CN106494846A - 一种多点驱动带式输送机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种多点驱动带式输送机控制系统，包括电机、联轴器、液力传动装置、制动器、减速机、传动装置、机架、输送带，电机与联轴器连接，联轴器与液力传动装置连接，液力传动装置与减速机连接，减速机与传动装置连接，制动器与减速机连接，在机架安装减速机，在机架内安装传动装置、输送带，控制装置、第一变频器、第二变频器、计算机；电机有两个且分别独立布置；控制装置通过USB/PPI通信电缆与计算机相连，第一变频器、第二变频器与控制装置之间、控制装置与两个电机之间用普通导线连接。该发明降低输送带的张力，逆止器安装在多点驱动的输出轴上，避免断带事故的发生，能使系统持续高效的运行，适用于老设备改造，应用于带式输送系统技术领域中。

Description

一种多点驱动带式输送机控制系统

技术领域

本发明是涉及带式输送系统技术领域中的一种多点驱动带式输送机控制系统，尤其是用于长行程多点驱动的带式输送机输煤系统用的控制系统。

背景技术

目前，现有技术中，带式输送机被大量运用于煤矿运输中，随着采矿技术的不断进步，煤矿产量和工作效率逐渐提高，运量大、距离长的带式输送机越来越多的投入使用。因此，时下对带式输送机在煤炭输送等应用领域提出了以下要求：一是如果电机在重载情况下起动，电路需要的电流要比正常情况下起动大3倍以上甚至达到7-8倍，此种情况下由于电机启动时间长和电流过大而导致电机因为过热烧毁；二是对于长距离带式输送机，如果启动过快，将会使得拉紧装置不能及时拉紧，甚至导致传动装置驱动点打滑，从而可能使得整个装置的温度短时间内迅速升高，引发火灾。人们希望能改善输煤传送带系统在启动过程中传送速度的可调性，以实现平稳、安全地起车；三是现有技术中已经提出了多点驱动的解决思路，目的能使各驱动模块能实现驱动功率的有效分配，即实现功率平衡；四是对于带式输送机的运用，均希望对驱动系统的冲击最小，从而使整机的受力情况得到改善，寿命延长，可靠性提高，即实现软启动。

多点驱动带式输送机具有连续运输，大运量，简便维护等特点。带式输送机在工业生产中使比较可靠经济的设备，因而其渐渐的成为了煤炭运输的常用的运输工具。为了适应现代化井下高产高效的发展。带式输送机朝大功率，大运量，长运距的方向发展。在化工，电力，矿山等许多领域得到广泛应用。近年来，与火车和汽车相比较，从运输量，经济效益和运输距离等方面来看，已经形成了很明显的的优势。具有范围广泛的输送物料，大输送量，高效率，适应性强的线路，高可靠性，低能耗，领域广阔等优点的带式输送机，逐渐的在国内外获得大力创新和发展。但是现有的多点驱动带式输送机实际的应用效果仍然亟待改进。人们尤其是节能增效、提高安全性等方面仍有技术需求。

现有技术中多点驱动技术还存在如下缺点：一是现有的多点驱动技术中驱动单元多，系统环节多，有必要进行优化设计；二是由于技术或者人为因素的存在，电机的制造过程存在着一定的偏差，这就往往会造成一系列的能源分配不合理。为了能使系统更高效的工作，就必须处理好电机的功率分配问题。本发明基于变频调速提出了一套解决电机功率分配问题的优化方案；三是多电机驱动可将输送带断带的可能性降到最低，但仍然不能够消除事故发生的可能性；另外，动力电机之间的距离一般可设置在300m左右，因而在断带事故发生以后，一定程度的损害仍会存在。本发明为了减少断带引起的破坏，在驱动点之间装置了优化选配的额外的保护装置。因此，研制开发一种多点驱动带式输送机控制系统是急待解决的新课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多点驱动带式输送机控制系统，该发明降低带式输送机输煤系统的能耗，改善系统的受力分布状况；使系统具有较好的软启动特性；实现系统中多驱动点的功率平衡。

