Автоматизированный электропривод конвейеров

- возможность наложения тормозов при оперативном и аварийном отключении ленточных конвейеров только при скорости ленты меньше 0,5м/с;

- для конвейеров с автоматической натяжной станцией при снижении скорости ленты до 75% номинальной включение натяжной станции на увеличение натяжения ленты;

- экстренное отключение конвейера с наложением тормозов в момент отключении конвейера или при обрыве ленты или цепи, при экстренном прекращении пуска или экстренной останове конвейера из любой точки по его длине, при завале перегрузочного устройства и превышении номинальной скорости ленты на 8% для конвейеров, устанавливаемых на наклонных выработках;

- сигнал аварийного или экстренного отключения конвейера, сохраняются до ручной деблокировки его по месту аварии во всех случаях, кроме завала перегрузочного устройства или схода ленты;

- одновременное автоматическое отключение всех конвейеров, транспортирующих груз на остановившийся конвейер;

- отключение системы орошения при остановке конвейера;

- блокировку, не допускающую повторное включение остановившегося из-за аварии конвейера, без ручного возврата системы защиты в исходное состояние;

- блокировку, запрещающую запуск конвейерной линии при отсутствии возможности приема груза в месте разгрузки;

- возможность перевода на местное управление любого конвейера линии без нарушения процесса автоматизированного управления остальными конвейерами;

- сигнализацию на пульте управления о числе конвейеров, работающих в линии, маршруте;

- сигнализацию на блоках управления о неисправном состоянии и причине неисправности конвейера;

- двустороннюю телефонную связь с возможностью звукового кодового вызова;

- информацию о состоянии конвейерной линии в систему оперативного диспетчерского контроля и управления шахты.

Для грузолюдских конвейеров, предусматриваются дополнительные требования: предупредительная сигнализация у мест схода людей с ленты; аварийное отключение конвейера при проезде человеком места схода и при превышении скорости ленты; невозможность включения конвейера при отсутствии или неисправности сбрасывающего щитка, а также повторного включения конвейера до момента ручной деблокировки при его экстренном отключении; невозможность включения механизмов, подающих груз на конвейер; отключение системы орошения и контроль движущихся площадок схода.

В настоящее  время для управления конвейерами  и конвейерными линиями в промышленности применяются как отдельные устройства контроля технологических параметров конвейера, так и комплексная аппаратура автоматизации конвейерных линий. Для реализации требований к автоматизации ПТС разработаны различные датчики и аппараты [7].

В качестве примера промышленного  привода приведена схема на основе преобразователя частоты CIMR-F7 фирмы OMRON-YASKAWA (Рис.3):

 

Режимы управления/диапазон регулирования

вольт-частотное/1:40

векторное без датчика  обратной связи/1:100

векторное с датчиком обратной связи/1:1000

 

 

Функциональные возможности

управление моментом

торможение с повышенным скольжением 

энергосбережение 

ПИД-регулятор

 

Коммуникация

Modbus (встроен) 

DeviceNet

Profibus

CANOpen (опции)

 

Серия CIMR-F7 впитала в себя все основные тенденции построения ЭП переменного тока и поэтому готова к решению задач, соответствующих специфике применения асинхронного ЭП. Многолетний опыт применения в станках, подъемниках, конвейерах подтверждает сказанное. Диапазон мощностей: от 0,4 до 300 кВт [12].

Рис. 3 
3. Автоматизированные электроприводы

 

 

Условия эксплуатации:

- продолжительный режим работы без пауз за время включения;

- редкие пуски и неизменное направление вращения;

- преодоление статических моментов при трогании под нагрузкой (после внезапной аварийной остановки);

- влияние окружающей среды (перепад температур, агрессивная среда, запыленность).

 

Требования к электроприводу:

- повышенный пусковой момент (М_п/М_нои = 1,6... 1,8);

- плавный пуск и торможение (для предотвращения пробуксовывания ленты или раскачи-вания груза у ленточных и подвесных);

- небольшое регулирование скорости в диапазоне 1:2 (для изменения темпа работы у поточных линий);

- согласованное вращение электроприводов (для нескольких конвейеров).

