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1、皮带机变频器驱动及控制技术方案皮带机变频器驱动及控制技术方案一、用户提供设计资料一、用户提供设计资料基础数据输送物料： 原煤运量：Q=500t/h带宽：B=1000mm带速：V=3.15m/s整机长度：L=900m最大倾角： =20物料容量： r=0.9t/物料粒度：200驱动装置： 双滚筒三台 710KW 电机 660V减速机型号： 弗兰德 15X 紧装置：采用机尾重载 X 紧二、皮带机电控系统功能二、皮带机电控系统功能2 21 1 皮带监控系统的功能（就地、自动、检修、手动）皮带监控系统的功能（就地、自动、检修、手动）a. 就地控制在就地工作方式下，通过操作台上起动按钮控制，可控制现场皮带
2、起、停及三台电机的力矩平衡。可实现多条皮带或给煤机的连锁，沿线皮带保护均可投入。b. 自动方式在自动工作方式下，整个系统控制权交给了前级或地面总控室，由它发出指令完成皮带系统的起停控制，实现逆煤流起车，顺煤流停车，系统自动完成对变频器、给煤机、其他皮带等控制和力矩平衡，整个系统保护均投入工作。c. 检修方式检修方式下，皮带机进入低速验带的工作方式下，速度低于 0.2M/S,以便于检修人员认真检查，同时，各种保护可选择性地投入运行。d. 手动方式当系统发生故障时，皮带可单台进行手动控制，沿线保护不参与工作，只保留停车保护。2 22 2 实现皮带的各种保护实现皮带的各种保护功能功能(1)(1)选用
3、选用 XXXX 华宁的产品可独立投入工作，与本控制系统可通过通讯口相连。华宁的产品可独立投入工作，与本控制系统可通过通讯口相连。不再详述。(2)(2)由本控制系统一体化完成控制、保护、在线检测、连锁等功能。由本控制系统一体化完成控制、保护、在线检测、连锁等功能。皮带的各种保护1）跑偏、拉线保护在机头、机尾及中间断设置若干对跑偏开关、拉线开关（原则 100 米设置一对） ，沿线由一 10 芯电缆串联，在自控台进行对位显示，便于迅速处理故障。2）信号系统胶带沿线根据需要设信号装置，即可以做为起动预告和故障报警。3）纵撕保护在给料点处胶带机下方设置纵撕保护，纵撕保护为皮带受保护点下方包络线式。当胶带
4、撕裂时，皮带破坏包络线即动作保护。4）烟雾保护在机头集中驱动和中间驱动下风向处设置烟雾传感器，以防皮带打滑，温度过高，损坏皮带。5）温度保护在需要设置温度保护处（如主电机绕组及轴承、皮带滚筒及轴承） ，安装温度传感器（PT100） ，当受保护点温度超出保护设定值时，系统报警。6）超温洒水在机头驱动部位设洒水泵，配置传感器与温度、烟雾传感器配合完成超温洒水保护。7）堆煤保护在机头卸载处设置堆煤传感器或超声波料位计，监测煤仓煤位，并实现堆煤保护。8）打滑保护在胶带机上设置测速传感器，连续监测胶带速度，并提供打滑保护信号。9）胶带 X 紧力保护系统在 X 紧绞车处设 X 紧力下降保护开关，当系统胶带
5、由于 X 紧力下降使 X 紧水平到达极限位移时，系统报警保护开关。2 23 3 操作台功能操作台功能（一）介绍（一）介绍操作台采用琴台式结构设计，并在两侧有浮动的弧形平台，可放置在线检测用工控机，系统控制采用镶嵌式触摸屏（或工控机） 。显示屏嵌于操作台中间位置各种开关按钮均选用进口器件，使整个操作台显的美观大方，操作和控制极为方便，操作台采用不锈钢抛光制作（或根据用户要求定做） ，避免了在恶劣环境下锈蚀可长期使用。（二）完成的功能（二）完成的功能通过触摸屏、操作按钮及显示仪表可实现如下功能1）显示整个系统内皮带及其他设备的运行情况。2）显示整个系统每台电机运行情况。3）显示整个系统每台电机电流
