左直线电机次级（4），左直线电机初级（2）与左直线电机次级（4）保持面对面平行状态，中间须有间隙，在托架（11）右侧钢板的内侧安装有右直线电机初级（3），在出料滑块（1）右侧的外侧安装右直线电机次级（5），右直线电机初级（3）与右直线电机次级（5）保持面对面平行状态，中间须有间隙，左直线电机初级（2）和右直线电机初级（3）采用矽钢片叠加嵌入三相线圈绕组，工作时外接三相交流电，左直线电机次级（4）和右直线电机次级（5）采用矽钢片叠加嵌入闭合线圈绕组，安装完成后出料滑块（1）在加夹式滑道上前后自由滑动。
2.权利要求1所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征是由变频单元、PLC编程器控制单元和监控单元组成；所述变频单元由电源馈电开关KM、变频器（201）和往复式给煤机的左直线电机（206）和右直线电机（207）组成；其中变频器（201）为左直线电机（206）和右直线电机（207）提供频率可调的电压以及完成其换向功能；左直线电机（206）由左直线电机初级（2）和左直线电机次级（4）组成，右直线电机（207）由右直线电机初级（3）和右直线电机次级（5）组成，左直线电机初级的线圈和右直线电机初级的线圈并接到变频器（201）的动力源输出端上，变频器（201）的动力源输入端与电源馈电开关KM的输出端相连，电源馈电开关KM的输入端与动力供电电网相连；变频器（201）运行信号输出端和变频器（201）故障信号输出端与PLC编程器（202）的开关量输入端相连；所述PLC编程器控制单元由PLC编程器（202）、模拟量输入模块（203）和模拟量输出模块（204）组成，其中模拟量输入模块（203）与速度调节电位器RV相连，模拟量输出模块（204）与变频器（201）模拟量输入端AIN1+、AIN1-相连；所述监控单元由操作台和触摸屏（205）组成；操作台上装有往复式给煤机启动按钮SB1、停止按钮SB2、速度调节电位器RV、变频器运行指示灯XH1、变频器故障指示灯XH2、正向换向接近开关异常指示灯XH3、反向换向接近开关异常指示灯XH4；启动按钮SB1、停止按钮SB2一端与电源相连，另外一端与PLC编程器（202）开关量输入端相连；安装在往复式给煤机出料滑块极限位置的正向换向接近开关ZH1、ZH2和反向换向接近开关FH1、FH2一端与电源相连，另外一端与PLC编程器（202）开关量输入端相连；变频器运行指示灯XH1、变频器故障指示灯XH2、正向换向接近开关异常指示灯XH3、反向换向接近开关异常指示灯XH4一端与PLC编程器（202）开关量输出端相连，另外一端接地；触摸屏(205)采用通信电缆与PLC编程器(202)通信接口相连；PLC编程器(202)控制往复式给煤机正程运行开关量输出端与变频器(201)开关量输入端DIN1相连，PLC编程器(202)控制往复式给煤机反程运行开关量输出端与变频器(201)开关量输入端DIN2相连。
3.根据权利要求2所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于左直线电机初级的线圈和右直线电机初级的线圈异向并接到变频器（201）的动力源输出端上。
4.根据权利要求2所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于安装在直线电机驱动的往复式给煤机出料滑块极限位置的正向换向接近开关ZH1、ZH2和反向换向接近开关FH1、FH2的工作方式采用冗余方式。
5.根据权利要求2所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于具有调节往复式给煤机的流量和每小时实际流量、班、日、月、年累计量显示功能。
6.根据权利要求2所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于所述变频器(201)选用西门子MM440系列变频器。
7.根据权利要求2所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置, 其特征在于所述PLC编程器(202)选用西门子S7系列编程器。
8.根据权利要求2所述一种直线电机驱动的往复式给煤机的控制装置，其特征在于所述触摸屏(205)选用西门子TP177B触摸屏。
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