 

Электродвигатели.

 

АД с КЗ-ротором и повышенным пусковым моментом, односкоростные или многоскоростные (с переключением числа пар полюсов). Примечание — Для регулирования скорости однодвигательного привода конвейера применяются дополнительные вариаторы механические или регулируемые электрические и гидравлические муфты.

АД с фазным ротором:

- на конвейерах, требующих повышенного пускового момента;

- при многодвигательном приводе конвейеров (для выравнивания нагрузок отдельных двигателей);

- при обеспечении согласованного движения конвейеров.

Многодвигательный привод применяется при большой протяженности конвейеров. Использование нескольких приводных станций позволяет избежать больших напряжений в механизмах, перегрузки участков, уменьшить габариты тягового органа и величину тяговых усилий.

При этом тяговый орган  каждой приводной станции передает усилие, пропорциональное статическому сопротивлению только одного участка, а не всего конвейера.

Выбор места установки  приводных станций определяется в соответствии с диаграммой изменения усилий натяжения.

Оптимальное количество приводных станций определяется техникоэко- номическими расчетами.

Приводные АД с КЗ-ротором  должны иметь одинаковые параметры, у АД с фазным ротором характеристики в соответствие можно привести введением дополнительных сопротивлений в цепь их роторов.

 

Электропривод синхронного  вращения.

Есть механизмы, привод которых состоит из одинаковых двигателей (два и более), требующих вращения с равными скоростями. Примерами могут быть механизмы башенных кранов, створов разводных мостов, ворот шлюзов, конвейеров, где требуется согласованное вращение электродвигателей, а соединение их механическим валом невозможно. В этом случае применяется электрическая связь между роторами асинхронных (АД) или синхронных (СД) двигателей, называемая электрическим валом [8].

Существует несколько  специальных схем, реализованных  по принципу “электрического вала”:

- схема “электрического вала” с вспомогательным АД (рис. 4);

 

Рис. 4

 

В состав схемы входят два главных двигателя (ГД1, ГД2), приводящие в движение, соответственно, «механизм 1» и «механизм 2». Они имеют одинаковые характеристики.

На каждом валу «ГД1»  и «ГД2» смонтированы вспомогательные асинхронные двигатели «АД1» и «АД2», фазные роторы которых соединены электрически. Мощность вспомогательных электродвигателей значительно меньше мощности главных.

Обмотки статоров ГД включены в сеть с прямым чередованием фаз, а вспомогательных — с обратным. При не равенстве нагрузок на механизмы, различаются скорости вращения роторов ω₁ и ω₂, возникает ЭДС, под действием которой появляются уравнительные токи, создающие моменты М₁, М₂, которые будут противодействовать вызвавшей из причине (закон Ленца) до тех пор, пока ω₁ и ω₂ не уровняются.

Достоинства: большая  эффективность и жесткая механическая характеристика.

 

- схема “электрического вала” с резисторами (рис. 5);

 

Рис. 5

 

В состав схемы входят два приводных асинхронных двигателя  с фазным ротором (АД1, АД2) и резисторы (R). Схема работает аналогично схеме с вспомогательными АД.

Недостатки схемы (по сравнению с предыдущей): меньшая эффективность, т. к. вспомогательные моменты M₁ и M₂ значительно меньше; наличие резисторов в цепи ротора уменьшает жесткость характеристик и вызывает дополнительные потери электроэнергии.

Достоинство (по сравнению с предыдущей): схема проще, дешевле и меньше по габаритам.

 

 

 

- схема “электрического вала” двойного питания (рис. 6);

 

Рис. 6

 

В состав схемы входят два приводных двигателя с фазным ротором Д1, Д2 и преобразователь частоты (ПЧ). Статорные обмотки ПЧ, Д1 и Д2 подключены к сети, а роторные связаны электрически.

При вращении ПЧ частота  в роторах будет пропорциональна  скольжению, скорость вращения всех машин будет одинаковой и равной . Это справедливо при равных нагрузках на механизмах.

При увеличении нагрузки одного механизма (например, первого), скольжение его увеличится, а скорость снизится. При новом скольжении ЭДС ротора Д1 увеличится, что приведет к увеличению тока ротора, а следовательно, и его момента. Система вернется в исходное состояние и будет работать согласованно.

