Системы управления конвейером и транспортером

Управление электроприводами механизмов конвейера. Непрерывный, однонаправленный характер работы конвейеров определяет длительный режим работы их электроприводов, которые выполняются нереверсивными, за исключением редких случаев, когда требуется изменение направления движения, например для эскалаторов.
Конвейеры транспортного назначения имеют одну неизменную скорость движения и не требуют регулируемого электропривода. Для некоторых конвейеров, обслуживающих технологические процессы (сборочные конвейеры, красильные и сушильные линии и т.п.), в которых при смене собираемого или обрабатываемого изделия требуется изменение скоростного режима, применяется регулируемый электропривод.
Несколько конвейеров могут объединяться общим производственным процессом в единую транспортную систему. В этом случае движения отдельных конвейеров должны быть строго согласованы между собой по скорости. К электроприводам таких конвейеров предъявляются требования синхронизации скоростей.
К электроприводам механизмов транспортных средств с непрерывным режимом работы предъявляются требования по обеспечению плавности пуска и торможения с надежным ограничением ускорения и рывка, а также максимального момента двигателя и его производной. Для канатных и ленточных конвейеров большой протяженности это требование обусловлено наличием больших масс поступательно движущихся элементов, приведенный момент инерции которых может в 10... 20 раз превышать момент инерции двигателей, и значительной податливостью тянущих канатов и транспортерной ленты.
Большие маховые массы установки увеличивают возможность пробуксовывания приводных барабанов и шкивов относительно лент и канатов при пуске. Резкое приложение момента при наличии упругих механических связей вызывает механические колебания при пуске, в результате чего в ленте или канате возникают дополнительные динамические усилия. Требование плавности пуска и замедления остается в силе и для установок с коротким тяговым элементом.
В одних случаях ограничение ускорения и рывка до требуемых норм диктуется условиями транспортирования людей (эскалаторы, канатные дороги), в других — условием надежного сцепления транспортируемых изделий с лентой (ленточные конвейеры) или уменьшением раскачивания люлек и кабин (подвесные конвейеры).
Все перечисленные требования определяют выбор системы электропривода для данной группы механизмов. Наиболее распространенным типом электропривода механизмов непрерывной транспортировки является нерегулируемый привод переменного тока на основе асинхронных или синхронных двигателей. Для установок, где не возникает необходимость регулирования скорости движения и момента при пуске, применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Мощность привода с асинхронным короткозамкнутым ротором ограничивается обычно несколькими сотнями киловатт. Использование двигателей большей мощности приводит к заметному снижению коэффициента мощности питающей сети, а также к существенному падению напряжения в сети при пуске конвейера. Применение синхронного двигателя для более мощных установок позволяет существенно повысить энергетические показатели привода. Однако установки такой мощности (например, крупные ленточные и канатные конвейеры) обладают большой механической инерционностью и характеризуются тяжелым продолжительным пуском, достигающим 30... 100 с.
Такой пуск может вызвать недопустимые превышение температуры синхронного двигателя и снижение напряжения сети на относительно большом интервале времени разгона. Поэтому синхронные двигатели, несмотря на ряд их очевидных преимуществ, широкого распространения в качестве привода конвейерных установок не получили.
Проблема пуска мощных конвейеров ранее решалась применением асинхронных двигателей с фазным ротором, обеспечивающих ограничение пусковых токов и формирование требуемой пусковой характеристики привода. В установках мощностью 1000 кВт и более предпочтителен двух- или трехдвигательный привод.
Для однодвигательного привода конвейеров, скорость которых в процессе работы должна регулироваться, ранее использовались короткозамкнутые двигатели с механическими редукторами с переменным передаточным числом или многоскоростные двигатели. Вместо редуктора применялись также регулируемые электрические и гидравлические муфты.
Для плавного пуска использовались асинхронные двигатели с фазным ротором. Ограничение ускорения такого двигателя обеспечивается введением в цепь ротора необходимого количества пусковых ступеней резисторов, число которых может достигать 10... 20. Для ограничения ускорения при использовании коротко-замкнутых двигателей вводится добавочный резистор в цепь статора. Согласованное движение конвейеров ПТС достигается применением специальных схем включения двигателей.