本发明的目的是这样实现的：一种多点驱动带式输送机控制系统，包括电机、联轴器、液力传动装置、制动器、减速机、传动装置、机架、输送带，下述结构依次串联连接：电机与联轴器连接，联轴器与液力传动装置连接，液力传动装置与减速机连接，减速机与传动装置连接，制动器与减速机连接，在机架安装减速机，在机架内安装传动装置、输送带，所述一种多点驱动带式输送机控制系统还包括下述构成部分：控制装置、第一变频器、第二变频器、计算机；电机有两个且分别独立布置；控制装置分别连接着第一变频器、第二变频器、两个电机、计算机；两个电机二者还分别连接着第一变频器、第二变频器；控制装置通过USB/PPI通信电缆与计算机相连，第一变频器、第二变频器与控制装置之间、控制装置与两个电机之间用普通导线连接；

控制装置选用三菱FX2N-48MR系列PLC可编程控制器；第一变频器、第二变频器均选用通用型变频器SINAMICS MM440系列，其额定输出功率为1.5kW；输入频率为50Hz；输出频率为0-300Hz；

所述多点驱动带式输送机控制系统中，液力传动装置具体应用调速型液力耦合器，实现软启动和多机功率平衡；调速型液力耦合器的工作原理满足如下要求：

（1）其按照如下要求实现软启动：液力偶合器的工作轮即泵轮和涡轮都具有不同数量的径向叶片，泵轮通过输入轴与电机相连接，涡轮通过输出轴与工作机相连接；工作时，在液力偶合器中充入工作液，当电动机通过输入轴带时，在耦合器中充入工作液，当电动机通过输入轴带动泵轮旋转时，进入泵轮的工作液被叶片夹持着同泵轮一起旋转，由于离心力的作用沿泵轮的内侧流向外缘形成高压高速换流冲击涡轮，使涡轮跟随泵轮同向转动；工作液从涡轮中由外缘流向内侧的过程中减压减速，转换成机械能，通过输出轴输出，带动工作机工作，周而复始，实现从原动机到工作机的能量传递，通过控制充油量，改变液力偶合器的输入力矩，从而调节输送机的启动角加速度，工作腔内充油量的大小是通过调整导管在工作腔内的位置来调节的；使用调速型液力耦合器实现软启动具体要求如下：

液力偶合器的输出力矩方程是：

式中：D为作用直径，mm；γ为工作液的重度，kg/；n_b为泵轮转速，r/min；λ为转矩系数；

带式输送机的启动加速度按照下式计算：

ε = I (M-) / J

式中，ε为输送机的启动加速度；I为充油量；J为输送机的总转动惯量；M为液力偶合器的输入力矩；M_e为输送机的总阻力矩；

由调速型液力偶合器的外特性曲线、及带式输送机的启动角加速度公式可以看出：通过调节泵轮间工作腔的充液量大小即可调节偶合器的输出力矩；

对特定的带式输送机，其负载确定J和M_e均为定值，可通过控制I改变M，从而调节ε；工作腔内充油量I的大小是通过调整导管在工作腔内的位置来调节；

在带式输送机启动前，先将导管插到工作腔的最外端，保证启动时工作腔不充油，电机在“空载”下迅速启动。这样，降低了启动电流的持续时间、减少了对电网的冲击电流；待电机“空载”启动完毕后，通过电控装置控制调速型液力偶合器的导管伺服机构，操纵导管在液力偶合器工作腔内的位置，调节工作腔体内的充油量I，改变液力偶合器的输入力矩M的大小，不断调整启动角加速度，即改变调速型液力偶合器的外特性曲线，使电动机与调速型液力偶合器的共同工作用特性曲线相应变软，逐渐增加电动机的载荷，自动调节电动机的负荷分配，使之趋于平衡，最后将工作腔油量充满，负载到达额定速度运行，实现带式输送机的负载软启动的要求；

