專利名稱：按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統及方法
技術領域：
本發明屬于帶式輸送機控制技術，提出一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統及方法，主要應用于對大中型帶式輸送機的拖動和控制。
背景技術：
在大中型帶式輸送機的控制系統中，已大量采用變頻器進行拖動，實際上這些變頻器只是起到軟啟動的作用，不能根據所輸送的物料流量大小或料位高低自動地調節帶速，主要存在以下缺點1)在沒有人為參與控制的情況下，不管物料的有無或多少，帶式輸送機經常處于高速運行狀態，對帶式輸送機的轉動部件特別是皮帶磨損量加快，影響這些部件的使用壽命，增加設備發生故障的概率和停機檢修時間，影響生產；2)因為轉動部件特別是皮帶等使用壽命縮短，增加了備件費用和運行成本；3)增加安全隱患；4)耗能；5)沒有充分發揮變頻器的靈活調速性能，自動化水平低。
發明內容
本發明提出一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統及方法，該控制系統和方法可根據所輸送的物料如煤、礦石及其他物料的流量大小或料位高低，對帶式輸送機進行自動控制，實現無人值守的自動化運行。本發明采取以下技術方案完成其發明目的一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，包括有變頻系統、PLC系統、監控系統和檢測系統。所述變頻系統包括有動力電源進線裝置、動力電源饋電裝置、變頻器，為驅動帶式輸送機的電動機提供頻率及電壓可變的交流動力電源；電動機的定子繞組接到變頻器的輸出端，變頻器的輸入端與動力電源饋電裝置的輸出端相連，動力電源饋電裝置的輸入端與動力電源進線裝置的輸出端相連，動力電源進線裝置的輸入端與動力電網相連。 所述PLC系統包括有控制電源進線裝置、控制電源饋電裝置和PLC裝置；PLC裝置的電源輸入端與控制電源饋電裝置的輸出端相連，控制電源饋電裝置的輸入端與控制電源進線裝置的輸出端相連，控制電源進線裝置的輸入端連接到控制電源的電網上。所述監控系統包括有操作臺和顯示屏；操作臺上裝有開關、按鈕并與PLC輸入口相連，用于在手動方式下控制帶式輸送機的啟、停，并裝有信號燈和顯示儀表，用于顯示帶式輸送機的運行狀態和重要參量；顯示屏為計算機或工控機，通過網絡通訊的方式，與PLC、變頻器、帶式輸送機保護裝置進行信息交換；在顯示屏上可以觀察到關鍵參量和重要信號情況如電動機的電壓、電流、頻率和皮帶運行速度以及帶式輸送機保護裝置的動作情況，顯示屏完成對帶式輸送機整個運行過程的關鍵參量和重要信號情況的實時顯示、實時記錄等，顯示屏內置通訊網卡或在PLC裝置中設置網絡交換機，并與PLC、變頻器以及礦山局域網形成網絡通訊，對所述帶式輸送機及其控制系統進行遠程診斷和遠程控制，實現帶式輸送機的自動化運行和無人值守。
所述檢測系統包括有物料傳感器；物料傳感器采用非接觸式傳感器。
物料如果來自于前一級帶式輸送機，宜將物料傳感器安裝在前一級帶式輸送機的中部區域，與前一級帶式輸送機的機頭相隔一段距離，以便讓本級帶式輸送機在速度調整過程有足夠的反應時間，并且將傳感器的過程條件設置為輸送帶。對于多級傳送的帶式輸送機，可把物料流量傳感器加設在物料源頭能夠準確反映物料流量或料位的區域。物料如果來自于料倉，宜將物料傳感器安裝在料倉的頂部，始終都能夠檢測到物料的場所，并且加設防護措施以免物料傳感器被物料砸住或磕碰而損壞。 將物料信號和前級輸送機運行狀態傳送到顯示屏并到PLC中，通過PLC裝置，設定帶式輸送機的運行速度，控制變頻器的輸出頻率，從而對帶速進行自動的調節。在本發明的控制系統中，一臺變頻器拖動一臺電動機，形成“一拖一”的拖動方式，對于由多臺電動機共同驅動的帶式輸送機的情況，變頻器的數量與電動機相同，多臺變 頻器之間采用主、從控制方式，設置其中一臺變頻器為主機，其他變頻器為從機，主機中設置有速度和電流閉環控制，從機跟隨主機的頻率和電流變化并具有電流閉環功能，這樣，在多臺電動機共同驅動一臺帶式輸送機的情況下，PLC只要對作為主機的變頻器進行輸出頻率調節，就能達到對帶式輸送機進行速度調節的目的，而且，能夠確保多臺電動機的速度一致、電流一致，達到各分部電動機出力一致的目的，以提高帶式輸送機的調速性能并提高帶式輸送機包括皮帶的壽命。上述按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統的控制方法