6、、电压值、频率、温度值。4）显示主速度。5）显示故障报警值。6）记录起、停时间，运行时间，故障时间，故障时变频器电流，频率等故障数据。7）自动、手动控制功能和检修功能。8）变频柜、给煤机、破碎机、振动筛、其他皮带之间的连锁控制功能。9）速度的无级控制。10）低速验带控制。11）皮带综保系统及上、下级皮带控制系统的接口连锁控制。12）计算和自动生成最佳启动曲线。13）皮带运输系统相关设备的联动和控制。14）煤仓煤位的检测，根据煤仓的煤位调整和控制相关皮带的启停。（三）显示调度屏的选择（三）显示调度屏的选择1) 选用计算机屏幕进行显示控制。2) 选用大屏幕通过计算机通讯进行显示控制。（四）配置（四
7、）配置序号名 称型 号单位数量备注1操作台体台不锈钢2触摸屏（计算机）PWS-3261-TFT台3可编程序控制器FX2N-128MR台4模拟输入模块FX2N-8AD台5模拟输出模块FX2N-4DA台开关量输入输出模块FX2N批612V 本安电源KDW27台724V 本安电源KDW27米8数显表XMT500块9转换开关个10按钮个11指示灯个12中间继电器JQX-22个13接触器3TF4022个14热继电器3UA4052个15空开DZ47-32A个16安装附料批（四）台体尺寸及面板图（四）台体尺寸及面板图外形尺寸 LHW 14001100650山西科达自控工程技术有限公司彩色显示控制屏1#电流表
8、2#电流表带速表电压表故障复位紧急停车送话按钮位送话器信号联络选择开关运行开关电源开关2 24 4 实现皮带机的在线检测功能实现皮带机的在线检测功能(1)系统介绍系统介绍1 1）皮带机在线检测系统的组成：皮带机在线检测系统的组成：该系统是针对检测胶带机运行的状况开发的产品，系统主要由以下部分组成：上位机、打印机、检测专用模块、电源、检测用传感器、电缆附材等。2 2）皮带机在线检测的检测参数）皮带机在线检测的检测参数a) 检测三台电机的电机温度（3 个）、轴承温度（6 个），两台减速器的轴承润滑油油温（6 个）、减速器润滑油油温（3 个），三个滚筒的轴温（6 个），两个备用传感器和检测窗口。b)
9、 电机震动（3 对），减速器震动（3 对）。c) 电机电流（3 个） 、电机电压（3 个）电机功率（3 个） 。d) 电机的工作状态（3 个） 。e) 闸瓦间隙检测和保护(43)。（二）系统完成的功能（二）系统完成的功能通过上位机1) 实时显示以上参数的数值。2) 可方便设置每个参数的报警值。3) 运行过程中可随时弹出当时报警的画面（包括参数名称、实际测量值、设定值等）4) 在上位机中分别定时记录每台电机运行时皮带的历史数据，技术人员可通过输入密码进行浏览。5) 通过打印机安班次或时间进行打印存档。（三）系统配置（三）系统配置2 25 5 电视监控系统电视监控系统对明斜井装载点、井口房、胶带走
10、廊、卸载点、振动筛、破碎机等地点（根据用户要求设定）安装防爆摄像头，采用光缆传输的实时数字监控录像序号名 称 型 号单位数量备注1上位机P台2打印机HP台3电源24V 3A台4检测模块WB台5柜体KD台7电缆RVVP米8安装附料KD批系统，选用 8（或多路）路视频输入。具有多画面浏览和切换功能。主要设备简介： 嵌入式网络硬盘录像机 DS-8016HS 系列产品概述本设备是专为安防领域设计的一款优秀的数字监控产品。它采用了嵌入式处理器和嵌入式操作系统，结合了 IT 领域各项最新技术，如视音频压缩/解压缩、大容量硬盘记录、TCP/IP 网络等技术，代码固化在 FLASH 中，使得系统运行更稳定。本