В частности, эта задача может быть решена с помощью электропривода, выполненного по системе электрического вала, или использованием параллельного подключения асинхронных двигателей с ко-роткозамкнутым ротором и преобразователя частоты. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором простейших одиночных конвейеров управляются при помощи магнитных пускателей или автоматами с максимальной и тепловой защитой от перегрузки. Для управления асинхронными двигателями с фазным ротором мощных одиночных конвейеров используют магнитные станции с электрической аппаратурой для защиты и автоматического пуска двигателя.
Наиболее сложны схемы управления конвейерами поточно-транспортных систем. При совместно работающих конвейерах должна предусматриваться блокировка, обеспечивающая пуск и остановку двигателей без возникновения завала транспортируемого груза. Запускают двигатели конвейеров в последовательности, обратной направлению движения груза, а остановку линии начинают отключением двигателя конвейера, с которого груз поступает на следующие конвейеры.
Полная остановка линии может произойти и при одновременном отключении двигателей. По команде на остановку прекращается поступление груза на головной конвейер и по истечении времени, необходимого для прохождения грузом всей трассы линии, все двигатели автоматически отключаются. При остановке какого-либо конвейера двигатели всех конвейеров, подающих груз на остановившийся конвейер, должны остановиться, а следующие за ним конвейеры могут продолжать работать.
Выравнивание нагрузки в регулируемых электроприводах. При конвейерах большой длины с многодвигательным электроприводом ставится задача автоматического регулирования отдельных двигателей с целью перераспределения нагрузки между ними и обеспечения равномерности натяжения ленты по ее длине. Это относится как к работе с установившейся скоростью движения ленты, так и к процессу пуска конвейера.
При параллельном включении двигателей, имеющих равные скорости идеального холостого хода и связанных общим механическим валом, нагрузка между ними распределяется пропорционально модулю жесткости их механических характеристик.
При одинаковой загрузке ветвей конвейера все двигатели (если их характеристики одинаковы) имеют равные скорости и нагрузку.
Для выравнивания нагрузки приводов конвейеров переменного тока с преобразователями частоты используют схему управления моментами, рассмотренную в п. 3.6.4. В этом случае для каждого двигателя необходимо применять управляемый преобразователь.
Система управления транспортером весового дозатора. Дозаторы непрерывного действия предназначены для непрерывного автоматического весового дозирования сыпучих материалов в различных системах управления технологическими процессами. Дозатор состоит из весового транспортера ТВЛ1 с бортами, кожухами, подвесками для контрольных весов, формирующей воронкой, датчиком уровня материала и электрооборудования.
Транспортер ТВЛ1 состоит из следующих основных частей: основания 14, рамы 12, привода, ведущего 4 и ведомого 10 барабанов, транспортной ленты 6, грузоприемного узла 13, центрирующего устройства 9, весоизмерителя 5, узлов конечного выключателя 11, плужного скребка 7 и скребка 8.
Применен частотно-регулируемый электропривод с управлением по ^/-характеристике. Асинхронный электродвигатель 2 соединен муфтой с двухступенчатым цилиндрическим редуктором 1 и передачей с датчиком скорости. Двигатель установлен на основании транспортера со стороны загрузки материала и связан с ведущим барабаном цепной передачей 3. Натяжение цепи осуществляется перемещением барабана в пазах, расположенных в плите привода.
Лента транспортера через цепную передачу получает движение от привода с двигателем переменного тока. Материал, подаваемый на грузоподъемную часть транспортера, лентой перемещается на весовой участок. На весовом участке нагрузка материала воспринимается весоизмерителем и преобразуется тензодатчиком в пропорциональный электрический сигнал.
Датчик уровня материала предназначен для выдачи сигнала о наличии материала в формирующей воронке. В зависимости от исполнения дозатора применяется весовой или диафрагменный датчик. Принцип действия датчика основан на свойстве материалов оказывать давление на стенки и дно бункера.
Комплект электрооборудования состоит из шкафа управления (в том числе контроллера), стойки приборов, преобразователя, аварийного выключателя, поста оператора.