（2）液力偶合器用于实现功率平衡满足下述要求：

多机驱动时，各电机间的功率分配不均，会发生偏载现象，严重时，会损坏电机；

带式输送机运行阶段，其电机功率为：

由上式知，当采用同一型号电机时，其η，cosφ基本相同，电网电压认为是定值，则各单台电动机电流L的大小基本反映了其功率的变化；在带式输送机运行过程中，以多电机的平均电流值I为基准电流，确定基准电流范围I_∑；取单台电动机电流L与基准电流范围I_∑相比较，由电控装置控制调速则将导管插入，以减小偶合器工作腔内充油量，降低电机的输出功率；如I_n<I_∑，则将导管拉出，以增加偶合器工作腔内充油量，增加电机的输出功率；如I_n在I_∑的范围内，则导管伺服机构不动作，从而使各单台电动机的输出功率误差保持在允许范围内；在这里，功率不平衡精度、电动机电流取样间隔时间、导管动作时间均由电气调节装置程序任意设定，以达到具有较高的精度，而又不频繁动作的效果；无论带式输送机是否带载，均能使电动机“空载”迅速启动，而皮带则缓慢均匀加速，使启动加速度在0.1—0.3m／s²范围内。

本发明的要点在于它的结构及工作原理。

一种多点驱动带式输送机控制系统与现有技术相比优点说明如下：

（1）降低输送带的张力。系统中的每个驱动点都会对输送带张力的减弱起到一定的作用，经过的越多，输送带的张力就会被减弱的越多，从而，输送带承受的张力也会越小。这样能利用强度低的输送带同时还能确保输送带的正常运行，此外还使价格减少；

（2）将逆止器安装在多点驱动的输出轴上，这样可以避免断带事故的发生，每一个驱动装置都能在运行的过程中产生一个停止的力矩，从而来阻止输送带下滑。这样既能避免事故的发生，也能使系统持续高效的运行。

（3）特别适用于老设备改造。当带式输送机根据生产发展需要延长运距和提高运量时，只需在原有的带式输送机的适当位置安装辅机即可，使改造费用大大降低。

将广泛的应用于带式输送系统技术领域中。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是实施例1所述多点驱动带式输送机控制系统所依据的机械部件构成关系原理示意简图；

图2 是调速型液力偶合器的外特性曲线；

图3是作为控制装置11的交-直-交变频器电路控制原理示意图；

图4是对应图3的控制装置11的具体电路原理图；

图5是控制装置11中的PLC、变频器与电机1的具体接线图；

图6是多点驱动输送机张力变化原理图；

图7是本发明的双滚筒驱动系统示意图；

图8是本发明的控制系统硬件设计；

图9是本发明的变频调速原理图；

图10为与图1对应的带式输送机控制系统布置图；图10中线条代表输送带8，其他圆形结构表示各种滚筒；

图11为实施例1所述多点驱动带式输送机控制系统正常起动控制程序框图；

图12为与图11对应的程序梯形图；

图13实施例1所述多点驱动带式输送机控制系统正常停车控制程序框图；

图14实施例1所述多点驱动带式输送机控制系统紧急停车过程原理框图。

具体实施方式

参照附图，一种多点驱动带式输送机控制系统，包括电机1、联轴器2、液力传动装置3、制动器4、减速机5、传动装置6、机架7、输送带8，下述结构依次串联连接：电机1与联轴器2连接，联轴器2与液力传动装置3连接，液力传动装置3与减速机5连接，减速机5与传动装置6连接，制动器4与减速机5连接，在机架7安装减速机5，在机架7内安装传动装置6、输送带8，所述一种多点驱动带式输送机控制系统还包括下述构成部分：控制装置11、第一变频器12、第二变频器13、计算机16；电机1有两个且分别独立布置；控制装置11分别连接着第一变频器12、第二变频器13、两个电机1、计算机16；两个电机1二者还分别连接着第一变频器12、第二变频器13；控制装置11通过USB/PPI通信电缆与计算机16相连，第一变频器12、第二变频器13与控制装置11之间、控制装置11与两个电机1之间用普通导线连接。

控制装置11选用三菱FX2N-48MR系列PLC可编程控制器；第一变频器12、第二变频器13均选用通用型变频器SINAMICS MM440系列，其额定输出功率为1.5kW；输入频率为50Hz；输出频率为0-300Hz；PLC、变频器与电机等的输入输出接线图参见图5。