帶速調節主要依據的條件是
O前一級帶式輸送機物料流量或料位、前級料倉的料位；
2)前一級輸送機的運行狀態；
3)調節時間，當檢測到前級物料流量或料位增大，及時啟動并加速本級帶式輸送機，當檢測到前級物料流量或料位減少甚至已放空，則延時一段時間降低本級帶式輸送機的速度甚至怠速運行或暫時停機；
4)通過變頻器輸出電流即電動機的電流反映在本級帶式輸送機上實時物料的情況，作為怠速控制或暫時停機的條件之一，電動機在空載電流狀態下運行一段時間，即說明本級帶式輸送機的物料已放空，本級帶式輸送機就可以怠速運行或暫時停機；
所述物料傳感器安裝在前一級帶式輸送機的中部時，或將物料傳感器加設在物料源頭能夠準確反映物料流量或料位的區域時，當物料傳感器檢測到物料的出現，立即啟動本級帶式輸送機并加速，帶速與物料流量或料位基本成正比，流量或料位越大帶速越高，流量或料位達到一定程度，帶式輸送機以額定速度運行；流量或料位的降低并經過一定時間的延時，才讓帶速降低，當物料傳感器檢測到流量或料位小到一定程度并經一定時間的延時，本級帶式輸送機以怠速運行，當物料傳感器檢測到流量或料位為零即放空狀態，同時從變頻器中讀取的電流為電動機的空載電流，經一定時間的延時后，本級帶式輸送機暫停運行；帶速按物料流量大小或料位高低也可分級控制，當流量或料位達到一定程度，則以額定速度即高速運行，當流量或料位減小到一定程度，則以低速運行，當流量或料位為零，則怠速運行或暫停運行；對于多級傳送的帶式輸送機，其它各級帶式輸送機速度調節同上所述，各級啟動或加速的順序是沿逆物流方向，各級減速或停機的順序是沿順物流方向；
所述物料傳感器安裝在料倉的頂部時，當物料傳感器檢測到料倉有料，啟動帶式輸送機并低速或怠速運行，刮板輸送機開啟，帶式輸送機則加速并以額定速度運行，當物料傳感器檢測到料倉無料即放空狀態，帶式輸送機減速至怠速運行，刮板輸送機停止運行，同時從變頻器中讀取的電流為電動機的空載電流，經一定時間的延時后，帶式輸送機暫停運行。本發明提出一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，能夠滿足各種大中型帶式輸送機控制的需要。相較于現有公知技術，具有根據物料流量或料位的多少對帶式輸送機的速度進行自動調節的功能，降低帶式輸送機轉動部分的磨損，從而延長帶式輸送機特別是皮帶的壽命，降低帶式輸送機使用費用，提高安全生產能力，并且，節能降耗符合國家產業政策，具有明顯的社會和經濟效益。
圖I、圖2為本發明的原理框圖，圖I中物料來自于前一級帶式輸送機，圖2中物料來自于料倉。圖中，I.動力電源進線裝置，2、3·動力電源饋電裝置，4.控制電源進線裝置，5.控制電源饋電裝置，6、7.變頻器，8. PLC裝置，9.操作臺，10.顯示屏，11.帶式輸送機保護裝·置，12.料位傳感器,13、14.電動機，15.本級帶式輸送機,16a.前一級帶式輸送機,16b.刮板輸送機，17.料倉。
具體實施例方式結合附圖對本發明實施例加以說明
在圖中，本發明提出的一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，包括有變頻系統、PLC系統、監控系統和檢測系統。
