基于PLC及變頻器技術的帶式輸送機控制

張傳興

（山東服裝職業學院，山東 泰安271000）

0 前言

帶式輸送機是輸送系統的重要組成部分，更是能源消耗型企業生產主要用設備。近幾年，隨著PLC、變頻器技術的日趨成熟，基于PLC及變頻器技術的帶式輸送機控制模式得到了從業者的關注。較之傳統工頻拖動模式，基于PLC及變頻器技術的帶式輸送機控制模式有望解決運行不經濟、電機無法軟起軟停、機械沖擊劇烈等問題。因此，探究基于PLC及變頻器技術的帶式輸送機控制模式就具有非常重要的意義。

1 以PLC及變頻器技術為基礎的帶式輸送機控制設計

1．1 選擇具有PLC系統功能的變頻器

為實現以PLC技術及變頻器技術為基礎的帶式輸送機控制，可以應用VFD-E系列兼具PLC系統功能的新型變頻器系統，其具有多種現場總線通訊模塊，較為適應系統整合應用、遠程控制應用，且內建的PLC功能可以代替小型單片機控制器、定時器、計數器，滿足對價格敏感的機械加工行業的要求。所選擇的變頻器為直流母線并聯供應電力能源模式，在同一個剎車模塊進行了230V 1phase and 460V 3phase濾波器內建。整體采取歐式設計方式，允許導軌背板加掛。

1.2 變頻器組裝與調整

在帶式輸送機控制現場，將新型變頻器設置在帶式輸送機保護箱內，應用于礦井新建1680工作面，實現變頻器的同步運行、集中管理以及帶式輸送機的控制。同時采用三電平的硬件拓撲結構，用于控制交流異步感應電機、永磁同步電機，滿足帶式輸送機不同電機工作模式。具體如下：

如圖1所示，根據帶式輸送機實際控制需求，可以另外加入數字量輸入/輸出模塊，分別為32個點、16個點，搭配主CPU模塊自帶的32個數字量輸入/輸出點運作。控制箱內，使用帶有PLC功能的變頻器開展DP信息交互，實時監控變頻器狀態，并經集中式或分布式控制模式，對變頻器主從機參數設置進行調整[1]。現場選擇四臺帶有PLC功能的變頻器依次靠近機頭平行巷道擺放，電抗器柜則擺放在垂直巷道內（其中兩臺變頻器共用1#移變作為輸入電源，另外兩臺變頻器共用2#移變作為輸入電源），兩者距離在30.00m左右。其中跑偏傳感器、撕裂傳感器、斷帶傳感器驅動同軸連接滾動作為主機，溫度傳感器、速度傳感器則驅動兩滾筒作為從機運作，各滾筒之間依賴皮帶傳動。主機可以接收來自具有PLC的變頻器的啟動/停止信號，經外加通訊模塊Q68ADI（或EC-TX103，用于RS-485）給予從機頻率給定。外加通訊模塊采取24V電力資源供應，且預留兩個模塊的空位，便于后期控制。在外加通訊模塊支持下的RS485通訊模式中，主CPU所在的控制柜可以與尾部控制柜展開通訊，并經直接扭矩控制變頻器。

圖1 以PLC及變頻器技術為基礎的帶式輸送機控制拓撲

從軟件上來看，以PLC及變頻器技術為核心的帶式輸送機控制系統主要選擇DP控制方案。這一控制方案下，帶式輸送機控制系統可以劃分為上位機程序、下位機程序兩個部分。前者包括通信模塊、信號采集模塊、數據庫模塊、界面顯示模塊幾個模塊；后者包括觸摸屏通信、數字量處理、工作模式選擇幾個模塊[2]。通過上述軟件結構搭建，可以瞬時完成向變頻器發出啟動/停止/故障控制命令、給變頻器發送速度/轉矩給定信號、從變頻器中讀取狀態值/實際值、修改變頻器參數值等諸多功能。