所述多点驱动带式输送机控制系统中，液力传动装置3具体应用调速型液力耦合器，实现软启动和多机功率平衡；调速型液力耦合器的工作原理满足如下要求：

（1）其按照如下要求实现软启动：液力偶合器的工作轮即泵轮和涡轮都具有不同数量的径向叶片，泵轮通过输入轴与电机相连接，涡轮通过输出轴与工作机(减速器)相连接；工作时，在液力偶合器中充入工作液，当电动机通过输入轴带时，在耦合器中充入工作液，当电动机通过输入轴带动泵轮旋转时，进入泵轮的工作液被叶片夹持着同泵轮一起旋转，由于离心力的作用沿泵轮的内侧流向外缘形成高压高速换流冲击涡轮，使涡轮跟随泵轮同向转动；工作液从涡轮中由外缘流向内侧的过程中减压减速，转换成机械能，通过输出轴输出，带动工作机工作，周而复始，实现从原动机到工作机的能量传递，通过控制充油量，改变液力偶合器的输入力矩，从而调节输送机的启动角加速度，工作腔内充油量的大小是通过调整导管（也称勺管）在工作腔内的位置来调节的；使用调速型液力耦合器实现软启动具体要求如下：

液力偶合器的输出力矩方程是：

式中：D为作用直径，mm；γ为工作液的重度，kg/；n_b为泵轮转速，r/min；λ为转矩系数；

带式输送机的启动加速度按照下式计算：

ε = I (M-) / J

式中，ε为输送机的启动加速度；I为充油量；J为输送机的总转动惯量；M为液力偶合器的输入力矩；M_e为输送机的总阻力矩；

由调速型液力偶合器的外特性曲线(图2)、及带式输送机的启动角加速度公式可以看出：通过调节泵轮间工作腔的充液量大小即可调节偶合器的输出力矩；

对特定的带式输送机，其负载确定J和M_e均为定值，可通过控制I改变M，从而调节ε；工作腔内充油量I的大小是通过调整导管(也称勺管)在工作腔内的位置来调节；

在带式输送机启动前，先将导管插到工作腔的最外端，保证启动时工作腔不充油，电机在“空载”下迅速启动。这样，降低了启动电流的持续时间、减少了对电网的冲击电流；待电机“空载”启动完毕后，通过电控装置控制调速型液力偶合器的导管伺服机构，操纵导管在液力偶合器工作腔内的位置，调节工作腔体内的充油量I，改变液力偶合器的输入力矩M的大小，不断调整启动角加速度，即改变调速型液力偶合器的外特性曲线(图2)，使电动机与调速型液力偶合器的共同工作用特性曲线相应变软，逐渐增加电动机的载荷，自动调节电动机的负荷分配，使之趋于平衡，最后将工作腔油量充满，负载到达额定速度运行，实现带式输送机的负载软启动的要求；

（2）液力偶合器用于实现功率平衡满足下述要求：

多机驱动时，各电机间的功率分配不均，会发生偏载现象，严重时，会损坏电机；

带式输送机运行阶段，其电机功率为：

由上式知，当采用同一型号电机时，其η，cosφ基本相同，电网电压认为是定值，则各单台电动机电流L的大小基本反映了其功率的变化；在带式输送机运行过程中，以多电机的平均电流值I（I=∑I_n／n)为基准电流，确定基准电流范围I_∑；(基准电流范围I_∑应符合多机驱动的功率不平衡精度)；取单台电动机电流L与基准电流范围I_∑相比较，由电控装置控制调速则将导管插入，以减小偶合器工作腔内充油量，降低电机的输出功率；如I_n<I_∑，则将导管拉出，以增加偶合器工作腔内充油量，增加电机的输出功率；如I_n在I_∑的范围内，则导管伺服机构不动作，从而使各单台电动机的输出功率误差保持在允许范围内；在这里，功率不平衡精度、电动机电流取样间隔时间、导管动作时间均由电气调节装置程序任意设定，以达到具有较高的精度，而又不频繁动作的效果；无论带式输送机是否带载，均能使电动机“空载”迅速启动，而皮带则缓慢均匀加速，使启动加速度在0.1—0.3m／s²范围内。

