新型電機模塊在磁力脫水槽控制系統(tǒng)中的應用

摘 要: 本文介紹了一種采用新型電機控制模塊來控制磁力脫水槽閥門控制電機的方法，設計中采用電機模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固態(tài)繼電器控制電機正反轉，電機帶動抓手抬升或下降排礦閥門。實踐證明該方法解決了在礦山惡劣環(huán)境下固態(tài)繼電器易出現(xiàn)故障的現(xiàn)象， 達到提高效率、節(jié)約能源的目的。

關鍵詞: 電機控制模塊 固態(tài)繼電器 磁力脫水槽

磁力脫水槽也叫磁洗槽，它是一種磁力和重力聯(lián)合作用的選別設備，廣泛應用于磁選工藝中，用它脫去礦泥和細粒石，也可以作為過濾前的濃縮設備用。它主要由槽體、磁系、給礦筒、排礦閥門組成。在生產實踐中，當正常狀態(tài)下各工序的漿量、濃度、品位相對穩(wěn)定時，磁力脫水槽的選別指標較好，而當給礦量等指標變化頻繁時，磁力脫水槽選別指標則急劇惡化，進而影響到選別作業(yè)給礦的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的人工操作是工人利用操作勾探測礦層深度和目測顏色的方法掌握礦層界面的位置，再憑經驗調節(jié)排礦閥門以控制界面在合適范圍之內。若操作不能準確及時，勢必造成金屬流失，精礦品位波動。磁力脫水槽指標受控制排礦閥門的電機影響較大，因此，采用合適的器件就可以對電機進行更高要求的控制，達到控制系統(tǒng)的要求。

一、控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)主要由51單片機、霍爾傳感器、控制鍵盤、ATC2416存儲器、LCD液晶顯示電路、電機控制模塊、單片機復位電路組成。

工作原理為:采用霍爾傳感器檢測濃度信號，把傳感器放入脫水槽內部采集高斯量，檢測的信號經內部電橋轉換為電壓信號，通過專用儀表放大器AD623進行放大。由于精度的關系采用V/F AD654的轉換器進行V/F轉換。信號經過光電耦合后減少了對系統(tǒng)的干擾，送入單片機的T2口。由于每個脫水槽的濃度不是一定的，因此采用鍵盤進行設置，每個鍵代表不同的意義，把鍵盤寫入的數(shù)據(jù)存入EPROM。采集到的信號與寫入存儲器的數(shù)據(jù)進行比較來控制電機正反轉控制模塊的工作。設計中三相電機為星型連接，電機帶動絲杠控制閥門的高度對排礦口進行調節(jié)，主要是控制排礦濃度、保證精礦的質量、提高效率、節(jié)約能源。為了現(xiàn)場顯示更直觀采用LCD顯示采集的信號，通過頻率的大小可以知道濃度的大小，方便對脫水槽的控制。系統(tǒng)用3位顯示，最高可以測得1kHz的頻率，現(xiàn)場的磁場濃度遠小于這個濃度。顯示部分采用液晶顯示方式，人機交互界面效果更好。

二、電機控制器件介紹

早期的方法廣泛采用固態(tài)繼電器SSR。SSR是利用電子元件的開關特性來控制電路的斷開和接通，與普通繼電器一樣，它的輸入側與輸出側之間是電絕緣的，與普通電磁繼電器相比，SSR體積小，開關速度快，無機械觸點，但在礦山惡劣的環(huán)境實際使用中效果未達到系統(tǒng)最佳要求。而隨著科技水平的發(fā)展，更新型的電機控制器件出現(xiàn)了，RR型三相交流電機正反轉控制模塊較固態(tài)繼電器SSR效果更好。采用模塊式封裝形式，其功能特點驅動三相電機正反轉，過零開啟，零電流關斷，內部設有正反轉自鎖保護電路，數(shù)億次(無觸點)開關壽命(用于替代經常頻繁開關的交流接觸器)，設有正反轉工作狀態(tài)LED指示。RR的驅動電壓低，電流小，易于與計算機接口。因此作為自動控制的執(zhí)行部件得到越來越廣泛的應用。特別那些要求防爆、防震、防腐蝕的地方，如煤礦井下設備、油田和化工廠的電氣控制設備，以及航天、航空、車輛、輪船等的控制設備中更顯示出其優(yōu)越性。散熱底版采用純銅嵌入，超薄高純陶瓷工藝，采用金屬鎳來粘合，使用壽命長，散熱效果極佳，專門用于三相交流電機正反轉控制。我們采用新型的三相電機正反轉控制模塊。該模塊采用單片機設計，輸入與輸出隔離，模塊內已設置硬件互鎖，有效地防止在同一時間內故態(tài)繼電器的正反開關同時導通，雙色發(fā)光二極管顯示三相電機的轉向。棕、黃、綠開路時為停車狀態(tài)。由單片機對模塊進行控制效果好，解決了SSR繼電器易出現(xiàn)故障這一難題。

三、控制模塊設計

排礦閥門控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電機控制模塊、電機、手輪、絲杠、閥門組成。單片機發(fā)出的控制信號經抗干擾能力強的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉換為電平信號，該信號控制電機模塊帶動電機正反轉。電機模塊主要技術參數(shù):負載電流3A—40A，負載電壓380VAC±25%，控制電壓12—24VDC，正反轉切換時間≥0.05秒，相間絕緣電壓>2000V，絕緣電壓≥2000V，要求正反轉控制信號時間間隔≥50ms，輸入輸出端隔離電壓≥2000V。根據(jù)現(xiàn)場測試，我們選擇電機控制模塊為ZFM—0.75。電機模塊控制電路由五條線，1、5為12V電源線，2、3、4受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制。單片機發(fā)出正轉指令時經單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使電機模塊的2、3線相連接帶動電機正轉。反轉時2、4線相連接帶動電機反轉。電機接線方式為星接，功率為0.75kW，足以滿足閥門開啟的動力。電機安裝在脫水槽上方，電機工作時帶動手輪順時針或逆時針旋轉，電機的正反轉時間可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行更改，出廠設定正轉為4S，手輪旋轉20°左右;反轉為3S，手輪旋轉15°左右。脫水槽用電機控制模塊可完全替代SSR固態(tài)繼電器，解決了SSR固態(tài)繼電器故障狀況。易于與計算機接口，因此電機控制模塊作為自動控制的執(zhí)行部件得到越來越廣泛的應用。特別那些要求防爆、防震、防腐蝕的地方，電機控制模塊更顯示出其優(yōu)越性。

電機控制模塊結構圖

本系統(tǒng)除自動控制外還設計了手動控制，可使系統(tǒng)更加靈活。在發(fā)現(xiàn)顯示不正常或很長時間電機不運轉(在顯示正常且需要電機運轉的條件下)，應立即斷電，改為手動方式。從380V的三相電引出一條線作為控制線，由轉換開關控制系統(tǒng)的運行方式，當轉換開關打到手動控制時，可以通過控制面板上的按扭控制脫水槽的運行，控制電機運行的電機模塊是自動控制和手動控制共用的。

新型電機模塊的運用解決了早期固態(tài)繼電器SSR出現(xiàn)的精度不高、在惡劣環(huán)境下容易出現(xiàn)故障的缺點，提高了工作效率，降低了企業(yè)的成本。

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