Для расширения пределов изменения скоростей работающих механизмов можно установить устройство для изменения частоты (например, механический вариатор). Это позволит устанавливать (выбирать) величину согласованной скорости механизмов без изменения скорости АД.

 

Рассмотренные схемы можно применять для любого числа согласованно работающих механизмов, принцип работы схемы не меняется.

 

Статические и динамические нагрузки приводов конвейера.

 

Основной фактор, определяющий статическую нагрузку конвейера, — сила трения, действующая между тянущим элементом (лента, цепь и др.) и поддерживающим устройством (ролики, монорельс, канат и др.).

Силы трения возникают  в подшипниках вращающих элементов, местах контакта роликов и катков с опорой, тяговом элементе при его изгибах. Вследствие значительной протяженности конвейера и большого количества движущихся элементов эти силы составляют значительную часть суммарной статической нагрузки, а для горизонтальных конвейеров определяют всю статическую нагрузку привода.

Статическая нагрузка конвейера  в значительной степени зависит от конструкции и массы тягового органа (масса определяется передаваемым усилием). Поэтому мощность двигателя в процессе проектирования конвейера выбирают с учетом статической нагрузки конвейера.

Силы сопротивления  движению конвейера можно разделить  на две категории: силы, не зависящие  от натяжения тягового элемента, и силы, зависящие от этого натяжения. Первые возникают на прямолинейных горизонтальных и наклонных участках и распределены по участку равномерно. Вторые возникают на участках изгиба тягового элемента и сосредоточены на дуге этого участка.

Динамические нагрузки привода конвейера возникают  в процессе пуска и определяются движущимися массами собственно конвейера и его приводной станции:

Для тяжелых конвейеров динамическое усилие из-за большой  массы поступательно движущихся элементов может оказаться значительным и существенно превысить силу статического сопротивления. При этом слагаемое, вызванное массой поступательно движущихся элементов, может составлять 90 % и более результирующего динамического усилия [1].

 

Расположение электроприводов на конвейерных линиях.

 

Для общего случая конвейерной  трассы со сложной конфигурацией определить заранее однозначно оптимальное месторасположение привода не удается. Поэтому рассматривают несколько вариантов расположения приводной станции.

При выборе исходят из следующих условий. Привод должен устанавливаться  в конце рабочего участка, что  позволяет разгрузить последующую холостую ветвь конвейера от больших натяжений рабочего участка. Если в конвейере имеется несколько рабочих участков, то для рассмотрения выбирают наиболее тяжелый, на котором происходит максимальное нарастание натяжения, а также участок, предшествующий самой длинной холостой ветви. Располагая привод в конце самого тяжелого участка, можно существенно уменьшить максимальные натяжения на последующих рабочих участках. Размещение привода перед самой длинной холостой ветвью позволяет снизить среднее по трассе натяжение. Для конвейеров, работающих на спуск грузов при тормозном режиме работы привода, последний устанавливается в начале рабочего участка по ходу тягового элемента.

Для конвейерных линий  значительной протяженности и с  большим числом тяжелых рабочих участков может оказаться, что даже оптимальное расположение приводной станции на трассе не обеспечивает снижения максимального натяжения до допустимого уровня. В таком случае конвейер односекционного исполнения заменяют многосекционным конвейером или на тяговом элементе устанавливают несколько приводных станций. Поэтому при необходимости уточнить места расположения приводов следует выполнить расчет диаграммы натяжений с учетом сопротивлений на участках изгиба. Решение рассмотренной задачи часто корректируется по конструктивным соображениям.

По производственным условиям размещения конвейерной линии не всегда удается расположить приводы в местах, определенных расчетом. Расположение приводов в середине участков требует установки дополнительных звездочек. Поэтому обычно места расположения приводных станций заранее определяют по производственно-конструктивным соображениям и, как правило, увязывают с предусмотренными на трассе поворотными звездочками. Расчет диаграммы натяжения при этом носит поверочный характер для определения максимального натяжения и выбора необходимого типа тягового элемента [1].