下面根据实施例进一步叙述本发明：

本发明所述控制系统还使用变频调速，以便节能。

我们使用交-直-交变频器，来实现相应的功能。由于有中间直流环节，所以又称间接变压变频器。交-直-交变频器的电路如图3所示。其结构原理图如图4所示。整流器采用晶闸管的三相全波整流桥，逆变器用IGBT桥。

使用多点驱动的原因：近年来，煤炭开发建设逐渐西移，煤层的条件分布也不断地发生变化，这给大巷运输采用运量大、运距长的带式输送机提供了良好的机会。带式输送机的距离越长，输送带的张力也要求越大，带强相应的也越高，但是带强搞高的输送带既会出现价格高昂，同时质量也不很稳定。因此，传送带的最大张力值没有办法降低，这就使得传送带的选型只能立于国内。多点驱动逐渐成为降低输送带张力的普遍方法。

所谓多点驱动就是在带式输送机运行居中段也会承担一些功率，在驱动点支撑输送带时，张力就有所降低，布置的驱动电机数量越多，传送带的最大张力就会降低的越低。多点驱动传送带张力变化如图6。图6中S1为多点驱动张力，S2为单点驱动张力。

多点驱动的带式输送机的工作原理：为降低对电网峰值的要求，减少输送带强度，同时减少成本，长距离的带式输送机一般采用多点驱动系统。本设计系统采用双滚筒驱动，使用两个电机。双滚筒驱动系统示意图如图7所示。

多点驱动的主要问题是引起电机输出功率不平衡。在外承载量不变的情况下，过载和欠载均可能出现在电机中，这种状况严重时会损坏电机。为了确保多台电机在运行时速度一致，确保设备能稳定的运转，该带式运输机的控制系统应该满足以下的条件:

（1）带式运输机使用两台电机驱动，两台电机间隔10s顺序启动，启动时间在20s-90s可调；

（2）两台电机从起动到停车的整个过程中均应满足系统的功率平衡，两台电机的电流值误差不大于1A；

（3）使输送带启动张力控制在允许范围内。

多点驱动带式输送机的结构及主要功能：因为带式输送机具有使用中一系列独特性，许多电气中的问题均被解决。系统既采取监护记录机器运转情况，又可以进行自动控制，此外，还可以实现人为控制。控制装置力图实现系统控制化、显示数字化、操作简单化、结构模块化。

系统硬件设计:

本发明在使用PLC及变频器作为控制系统核心的基础上，选配适合的传感器有机地配置于系统中，能对整套装置进行实时监测。使系统的各部分统一协调有序工作，实现整个系统的高效和自动控制。

控制系统组成及功能：1）检测单元：变送器和电流传感器采取电流信号。传感器采集的带速信号，经过f/v转换为电压信号。获得的各种信号均进入PLC的A/D模块。2）控制单元：当PLC接收到检测信号，进过判断决策，完成带式输送机的起动、功率平衡功能。

控制过程分析：

PLC通过USB/PPI通信电缆与计算机相连，变频器与PLC之间、PLC与电机之间用普通导线连接。

工程应用中，首先应根据使用要求，参照本发明所述设置变频器参数，应用本发明所述PLC控制程序，以优化改变变频器的频率，从而实现PLC对电机频率的高效控制，达到改变输送带电机速度的最佳效果。控制基本原理见图6。

“软启动”：

为了能满足运量大，距离长带式输送机的要求，驱动器件应具备很好的起动特性，并且可在工况条件变化的情况下运用。大型设备的软启动技术近年来国内外研究开发了多种形式的软启动装置，一直是煤炭行业所关注的焦点。就带式输送机而言，满足以下几点要求:（1）启动过程可控；（2）多驱动功率平衡；（3）在起动过程中确保设备上受到的冲击力最小，这样能使输送带等装置部件拥有较长的使用时间。