11、设备同时具备数字视音频录像机（DVR）和数字视音频服务器（DVS）的特性，既可本地独立工作，也可连网组成一个强大的安全监控网。可应用于银行、电信、电力、司法、交通、小区、工厂、仓库、资源、水利设施等各领域、各部门的安全防 X。留有通讯接口和以太网接口，可以很方便的与矿调度室工业电视监控系统连接。 KD6005B 矿用隔爆型光纤摄像仪防爆型式 Ex d供电电压 AC127V10%工作电流200mA环境温度-20+60外形尺寸 415(长)x150(宽)x160(高) mm内径尺寸 250(长)x60(宽)x75(高) mm重量 10kg特点全不锈钢、防腐、防尘、防水、可装定焦镜头、适用于有瓦斯或
12、煤尘爆炸危险的煤矿井下2 26 6 变频装置的功能（变频装置的功能（690V690V 变频控制系统）变频控制系统）（一）系统介绍（一）系统介绍1 1、无速度传感器控制技术的优点无速度传感器控制技术的优点针对长距离胶带输送机刚性和柔性相结合的特点，采用矢量控制的变频器是最合适的。西门子公司是国际自动化行业最具实力的公司，尤其是变频调速技术更是行业的样板。矢量控制技术就是西门子公司发明并不断发扬光大的控制理论，现已被世界上 90%变频器厂家所使用。矢量控制是通过电磁矢量对电机进行控制，以达到高调速精度，高力矩，高响应速度的。矢量控制发展现在已非常成熟,在实际使用中，可分“带速度传感器矢量控制”和“
13、无速度传感器矢量控制” 。尤其是“无速度传感器”矢量控制技术，在很多工业控制场合均得到了广泛应用。在本项目中，因为低速验带和大力矩重载启动，都需要很好的控制技术来实现。而其它的控制技术必须通过有速度传感器的速度闭环来控制，否则就会出现低速脉动转矩，使皮带出现振颤现象,无法进行低速验带工作，也会降低启动力矩。而皮带工作环境相对较差 ，增加速度码盘就增加了一个故障点，使系统可靠性下降。 “无速度传感器矢量控制技术”正好适合于该应用场合，即可解决低速验带和重载启动问题，又可使系统更简化，减少故障点，提高可靠性，使整个系统故障停运时间大大减少。所以矢量控制技术是皮带传动的最佳技术方案。2 2、力矩平衡
14、控制方式、力矩平衡控制方式组内变频靠变频器内部“主-从”功能实现力矩及速度平衡。主传动以闭环速度控制模式，从传动则为闭环力矩控制。主从传动之间通过通讯连接，并对变频器参数进行设置，当主传动进行维护或出现故障时，通过变频器间的控制联锁，其中一台从传动变频器自动升为主传动，以确保传输带仍能在降负荷下工作。即通过参数设置及工程软件组态,可将任意一台驱动设为速度闭环主驱动,其余为转矩闭环从驱动，PLC 和各主从驱动间采用 PROFIBUS-DP实现通讯，组成一个相对独立的多机传动系统。每台变频器拖动一台电机并配有制动单元和制动电阻。组与组之间采用西门子公司 PLC 构成光纤网络进行时间及力矩总体平衡，
15、统一规划各组状态。由 PLC 协调处理。3 3、西门子变频器样本西门子变频器样本（二）系统功能（二）系统功能1）解决多台电机力矩及速度平衡问题每一组电机内部力矩平衡是多电机驱动要解决的最主要问题，负载变化，电机参数及皮带松紧等因素，都会对电机的速度和出力产生扰动性影响，为了使系统稳定地工作，几台电机必须保持一致的速度，同时尽可能保持均匀的出力，这要靠变频器内部特殊软件和控制系统软件来共同实现。使功率平衡度控制在 5%以下.2）皮带重载启动问题在皮带工作中，可能会因各种原因，使皮带突然停车，这时皮带上就会有很重负载，如果这时启动皮带，就会使电机的出力超出正常出力，必须做到，低速、缓慢启动，减少加
