基于变频器的自动配煤机电气控制系统.ppt

基于变频器的自动配煤机电气控制系统,设计者周晓芬指导教师李世焕,设计背景,在煤炭市场里现在的客户对煤质的要求比较挑剔,而选煤厂就需要按客户要求按一定比例将原煤进行配比，以改善煤质。配煤已是煤炭洗选加工中必不可少的重要组成部分，是拓宽煤炭产品品种、满足用户要求、扩大销售市场的必由之路。随着选煤技术的发展，生产规模的扩大，传统的配煤方法将逐渐被淘汰，被自动化配煤机所代替。目前山西一些煤炭企业已经引入自动化配煤系统，如西山矿务局、霍州煤电、汾西矿务局。,设计内容,系统整体传动方案电气控制方案系统分析保护系统自动配煤系统结论致谢,一、系统整体传动方案,选煤厂的三种不同等级原煤分别堆放，由PLC和变频器控制的三台抓煤机根据不同要求的精煤要求，分别按一定比例抓取原煤；配煤系统用核子秤进行计量；上位机进行配料自动控制，建立配料模型，统计打印；下位机采用PLC进行电机、皮带顺序控制、料流计量、圆盘速度的控制；最终由三条调速称重传送带统一送到主皮带上，再由主皮带送往煤仓混合。,系统框图,,图1系统框图,返回,二、电气控制方案,系统概述系统的功能工艺流程,返回,,图2系统结构图,返回,系统概述,返回,配煤上位机配置FIX工控组态软件，实现以下功能（1）各设备运行状态的监测；（2）设备参数的监测（如称重量、瞬时量、工作频率等）；（3）配煤工作方式选择（手动或者自动）；（4）配煤煤种的选择；（5）及时显示设备故障并给出声光报警信号；（6）各项配煤参数的历史记录。,系统的功能,返回,3路自动配煤系统，采用电子皮带秤称量，PC系列工业控制系统，自动干基配比控制，用电磁振动给料机控制配比。控制过程中，煤槽里的煤通过电磁振动给料机送到秤量小皮带上，小皮带再把煤送到主皮带上。小皮带通过下面装有速度传感器和荷重传感器将皮带速度和皮带上煤料重量通过转换将信号送至计算机进行数据处理。当实际下料量与给定值相比发生偏差时，通过调节器控制电振机，自动改变电磁振动给料机的振幅，使下料量调回到给定值，实现闭环自动调节，达到自动配煤的目的。,工艺流程,三、系统分析,在系统中我们将采用PLC可编程控制器加上核子秤配料系统，并在系统结构上采用主皮带配料方式一条龙配料方式，这样新的配料系统可不加小皮带，使该项目投资及用户日后的维护量达到最小、最少。该配煤系统可分为物料计量、微机操作、控制、变频调速四大部分。,控制系统组成系统的控制功能上位机功能控制原理,返回,1、控制系统组成,PLC可编程控制器采用SIEMENS公司的产品，它的CPU模块为CPU224XPCN、电源模块CPS11400、14通道模入模块ACI03000、10通道模出模块14ACO02000、开关量输入模块DDI35300、继电器模块DRA84000、高速计数模块DRO84000，编程软件采用MODSOFT软件。上位机为IPC研华工控机包括显示器、打印机，采用FIX组态软件编程。工作流程图如图3所示。,,图3工作流程图,返回,2、系统的控制功能,实现各配煤机的启动和停止;配煤流量的瞬时、累计流量的计量;圆盘速度的自动控制,实现配料自动控制。控制部分是由开关量控制模块和配料控制模块组成，各模块功能如下1）开关量输入模块该模块能实现系统总流量、配比、水分的选择，各种皮带启停信号的输入和配料模块启停信号输出，控制信号及大屏显示接口，连锁及配料控制和上位机的通讯，并留有备用选择器。2）配料控制模块配料控制模块能实现信号的采集、计算并与给定流量比较将误差量按照控制算法进行计算，转换成模拟量信号，发送给变频调速器，调节电机转速从而改变当前下料量，确保精度。,返回,,3、上位机功能,1）各种配煤操作界面、数据显示及打印管理，可方便的在上位机上进行各种数据的修改操作，运行数据的图形显示及打印各种报表;2）通过网卡与控制部分的配料模块和开关量控制模块相联，能够下载计量、控制、系统参数，以及核子秤命令、精度测试命令等，同时能够上传各模块当前状态和参数。4、控制原理1）配比控制由于给煤量的大小取决于多种工艺参数和检测结果，所以给煤任务来自于上位机的配比计算，根据配煤总量和各种煤所占的比例，及所含有的水份等参数，结合实际要求，输入各种煤的成份，检验结果等信息，制定配煤方案，下达配煤命令。,返回,2）自动调节过程,通过在皮带下直接安装的核子秤，实时取得各种给煤流量反馈值的电压信号，经变送器放大转换后，送至可编程控制器的A/D转换接口，经采样后，与上位机设定的各种配煤给定值进行比较，然后进行调节运算，其控制量经D/A转换接口送至变频调速器，以此来改变变频器的输出值，从而改变圆盘给煤机的转速，调整给煤量，使之与设定值相等，完成自动配煤过程，下煤量设定值的大小决定了圆盘转速，圆盘转速与下煤量成正比。