所述變頻系統包括有動力電源進線裝置(I)、動力電源饋電裝置(2和3)、變頻器(6和7)，為驅動帶式輸送機(15)的電動機(13和14)提供頻率及電壓可變的交流動力電源，電動機(13)和(14)的定子繞組分別接到變頻器(6)和(7)的輸出端，變頻器(6)和(7)的輸入端分別與動力電源饋電裝置(2)和(3)的輸出端相連，動力電源饋電裝置(2)和(3)的輸入端并接在一起且與動力電源進線裝置(I)的輸出端相連，動力電源進線裝置(I)的輸入端與動力電網相連。所述PLC系統包括有控制電源進線裝置(4 )、控制電源饋電裝置(5 )和PLC裝置(8 );PLC裝置(8 )的電源輸入端與控制電源饋電裝置(5 )的輸出端相連，控制電源饋電裝置
(5)的輸入端與控制電源進線裝置(4)的輸出端相連，控制電源進線裝置(4)的輸入端連接到控制電源的電網上。
所述監控系統包括有操作臺(9)和顯示屏(10);操作臺(9)上裝有開關、按鈕等器件并與PLC輸入口相連，用于在手動方式下控制帶式輸送機(15)的啟、停，并裝有信號燈和顯示儀表，用于顯示帶式輸送機(15)的運行狀態和重要參量，顯示屏為計算機或工控機，通過網絡通訊的方式，與PLC、變頻器、帶式輸送機保護裝置進行信息交換，在顯示屏上可以觀察到關鍵參量和重要信號情況如電動機(13)和(14)的電壓、電流、頻率和皮帶運行速度以及帶式輸送機保護裝置(11)的動作情況等，顯示屏完成對本級帶式輸送機(15)整個運行過程的關鍵參量和重要信號情況的實時顯示、實時記錄等，顯示屏(10)內可設有通訊網卡或在PLC裝置中設置網絡交換機，并與PLC、變頻器以及礦山局域網形成網絡通訊，對本級帶式輸送機(15)及其控制系統進行遠程診斷和遠程控制，實現帶式輸送機(15)的自動化運行和無人值守。所述檢測系統包括有物料傳感器(12);物料傳感器(12)可采用非接觸式傳感器(例如但不限于超聲波或雷達傳感器)；將物料傳感器(12)的信號與前一級帶式輸送機(16a)或刮板輸送機(16b)的運行狀態信號傳送到顯示屏并傳到PLC中，通過PLC裝置，根據物料的流量或料位，以及前一級帶式輸送機(16a)或刮板輸送機(16b)的運行狀態，設定本級帶式輸送機(15)的運行速度，通過控制變頻器(6 )和(7 )的輸出頻率，從而對帶速進行自動調節。在圖I中，物料來自于前一級帶式輸送機(16a)，將物料傳感器安裝在前一級帶式輸送機(16a)的中部，遠離前一級帶式輸送機(16a)的機頭有一段距離，以便讓本級帶式輸送機(15)在速度調整過程有足夠的反應時間，并且將傳感器的過程條件設置為輸送帶，對于多級傳送的帶式輸送機，可把物料流量傳感器(12)加設在物料源頭能夠準確反映物料流量或料位的區域。當物料流量傳感器(12)檢測到物料的出現，立即啟動本級帶式輸送機(15)并加速，帶速可與物料流量或料位基本成正比，流量或料位越大帶速越高，流量或料位 達到一定程度，本級帶式輸送機(15)以額定速度運行，流量或料位的降低并經過一定時間的延時，才讓帶速降低，當傳感器(12)檢測到流量或料位小到一定程度并經一定時間的延時，本級帶式輸送機(15)以怠速運行，當傳感器(12)檢測到流量或料位為零即放空狀態，同時從變頻器中讀取的電流為電動機的空載電流，經一定時間的延時后，本級帶式輸送機
(15)暫停運行；帶速按物料流量大小或料位高低也可分級控制，當流量或料位達到一定程度，則以額定速度即高速運行，當流量或料位小到一定程度，則以低速運行，當流量或料位為零即放空狀態，則以怠速運行甚至暫時停機。對于多級傳送的帶式輸送機，其它各級帶式輸送機的速度調節同上所述，各級啟動或加速的順序是沿逆物流方向，各級減速或停機的順序是沿順物流方向。在圖2中，物料來自于料倉，將物料傳感器安裝在料倉(17)的頂部，始終都能夠檢測到物料的場所，并且加設防護措施以免物料傳感器(12)被物料砸住或磕碰而損壞，物料傳感器(12)至少要能夠反應物料的有或無，當物料傳感器(12)檢測到料倉有料，啟動本級帶式輸送機(15)并低速或怠速運行，刮板輸送機(16b)開啟，帶式輸送機(15)則加速直至以額定速度運行，當物料傳感器(12)檢測到料倉無料即放空狀態，本級帶式輸送機(15)減速至怠速運行，刮板輸送機(16b)停止運行，同時從變頻器中讀取的電流為電動機的空載電流，經一定時間的延時后，本級帶式輸送機(15)可暫停運行。