16、速度以便不使皮带打滑或撕裂，这需要控制系统软件根据现场实际情况和传感器的测量值来控制变频器完成。3）解决低速验带问题在皮带安装初期，或在检修期间，要检查皮带质量，如果以高速运行，对检修人员安全不利，也不利于对皮带进行认真检验，应该使皮带工作速度降到 0.2 米/秒以下，可有利于人工验带。4）具有 150%过载能力，和过欠电压，过电流，接地保护 5）把解决液压盘式制动器与变频器工作配合问题变频器工作时，液压盘式制动器要松闸，而变频器停车时，要及时抱闸，在紧急情况下，还要利用液压盘式制动器帮助变频器快速停车，所以这要靠PLC 进行准确协调的控制。（三）系统配置（三）系统配置（四）变频柜尺寸（四）变
17、频柜尺寸15002000 600（单位：mm）序号名 称型 号单位数量备注1变频器 800KW/690V6SE71台3西门子2输入电抗器套3西门子输出电抗器套3西门子3编码器板只3西门子4高级操作面板OP1S套3西门子5通讯光缆米50西门子6PROFIBUS 通讯板台3西门子7安装附材批1国名优内824V 电源220/24个19中间继电器个6OMRON2.72.7 主斜井皮带高、低压配电柜主斜井皮带高、低压配电柜 ( (一一) )简介简介从两路 660V 母线上取得 660V 电压，经过 1 号到 5 号配电柜以双路供电的方式，分别送到1 号、2 号、3 号和 5 号柜，给变频器供电。6 号配
18、电柜提供控制室、配电室等的其他380V 用电设备的供电。见附图 3（二）配置（二）配置1 1、2 2、3 3、5 5 号柜（单台配置）号柜（单台配置）序号名 称型 号单位数量备注1空开660V 1200A台1常熟2中间继电器只4OMRON3指示灯只4施奈德4电源24V只15电压表只1施奈德6电流表只3施奈德7互感器只3施奈德8母排批1XX9柜体台1XX10安装附材批1国内名优4 4、7 7、8 8 号柜（单台配置）号柜（单台配置）6 6 号柜（单台配置）号柜（单台配置）序号名 称型 号单位数量备注1空开660V 3000A台1常熟2中间继电器只4OMRON3指示灯只4施奈德4电源24V只15电
19、压表只1施奈德6电流表只3施奈德7互感器只3施奈德8母排批1XX9柜体台1XX10安装附材批1国内名优序号名 称型 号单位数量备注1空开660V 380A台1常熟2空开380V100A台5常熟3中间继电器只4OMRON4指示灯只4施奈德5电源24V只16电压表只1施奈德7电流表只3施奈德8互感器只3施奈德9柜体台1XX10母排批1XX11变压器台1XX12安装附材批1国内名优（三）柜体尺寸：（三）柜体尺寸：与变频柜配套 （单位：mm）三、三、 系统功能框图系统功能框图配电柜2#变频器1#变频器3#变频器一号驱动电机二号驱动电机1 号制动器1 号变频风机3 号制动器3 号变频风机操作控制台操作控
20、制台皮带综合保护系统三号驱动电机2 号制动器2 号变频风机低压供电系统示意图低压供电系统示意图660V 母线母线660V 母线母线660V1200A5 号号660V1200A2 号号660V3000A4 号号660V1200A1 号号660V1200A3 号号380V/100A 6 号号660V/3000A 7 号号至至2 号号变变频频柜柜至至1 号号变变频频柜柜至至3 号号变变频频柜柜备备用用制制动动站站照照明明操操作作台台备备用用联联络络柜柜其其他他设设备备用用配配电电柜柜6KV/660V3500KVA6KV/660V3500KVA660V/3000A 8 号号附图附图 36KV 母线母线
21、说明：1、虚线框所示配电柜可根据具体情况决定是否选用。 2、实线框所示配电柜（16 号柜）是本系统必须选用的。三、采用高三、采用高三、采用高三、采用高压变频压变频压变频压变频器的控制方式器的控制方式器的控制方式器的控制方式1 1 1系系系系统组统组统组统组成成成成1.1胶带输送机主要参数胶带输送机主要参数:运运输输量量(t/d) 输输送机送机长长度度(m)带带速速(m/s)验带验带速度速度(m/s)0.5 (可可调调)带宽带宽(mm)带强带强ST xxxx倾倾角角( )xx负载转负载转矩特性矩特性T =constant功率平衡功率平衡=2.5cm/KV22局部放电（1.5 倍最高相电压下）小于