控制系统原理图如图4所示,图4控制系统原理图,返回,四、保护系统,1、当系统各测量单元出现故障时（出现空仓或圆盘给料机堵料而无法下料），主画面将以警示色提醒用户，同时出现声音报警。2、各原煤仓设置低位传感器，当煤位下降到传感器所设低位时，延时5s，给煤机停止。如图5所示3、各皮带输送机都装设综合保护装置，当皮带输送机发生堆煤等情况时，保护器报警或停机，给煤机停止。4、混合煤仓设置高位传感器，可实现高位报警。5、混合煤仓设置低位传感器，当系统收到低位信号后，三台电机直接进入工频供煤。,,,图5保护系统图,返回,五、自动配煤系统,,,给煤机的组成及工作原理给煤机控制系统给煤机工作方式,返回,1、给煤机的组成及工作原理,,,给煤机的组成给煤机主要包括给煤机本体、传动部分、各种安全保护装置、测速装置及称重传感器等。给煤机工作原理在配煤过程中，给煤机接受来自上部料仓的原煤，通过皮带输送机向下一级运输设备进行输送；输送皮带下的核子称将煤炭的重量实时传送给称重传感器，再送入给煤机控制仪表；测速传感器实时测量皮带速度，该速度脉冲输出频率正比于皮带速度，同时送入仪表。速度信号和重量信号送入控制仪表进行运算处理，得出给煤的累计重量。仪表将煤的瞬时流量与设定值进行比较并通过PI调节，送到变频器来改变给煤机的驱动速度，使给煤流量随给定要求而发生变化，接近并保持所设定的给煤流量，从而实现定量给煤的目的。,给煤机驱动采用电动机变频调速方式，其工作原理如图6所示,,,,图6工作原理,返回,2、给煤机控制系统,,,工作原理给煤机控制系统的工作原理是测量皮带上单位长度的煤重q（kg/m）和皮带的行进速度V（m/s），两者相乘得出实际的给煤率。把实际的给煤率对时间t（s）进行积分,得到实际的给煤量。控制器不断将实际的给煤率与人工键入给煤率的设定值相比较后经PID运算,自动调节输送皮带速度,达到精确的给煤率。控制系统的构成本控制系统的硬件设备主要由西门子S7-300的PLC，富士变频器FRN3.7G11S-43.7KW。,,,,PLC的选择1）CPU型号的选择根据手头上的资料，结合设计要求选择西门子的S7-300系列PLC。2）CPU模块为CPU224XPCN3）I/O模块的选择（14点输入/10点输出）通道输入模块为ACI03000、通道输出模块为ACO02000，控制给煤机的输入点8个，输出点4个，所以不需要扩展模块。4）电源模块为CPS11400由于交流输入方式适合于有烟雾、粉尘的恶劣环境，正适合选煤厂的工作环境，故选择AC240V电源。5）继电器模块选煤厂自动配煤系统输出量的变化不是很频繁，继电器输出模块的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压、过电流的能力较强，所以本机选用继电器DRA84000输出模块。,变频器的选择,,,变频器主要用于给煤机和传送皮带系统的驱动装置。变频器接收到给煤机速度给定信号后，根据该信号来相应调节皮带驱动电机的运行速度，以达到调节给煤率的目的。富士FRN3.7G11S-43.7KW变频器对给煤机有以下保护功能●电机保护150持续60秒;200持续3秒●过流保护额定200;瞬时300●过电压保护810V直流母线电压，等同于575V交流输入●低电压保护390V直流母线电压，等同于275V交流输入●其它控制线路掉电保护;接地短路保护;输出短路保护;电机过热保护以上功能、数据表明FRN3.7G11S-43.7KW变频器完全满足于给煤机。,返回,3、給煤机的电动机工作方式如图11所示,,,图11电动机工作方式图,,,返回,结论,本系统实现了3台配煤机的启停、联锁保护、称量及调节的自动控制，实现配煤生产自动化。控制方式采用自动和手动两种方式，在自动方式下，各配煤回路的设定及控制，配煤的在线更改等都由计算机自动完成;在手动方式下，根据核子秤测量的值手动调节圆盘转速，进行配煤控制、人工启停设备，在这两种方式下，都设有主要设备紧急停运按钮。整个系统使得配煤较为精确地控制在要求的范围之内，在保证配煤装车产品质量下，给煤的流量控制在要求煤量之间，提高了装车的速度。系统也使客户对煤炭品种的多种要求所产生的供需矛盾得以消除，提高了产品竞争力，为确保外运煤质量、扩大市场份额创造了条件。,返回,致谢,本文是在李世焕老师的热情关心和指导下完成的，他渊博的知识和严谨的治学态度使我受益匪浅，对顺利完成本课题起到了极大的作用。在此向他表示我最衷心的感谢在论文完成过程中，还得到了煤矿师傅及其他同学的热心帮助，本人向他们表示深深的谢意最后向在百忙之中评审本文的各位专家、老师表示衷心的感谢,返回,