變頻器(6 )和(7 )分別拖動電動機(13 )和(14)，形成“ 一拖一 ”的拖動方式，對于由多臺電動機共同驅動的帶式輸送機(15)，變頻器的數量與電動機相同，多臺變頻器之間采用主、從控制方式，設置其中一臺變頻器(如圖中的7)為主機，其他變頻器為從機，主機中設置有速度和電流閉環控制，從機跟隨主機的頻率和電流變化并具有電流閉環功能，這樣，在多臺電動機共同驅動一臺帶式輸送機(15)的情況下，PLC只要對作為主機的變頻器進行輸出頻率調節，就能達到對本級帶式輸送機(15)進行速度調節的目的，而且，能夠確保多臺電動機的速度一致、電流一致，達到各分部電動機出力一致的目的，以提高帶式輸送機(15)的調速性能并提高帶式輸送機包括皮帶的壽命。以上所述僅為本發明的較佳實施例，本發明的保護范圍并不局限于此，任何基于本發明技術方案上的等效變換均屬于本發明保護范圍 之內。
權利要求
1.一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，其特征在于所述控制系統包括有變頻系統、PLC系統、監控系統和檢測系統； 所述變頻系統包括有動力電源進線裝置(I)、動力電源饋電裝置(2、3)、變頻器(6、7)，為驅動帶式輸送機(15)的電動機(13、14)提供頻率及電壓可變的交流動力電源； 所述PLC系統包括有控制電源進線裝置(4)、控制電源饋電裝置(5)和PLC裝置(8)，對帶式輸送機(15)進行啟、停控制，并通過變頻器(6和7)對本級帶式輸送機(15)進行速度調節； 所述監控系統包括有操作臺(9)和顯示屏(10)，操作臺(9)上裝有開關、按鈕等器件并與PLC輸入口相連，用于在手動方式下控制帶式輸送機(15)的啟、停等，并裝有信號燈和顯示儀表，用于顯示帶式輸送機(15)的運行狀態和重要參量，顯示屏(10)為計算機或工控機，通過網絡通訊的方式，與PLC、變頻器、帶式輸送機保護裝置(11)進行信息交換，在顯示屏(10)上可以觀察到關鍵參量和重要信號情況如電動機的電壓、電流、頻率和皮帶運行速度以及帶式輸送機保護裝置(11)的動作情況，顯示屏(10)完成對帶式輸送機(15)整個運行過程的關鍵參量和重要信號情況的實時顯示、實時記錄；顯示屏(10)內可設有通訊網卡或在PLC裝置中設置網絡交換機，并與PLC、變頻器以及礦山局域網形成網絡通訊，對所述帶式輸送機(15)及其控制系統進行遠程診斷和遠程控制，實現帶式輸送機(15)的自動化運行和無人值守； 所述檢測系統包括有物料傳感器(12);物料傳感器(12)采用非接觸式傳感器；將物料傳感器(12)的信號與前一級帶式輸送機(16a)或刮板輸送機(16b)的運行狀態信號傳送到顯示屏(10)并傳到PLC中，通過PLC裝置(8)，根據物料的流量或料位和前級輸送機的運行狀態，并附加調節時間和電動機電流值條件，設定本級帶式輸送機(15)的運行速度，通過控制變頻器的輸出頻率，從而對本級帶式輸送機(15)的帶速進行自動調節。
2.根據權利要求I所述的按物料流量自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，其特征在于所述物料傳感器安裝在前一級帶式輸送機(16a)的中部,與前一級帶式輸送機(16a)的機頭相隔一段距離，以便讓本級帶式輸送機(15)在速度調整過程有足夠的反應時間，并且將物料傳感器(12)的過程條件設置為輸送帶，所述物料傳感器的這種設置，對應于物料來自于前一級帶式輸送機(16a);對于多級傳送的帶式輸送機,將物料傳感器(12)加設在物料源頭能夠準確反映物料流量或料位的區域。
3.根據權利要求I所述的按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，其特征在于所述物料傳感器(12)安裝在料倉(17)的頂部，始終都能夠檢測到物料的場所。
4.根據權利要求I所述的按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，其特征在于所述變頻系統中，一臺變頻器對應拖動一臺電動機，形成“一拖一”的拖動方式。