软启动装置的特点主要有以下几点：

（1）电动机的启动过程中，所需电流比较大，因而不能总进行启动操作，而应使启动次数严格的控制在一定范围内；

（2）其系统拥有的部件直径一般比较大，当电动机连接在系统中后，整个系统的体积比较庞大。

（3）本发明所述多点驱动带式输送机控制系统的硬件选用

（a）PLC选择：PLC控制器选用三菱FX2N-48MR系列PLC可编程控制器。PLC作为系统控制器，其起着至关重要的作用。PLC通过其内部事先输入的程序来自动的调控系统运行中的每一个环节。PLC的模拟输出量直接给与变频器，进而来调整变频器的输出频率，来控制电机的转速。在整个过程中，PLC起了中间变换器的作用。此外，PLC使用简洁方便，利于实践中可靠应用。

控制系统中PLC 输入输出接口含义如表1所示。

表1 I/O接口含义

地址	功能
		X1	起动开关
X2	停止开关
		X3	过压保护
X4	撕带
		X5	超温
X6	堆煤
		X7	断带
X8	打滑
		Y0	KM1
Y1	KM2
		Y4	报警
Y10	变频器1 STF
		Y11	变频器2 STF

多点驱动带式输送机的结构及主要功能：因为带式输送机具有使用中一系列独特性，许多电气中的问题均被解决。系统既采取监护记录机器运转情况，又可以进行自动控制，此外，还可以实现人为控制。

(b)变频器选择

变频器选用基本通用型变频器SINAMICS MM440系列。额定输出功率为1.5kW；输入频率为50Hz；输出频率为0～300Hz。变频器参数设置

控制线路的设计图如图7所示，电机与变频器连接好后，需先调整需要的变频器参数，主要的参数如下:

（1）上限频率Pr1=50Hz； （2）下限频率Pr2=30Hz；

（3）基底频率Pr3=50Hz； （4）加速时间Pr7=5S；

（5）减速时间Pr8=5S； （6）电子过电流保护Pr9=电动机的额定电流。

控制装置11中的PLC、变频器与电机1的具体接线图参见图5；

图6中S1表示多点驱动张力；S2表示单点驱动张力。

具体的，控制系统的软件设计说明如下：

（1）模拟量模块与PLC的通讯：不同的控制量被写入FX2N系列PLC，其对整个系统进行实时的输出控制，模拟量的不断变换起到了关键作用。而最重要的则是对缓冲存储器（BFM）的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如表2。

表2 BFM的定义

通过对表2的仔细分析，可以显然的发现，仅仅BFM的#16、#17对控制系统起主要作用，编辑程序的过程中，一定要抓住实际的需要跟BFM的#16和#17合适的值之间的关系，正确编写程序。

（2）系统工作方式

正常起动：开车前，需检查下各设备的准备情况，安全性是否符合起车要求，电源的可靠性是否满足标准。正常起动控制工作框图如图11所示，梯形图如图12所示。

正常停车：多点驱动带式输送机在运行过程，若出现下列情况时，控制系统将执行正常停车程序，流程如图13所示。

（a）停车按钮被按动；

（b）后台设备停止运行。

紧急停车：下面的其中一个方面出现在系统时，系统立即执行停车程序，紧急停车过程如图14所示。

（a）急停按钮被按动；（b）整个控制系统迅速失电。

综上，系统控制流程说明:

（1）正常起动。检查外围设备及环境情况，若一切正常，按下起动按钮。此时，系统会自动进行过压保护检测，若正常，PLC会根据事先输入的程序，经过模拟变换模块，将一模拟量输送给变频器，变频器将对应的频率输给电动机，电动机经过的10s的时间从0HZ增大到设定值，这样电机就完成了软启动的过程。

（2）正常停车。当人为按动停车或者后台设备停车的情况下，系统进入正常停车过程。此时，PLC根据自身存在的程序，输出模拟信号给变频器，是变频器的输出频率为零，从而使电机开始减速，并逐渐的减到零，这样电机就实现了软停止。

（3）紧急停车。当人为按动急停按钮或者系统检测到危机情况时，PLC自动检测并将停车的模拟信号输送给变频器，变频器输出信号控制电机停车。

（4）功率平衡。两电机的速度传感器时刻检测着转速，在电机运行的过程中，两电机检测到的速度信号输送到PLC，PLC自动比较二者的大小。通过比较，PLC给变频器输出信号，使转速快的电机频率减小，转速慢的电机频率增大，直到二者同速，这样确保了功率平衡。