22、 10pC小于 10pC23过载能力150%24噪音水平小于 75dB25变压器可靠性指标（平均无故障工作时间）h26000026变压器外形尺寸宽高深（mm）1524X1092X2324 （+596.5 for fan）27变压器重量kg28变压器绕组材料铜29变压器铁心材料及供货商M-630变压器绝缘材料Nomex41031变压器外壳表面防腐处理方式ANSI61 anti-corrosion painting32变压器防护等级IP3133变压器进线方式上/下进线34变压器盘前维护还是盘后维护盘前维护3.1.1.1 变压器外形图及厂家技术资料变压器外形图及厂家技术资料变压器外形图：变压器结构图
23、注：上图为变压器本体参考图3.1.2 变频装置技术数据变频装置技术数据序号规 X单位参数备注1使用标准NEMA，ANSI，IEEE,IEC 等2型式及型号PH-6-6-8003供造商及产地西门子（XX）电气传动XX4安装地点室内室内柜装式5技术方案单元串联多电平 PWM 电压源6对电动机要求适用于普通防爆 6KV 异步电机7变频装置输入侧有无熔断器功率单元三相输入侧有熔断器保护8额定输入电压/允许变化 X 围kV6+10%降额运行允许下降 45%9系统输入电压kV610变频装置输出电压kV611变频装置输出电流A14012逆变侧最高输出电压KV6.613额定容量kW800额定输入频率/允许变化
24、 X 围501 Hz14对电网电压波动的敏感性55%不跳机15谐波满足 IEEE519-1992 和GBT14549-93 标准36 脉冲整流16变频器效率98.5%17电机与变频器之间最长电缆距离要求无特殊要求18可靠性指标（平均无故障工作时间）H15000019输入侧功率因数0.95调速 X 围内20控制方式矢量控制适用于恒转矩负载21控制电源380VAC，3 相，20A22变换器形式36 脉冲整流23逆变形式13 电平 PWM 逆变25电隔离部分是否采用光纤电缆是26噪声等级75dBA（1 米处）27冷却方式强制空冷28过载能力150% (对应于负载额定转矩)29标准控制连接RS485
25、MODBUS RTU标准工业通讯接口30模拟量信号（输入）规格及数量4-20mA 或 0-10V 2 路可扩展31模拟量信号（输出）规格及数量4-20mA 或 0-10V 4 路可扩展序号规 X单位参数备注32开关量信号（输入）规格及数量10 点可扩展33开关量信号（输出）规格及数量220VAC，1A，10 点可扩展34防护等级IP3135操作键盘触摸键盘，LCD 显示36界面语言键盘为英文界面，PC 界面中文37变频装置外形尺寸宽高深(mm)1956X1092X2324 （+596.5 for fan）38变频装置重量Kg39盘前维护或盘后维护盘前维护40是否需要输出滤波器不需要41是否提供输出滤波器不需要42售后服务的承诺对用户的有关变频器问题，西门子罗宾康技术工程师可以在 24 小时内响应4 4 4供供供供货货货货 X X X 围围围围设备供货清单设备供货清单序号设备名称型号规格单位数量产地制造厂备注1800kW 高压变频器（内含 1000KVA 干式变压器）PH-6-6-800台3XX西门子2主从控制器S7-300套1XX西门子配套5 5 5尺寸尺寸尺寸尺寸图图图图含干式变压器含干式变压器