5.根據權利要求I所述的按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，其特征在于所述變頻系統中的變頻器為若干臺，所述變頻器的數量與電動機相同；所述帶式輸送機為由多臺電動機共同驅動的結構，多臺變頻器之間采用主、從控制方式，設置其中一臺變頻器為主機，其他變頻器為從機，主機中設置有速度和電流閉環控制，從機只設電流閉環并跟隨主機的頻率和電流變化，這樣，PLC只要對作為主機的變頻器進行輸出頻率控制，就能達到對帶式輸送機(15)進行速度調節的目的，而且，能夠確保多臺電動機的速度一致、電流一致。
6.權利要求1-5所述按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統的控制方法，其特征在于 帶速調節主要依據的條件是 1)前一級帶式輸送機物料流量或料位、前級料倉的料位； 2)前一級輸送機的運行狀態； 3)調節時間，當檢測到前級物料流量或料位增大，及時啟動并加速本級帶式輸送機(15),當檢測到前級物料流量或料位減少甚至已放空,則延時一段時間降低本級帶式輸送機(15)的速度甚至怠速運行或暫時停機； 4)通過變頻器輸出電流即電動機的電流反映在本級帶式輸送機上實時物料的情況，作為怠速控制或暫時停機的條件之一，電動機在空載電流狀態下運行一段時間，即說明本級帶式輸送機(15)的物料已放空，本級帶式輸送機(15)就可以怠速運行或暫時停機； 所述物料傳感器安裝在前一級帶式輸送機(16a)的中部時，或將物料傳感器(12)加設在物料源頭能夠準確反映物料流量或料位的區域時，當物料傳感器(12 )檢測到物料的出現，立即啟動本級帶式輸送機(15)并加速，帶速與物料流量或料位基本成正比，流量或料位越大帶速越高，流量或料位達到一定程度，帶式輸送機以額定速度運行；流量或料位的降低并經過一定時間的延時，才讓帶速降低，當物料傳感器(12)檢測到流量或料位小到一定程度并經一定時間的延時，本級帶式輸送機(15)以怠速運行，當物料傳感器(12)檢測到流量或料位為零即放空狀態，同時從變頻器中讀取的電流為電動機的空載電流，經一定時間的延時后，本級帶式輸送機(15)暫停運行；帶速按物料流量大小或料位高低也可分級控制，當流量或料位達到一定程度，則以額定速度即高速運行，當流量或料位減小到一定程度，則以低速運行，當流量或料位為零，則怠速運行或暫停運行；對于多級傳送的帶式輸送機，其它各級帶式輸送機速度調節同上所述，各級啟動或加速的順序是沿逆物流方向，各級減速或停機的順序是沿順物流方向； 所述物料傳感器(12)安裝在料倉(17)的頂部時，當物料傳感器(12)檢測到料倉有料，啟動帶式輸送機并低速或怠速運行，刮板輸送機(16b)開啟，帶式輸送機(15)則加速并以額定速度運行，當物料傳感器檢(12)測到料倉無料即放空狀態，帶式輸送機(15)減速至怠速運行，刮板輸送機(16b)停止運行，同時從變頻器中讀取的電流為電動機的空載電流，經一定時間的延時后，帶式輸送機(15)暫停運行。
全文摘要
本發明提出一種按物料流量或料位自動調節帶速的帶式輸送機控制系統，屬于帶式輸送機控制技術。所述控制系統包括有變頻系統、PLC系統、監控系統和檢測系統，變頻系統包括有動力電源進線裝置、動力電源饋電裝置、變頻器，PLC系統包括有控制電源進線裝置、控制電源饋電裝置和PLC裝置，監控系統包括有操作臺和顯示屏，檢測護系統包括物料傳感器，物料傳感器可采用非接觸式傳感器；所述控制系統根據物料流量的大小或料位高低和前級輸送機的運行狀態，并附加時間和電動機的電流為條件，合理設定帶式輸送機的運行速度，通過控制變頻器的輸出頻率，從而對帶速進行自動調節。
文檔編號B65G43/10GK102942039SQ20121048751
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者王學勤, 張炳林, 任海蘭, 鄭孝平 申請人:山西三元煤業股份有限公司, 洛陽源創電氣有限公司