本发明中，第一变频器12、第二变频器13具体的控制原理参见附图3，相关的具体电路实现参见附图4；由于有中间直流环节，所以第一变频器12、第二变频器13又可以被称间接变压变频器。整流器采用晶闸管的三相全波整流桥，逆变器用IGBT桥。

对应图6的多点驱动输送机张力变化原理图，现将本发明的相关技术原理解释说明如下：带式输送机的距离越长，输送带的张力也要求越大，带强相应的也越高，但是带强搞高的输送带既会出现价格高昂，同时质量也不很稳定。因此，传送带的最大张力值没有办法降低，这就使得传送带的选型只能立于国内。多点驱动逐渐成为降低输送带张力的普遍方法。所谓多点驱动就是在带式输送机运行居中段也会承担一些功率，在驱动点支撑输送带时，张力就有所降低，布置的驱动电机数量越多，传送带的最大张力就会降低的越低。多点驱动传送带张力变化如图6所示。

为降低对电网峰值的要求，减少输送带强度，同时减少成本，长距离的带式输送机一般采用多点驱动系统。本设计系统采用双滚筒驱动，使用两个电机。双滚筒驱动系统示意图如图7所示。

多点驱动的关键技术难题之一是引起电机输出功率不平衡。在外承载量不变的情况下，过载和欠载均可能出现在电机1中，这种状况严重时会损坏电机1。为了确保多台电机1在运行时速度一致，确保设备能稳定的运转，该带式运输机的控制系统应该满足以下的条件:

（1）带式运输机使用两台电机1驱动，两台电机1间隔10s顺序启动，启动时间在20s-90s可调；

（2）两台电机1从起动到停车的整个过程中均应满足系统的功率平衡，两台电机的电流值误差不大于1A；

（3）使输送带8启动张力控制在允许范围内。

因为带式输送机具有使用中一系列独特性，许多电气中的问题均被解决。系统既采取监护记录机器运转情况，又可以进行自动控制，此外，还可以实现人为控制。控制装置力图实现系统控制化、显示数字化、操作简单化、结构模块化。带式输送机控制系统布置图如图10所示。与之配套的是图1的多点驱动带式输送机控制系统所依据的机械部件构成关系原理示意简图，图1所示机械部件为基础的多点驱动带式输送机控制系统所对应的主要功能有:

（1）与机械系统、变频调速系统构成一体化带式输送机可控起动系统，使带式输送机在何工况下均能平稳起动开车；

（2）与带式输送机自我防护装备相匹配完成基本的保护（如沿停、堆煤、超温、撕带、打滑、烟雾等）。

由于多点输送的输送带降低了输送带8的强度，并且输送带8所受阻碍减少；所以可以应用多点驱动带式输送机，使得输送带系统的驱动功率损失更少，需求的总功率明显降低，功效明显提高。本发明能有效地使输送机整机造价进一步降低，节约能源。

Claims (3)

1.一种多点驱动带式输送机控制系统，包括电机、联轴器、液力传动装置、制动器、减速机、传动装置、机架、输送带，下述结构依次串联连接：电机与联轴器连接，联轴器与液力传动装置连接，液力传动装置与减速机连接，减速机与传动装置连接，制动器与减速机连接，在机架安装减速机，在机架内安装传动装置、输送带，其特征在于：所述一种多点驱动带式输送机控制系统还包括下述构成部分：控制装置、第一变频器、第二变频器、计算机；电机有两个且分别独立布置；控制装置分别连接着第一变频器、第二变频器、两个电机、计算机；两个电机二者还分别连接着第一变频器、第二变频器；控制装置通过USB/PPI通信电缆与计算机相连，第一变频器、第二变频器与控制装置之间、控制装置与两个电机之间用普通导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种多点驱动带式输送机控制系统，其特征在于：

控制装置选用三菱FX2N-48MR系列PLC可编程控制器；第一变频器、第二变频器均选用通用型变频器SINAMICS MM440系列，其额定输出功率为1.5kW；输入频率为50Hz；输出频率为0-300Hz。