從功能上來看，以PLC及變頻器技術為基礎的帶式輸送機控制模式包括集中控制、就地控制、閉鎖控制、點動控制、檢修控制等幾種。在帶式輸送機控制模式確定為集中控制模式時，可以根據內置的程序進行設備的自動化啟動/停止、故障處理[3]。一般需要順產品輸送流進行停止，逆產品輸送流進行啟動，達到防控膠帶上殘留產品增加后續開啟啟動負荷的目的；在帶式輸送機控制模式確定為就地控制模式時，操作者可以經觸摸屏上控制點，或者在設備自帶控制按鈕的支持下，進行設備的直接控制；在帶式輸送機控制模式確定為閉鎖控制時，與帶式輸送機運作相關的全部設備均無法正常操作，僅在解除閉鎖后方可繼續操作，常用于人為設備維護、檢修操作，可防控設備突然啟動對操作者的危害；在點動控制模式下，可以進行某一臺設備的自動控制，為設備調試、故障維修提供良好的環境；在將帶式輸送機控制模式調整為檢修模式時，全部保護作用會暫時喪失，僅可利用拉繩開關進行機器的關停，進而利用設備自帶控制按鈕/觸摸屏上控制點進行設備控制[4]。

1.3 變頻器參數調整

為保證以PLC及變頻器技術在帶式輸送機控制中功能的充分發揮，需要對環境參數、電機參數進行逐一調整。環境參數涉及了輸入線電壓波動范圍、直流母線電壓、半母線電壓波動范圍、溫度、濕度等，一般在監控顯示諧波處于較小的數值時，可以將輸入線電壓波動范圍設定為1 185~1 230V@50Hz，同時將直流母線電壓設定為1 890 V。

在電機參數調整時，需要對異步電機額定功率、額定頻率、額定轉速、額定電壓、額定電流、定子電阻、轉子電阻、漏感、互感、空載電流等進行逐一調整。一般可以將異步電機額定功率調整為500kW，額定頻率為50Hz，額定轉速為1 485r/min，額定電壓為1 165 V，額定電流為315.82A，定子電阻為0.022Ω，轉子電阻為0.025Ω，漏感及互感分別為0.75H、22.8H，空載電流則為86.5A。

2 以PLC及變頻器技術為基礎的帶式輸送機控制實施及效果

將設計的以PLC及變頻器技術為基礎的帶式輸送機控制系統應用于某礦105#項目，當前系統運行狀況良好。系統以多電機系統自動控制的形式，實現了兩臺電機的同步、重載啟動，解決了以往帶式輸送機無法帶重載啟動的難題，也規避了因重載時故障停機需清掃后再啟動的情況。通過對生產班組載產品皮帶變頻器運行進行監控，得出GD2500-V1.0305-T運行頻率為42.56Hz，連接狀態為高線，最大值為42.92Hz，最小值為42.29Hz，時間間隔為10.00 000s；GD2500-V1.0305-T母線電壓為1 792.5V，最大值為1805.23V，最小值為1 785.20V，時間間隔為10.00 000s；GD2500-V1.0305-T輸出電流為122.51A，最大值為1 28.21A，最小值為118.21A，時間間隔為10.00 000s。由上述數據可知，高線連接狀態下，現場監控生產班組載產品帶式輸送機變頻器運作較為穩定，表明這一控制模式可以降低施加于帶式輸送機電軸上的沖擊電壓以及軸電流對電機軸承的電腐蝕，在保護電機絕緣的基礎上，提高系統整體運行安全可靠性。

3 結語

綜上所述，PLC技術及變頻器技術是科技高度集成的最終結果，經過長時期改進、綜合優化，使用成熟度較高，完全可以滿足帶式輸送機控制需要。在后續控制系統設計過程中，技術人員可以利用中央供給側改革推進下基于降成本的輸送機改造契機，引入更加先進的技術，提高帶式輸送機控制的智能化程度。