Электрооборудование предназначено для преобразования сигнала тензорезисторных датчиков веса и датчика скорости весового транспортера в сигнал, пропорциональный мгновенной производительности, учета суммарной массы выданного материала, а также автоматического регулирования и поддержания заданной производительности.
Электродвигатель привода транспортера, тензорезисторные датчики и конечные выключатели расположены на транспортере дозатора. Аппаратура защиты и коммутации, а также частотный преобразователь размещены в шкафу управления, аппаратура измерения, регулирования, управления и сигнализации находится в стойке приборов.
В состав электрооборудования входят устанавливаемый в стойке приборов прибор вторичный интегрирующий ПВИ, фиксирующий суммарную массу материала, а также посты наладочного управления и аварийный переключатель.
Задача управления сводится к поддержанию постоянной производительности дозатора в пределах допустимой погрешности.
Перед началом работы задается производительность дозатора. Ее задает с терминала оператор. Контроллер сравнивает заданную производительность с реальной и в зависимости от результата подает сигнал на изменение скорости двигателя. Сравнение производительностей происходит следующим образом: находящийся в системе тензодатчик фиксирует массу сульфата и передает информацию в контроллер, где данные умножаются на скорость ленты и сравниваются с заданной производительностью.
В зависимости от результата подается сигнал на изменение скорости двигателя. Таким образом, задача контроллера сводится к выдерживанию постоянной производительности, учету подаваемого материала, обеспечению возможности пользователю на терминале менять производительность, поддержанию нового значения производительности (через регулятор скорости), сообщению об авариях, фиксации мгновенной производительности.
Для регулирования скорости двигателя конвейера применяется преобразователь частоты Altivar 66.
На контроллере реализован алгоритм функционирования, который для удобства разделен на три части: «Авария», «Автомат», «Переходы по экранам».
Алгоритм «Авария» обеспечивает обработку аварийных ситуаций, возникающих в процессе работы системы. В алгоритме предусмотрены шесть аварийных ситуаций: сход ленты, большое натяжение ленты, отсутствие сульфата в бункере, перегрузка привода, ошибка привода, аварийный стоп.
Информацию о первых трех авариях СУ получает от датчиков, о последних двух — от преобразователя частоты. Кнопка аварийной остановки может быть нажата вручную, поэтому эта ситуация зависит от оператора.
Если при работе программы сработал один из датчиков, на терминале загорается соответствующий экран, оповещающий оператора об аварийной ситуации. Предусмотрен звуковой сигнал, оповещающий о возникновении аварийной ситуации. Отработка перегрузки привода, ошибки привода, аварийной остановки осуществляется выведением на терминал соответствующего экрана.
Кнопка аварийной остановки выполнена с фиксацией, ее нажатие приводит к размыканию цепи и посылке информации в контроллер о нажатии кнопки. Если оператор нажал кнопку «Пуск» в шкафу, работа возобновляется. Первые три аварии обрабатываются аналогично.
Алгоритм «Автомат» является основной частью программы. К его функциям относятся слежение за переменными (заданной и истинной производительностью), а также контроль работы системы управления.
В автоматическом режиме происходит отслеживание истинной производительности дозатора. По мере поступления информации от тензодатчика программа вычисляет мгновенное значение производительности и сравнивает его с заданным, которое оператор задает и может менять. Если оператор не задал производительность (например, при проведении тарировки), двигатель будет вращаться с минимальной скоростью. При равенстве заданного и измеренного значений цикл заканчивается, а при неравенстве выс-читывается новая скорость, и цикл также заканчивается. На следующем шаге все повторяется.
Алгоритм «Переходы по экранам» является интерфейсным и обеспечивает переход по экранам в зависимости от нажатия запрограммированных клавиш.
Экраны служат интерфейсом между контроллером и оператором. С их помощью оператор наблюдает за значениями нужных переменных, аварийными ситуациями, имеет возможность внести необходимые изменения. В программе предусмотрено восемь экранов, каждый из которых несет определенную информацию.
Программирование осуществляется при помощи пакета Syswin31 фирмы Omron, который предназначен для программирования релейно-контактных схем. Пакет написан для Windows. Программа разделена на отдельные модули (Main), которые поделены на цепочки (Network). Это деление условно и на работу программы влияния не имеет, оно нужно лишь для удобства редактирования.