3.根据权利要求1或2所述的一种多点驱动带式输送机控制系统，其特征在于：所述多点驱动带式输送机控制系统中，液力传动装置具体应用调速型液力耦合器，实现软启动和多机功率平衡；调速型液力耦合器的工作原理满足如下要求：

（1）其按照如下要求实现软启动：液力偶合器的工作轮即泵轮和涡轮都具有不同数量的径向叶片，泵轮通过输入轴与电机相连接，涡轮通过输出轴与工作机相连接；工作时，在液力偶合器中充入工作液，当电动机通过输入轴带时，在耦合器中充入工作液，当电动机通过输入轴带动泵轮旋转时，进入泵轮的工作液被叶片夹持着同泵轮一起旋转，由于离心力的作用沿泵轮的内侧流向外缘形成高压高速换流冲击涡轮，使涡轮跟随泵轮同向转动；工作液从涡轮中由外缘流向内侧的过程中减压减速，转换成机械能，通过输出轴输出，带动工作机工作，周而复始，实现从原动机到工作机的能量传递，通过控制充油量，改变液力偶合器的输入力矩，从而调节输送机的启动角加速度，工作腔内充油量的大小是通过调整导管在工作腔内的位置来调节的；使用调速型液力耦合器实现软启动具体要求如下：

液力偶合器的输出力矩方程是：

式中：D为作用直径，mm；γ为工作液的重度，kg/；n_b为泵轮转速，r/min；λ为转矩系数；

带式输送机的启动加速度按照下式计算：

ε = I (M-) / J

式中，ε为输送机的启动加速度；I为充油量；J为输送机的总转动惯量；M为液力偶合器的输入力矩；M_e为输送机的总阻力矩；

由调速型液力偶合器的外特性曲线、及带式输送机的启动角加速度公式可以看出：通过调节泵轮间工作腔的充液量大小即可调节偶合器的输出力矩；

对特定的带式输送机，其负载确定J和M_e均为定值，可通过控制I改变M，从而调节ε；工作腔内充油量I的大小是通过调整导管在工作腔内的位置来调节；

在带式输送机启动前，先将导管插到工作腔的最外端，保证启动时工作腔不充油，电机在“空载”下迅速启动；这样，降低了启动电流的持续时间、减少了对电网的冲击电流；待电机“空载”启动完毕后，通过电控装置控制调速型液力偶合器的导管伺服机构，操纵导管在液力偶合器工作腔内的位置，调节工作腔体内的充油量I，改变液力偶合器的输入力矩M的大小，不断调整启动角加速度，即改变调速型液力偶合器的外特性曲线，使电动机与调速型液力偶合器的共同工作用特性曲线相应变软，逐渐增加电动机的载荷，自动调节电动机的负荷分配，使之趋于平衡，最后将工作腔油量充满，负载到达额定速度运行，实现带式输送机的负载软启动的要求；

（2）液力偶合器用于实现功率平衡满足下述要求：

多机驱动时，各电机间的功率分配不均，会发生偏载现象，严重时，会损坏电机；

带式输送机运行阶段，其电机功率为：

由上式知，当采用同一型号电机时，其η，cosφ基本相同，电网电压认为是定值，则各单台电动机电流L的大小基本反映了其功率的变化；在带式输送机运行过程中，以多电机的平均电流值I为基准电流，确定基准电流范围I_∑；取单台电动机电流L与基准电流范围I_∑相比较，由电控装置控制调速则将导管插入，以减小偶合器工作腔内充油量，降低电机的输出功率；如I_n<I_∑，则将导管拉出，以增加偶合器工作腔内充油量，增加电机的输出功率；如I_n在I_∑的范围内，则导管伺服机构不动作，从而使各单台电动机的输出功率误差保持在允许范围内；在这里，功率不平衡精度、电动机电流取样间隔时间、导管动作时间均由电气调节装置程序任意设定，以达到具有较高的精度，而又不频繁动作的效果；无论带式输送机是否带载，均能使电动机“空载”迅速启动，而皮带则缓慢均匀加速，使启动加速度在0.1—0.3m／s²范围内。