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皮带机变频器驱动及控制技术方案一、用户提供设计资料基础数据输送物料：原煤运量： Q=500t/h带宽： B=1000mm带速： V=3.15m/s整机长度： L=900m最大倾角：α=20°物料容量： X=0.9t/㎡物料粒度：＜200㎜驱动装置：双滚筒三台710KW电机 660V减速机型号：弗兰德15＃张紧装置：采用机尾重载张紧二、皮带机电控系统功能2．1 皮带监控系统的功能（就地、自动、检修、手动）a. 就地控制在就地工作方式下，通过操作台上起动按钮控制，可控制现场皮带起、停及三台电机的力矩平衡。
可实现多条皮带或给煤机的连锁，沿线皮带保护均可投入。
b. 自动方式在自动工作方式下，整个系统控制权交给了前级或地面总控室，由它发出指令完成皮带系统的起停控制，实现逆煤流起车，顺煤流停车，系统自动完成对变频器、给煤机、其他皮带等控制和力矩平衡，整个系统保护均投入工作。
c. 检修方式检修方式下，皮带机进入低速验带的工作方式下，速度低于0.2M/S,以便于检修人员认真检查，同时，各种保护可选择性地投入运行。
d. 手动方式当系统发生故障时，皮带可单台进行手动控制，沿线保护不参与工作，只保留停车保护。
2．2 实现皮带的各种保护功能(一)选用天津华宁的产品可独立投入工作，与本控制系统可通过通讯口相连。
不再详述。
(二)由本控制系统一体化完成控制、保护、在线检测、连锁等功能。
皮带的各种保护1）跑偏、拉线保护在机头、机尾及中间断设置若干对跑偏开关、拉线开关（原则100米设置一对），沿线由一10芯电缆串联，在自控台进行对位显示，便于迅速处理故障。
2）信号系统胶带沿线根据需要设信号装置，即可以做为起动预告和故障报警。
3）纵撕保护在给料点处胶带机下方设置纵撕保护，纵撕保护为皮带受保护点下方包络线式。
当胶带撕裂时，皮带破坏包络线即动作保护。
4）烟雾保护在机头集中驱动和中间驱动下风向处设置烟雾传感器，以防皮带打滑，温度过高，损坏皮带。
变频器输入和输出电抗器都起到什么作用？1.输入电抗器用以抑制浪涌电压和浪涌电流，保护变频器，延长其使用寿命和防止谐波干扰，同时由于变频器采用变频的方式调速的，所以在调速的时候经常会产生高次谐波和产生波形畸变，会影响设备正常使用，为此，须在输入端加装一个进线电抗器，可以改善变频器的功率因数及抑制谐波电流，滤除谐波电压和谐波电流，改善电网质量。
2.输出电抗器用于延长变频器的有效传输距离，有效抑制变频器的IGBT模块开关时产生的瞬间高压，降低电机的噪音，降低涡流损耗，保护变频器内部的功率开关器件。
变频器什么情况要加输出电抗器？变频器输出侧一般含有较多的高次谐波。
当电机与变频器距离较远时，线路中有较大的分布电容。
其中某次谐波可能在回路中产生谐振，带来两方面的影响：1）破坏电机绝缘性能，长时间会损坏电机。
2）产生较大漏电流，引起变频器频繁保护。
一般变频器和电机距离超过50米，建议加装输出交流电抗器。
变频器的选型原则和注意事项1 根据负载特性选择变频器。
如负载为恒转矩负载可选择西门子MMV/MDV,MM420/MM440 变频器，ABB公司ACS400系列变频器等；如负载为风机、泵类负载可选择西门子ECO 、MM430变频器，ABB公司ACS800系列变频器等。
2 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。
另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。
因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10％而温升会增加20％左右。
所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。
3 变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。
所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
4 当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。
带式输送机的保护及常见故障一、带式输送机的保护对带式输送机安全保护装置的作用主要有两个：一是防止带式输送机发生火灾事故；另一个作用是保护输送带。
因此，安全保护装置必须齐全、完整、可靠、操作、和控制方便。
下面就简单介绍一下带式输送机安全保护装置的类型及保护原理。
（一）、安全保护装置的类型根据规程的规定：采用滚筒驱动带式输送机时，必须装设驱动滚筒防滑保护、堆煤保护和防跑偏装置、温度保护、烟雾保护和自动洒水装置。
在主要运输巷道内的带式输送机还必须装设输送带张紧力下降保护装置和防撕裂保护装置。
在机头和机尾的驱动滚筒和导向滚筒处要有防止人员接触的防护栏，在倾斜井巷中使用的带式输送机，上运时，必须同时装设防逆转装置和制动装置；下运时，必须装设制动装置。
皮带张力由传感器将力值信号变成为电信号，电信号由放大器，放大后由A/D变换电路变换成数字量，该数字量由计算机整理后与上、下限给定值进行比较，当力值超过限时给出报警信号及相应的断点信号，断点信号可以做为开关托动电机信号使用，也可作为拉紧绞车电机的正反转控制用，由此可达到张力自动控制目的。
（二）、安全保护装置的保护原理1、防跑偏保护装置的作用原理带式输送机在运行中输送带跑偏是常见的一种故障，如不加以保护将会因跑偏而撕裂输送带。
目前，带式输送机大多采用行程开关防跑偏保护装置。
它由防跑偏传感器和控制箱组成。
当输送带跑偏时，输送带立即碰触传感器传动杆，使传感器的动触头和固定触头接触，通过控制箱控制带式输送机断点停机。
一般利用带柄的滚式行程开关对输送带的跑偏进行检测。
2、防滑保护装置的作用原理防滑保护装置，又叫打滑保护装置。
它是通过检测输送带的速度变化，查知驱动滚筒与输送带是否发生打滑的装置。
因为驱动滚筒上的输送带打滑，会导致带速降低，如果长时间打滑，可能发生输送带着火事故。
保护装置在输送机正常运行中，当带速降低到一定值时发生打滑低速报警信号，持续一定时间驱动滚筒转速低于正常转速的70％后发出自动停机指令，使输送带停止运行，这样即可保护输送带，又可避免不必要的频繁制动。
第二节煤矿用带式输送机保护控制装置一、概述煤矿用带式输送机保护控制装置的设计、使用、安装是根据《煤矿安全规程》2012年版第373条、MT872-2000《煤矿用带式输送机保护装置技术条件、AQ1029-2007 《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》之规定进行的、《煤矿安全规程》规定，采用滚筒驱动带式输送机运输时，应遵守下列规定：1.必须装设驱动滚筒防滑保护、堆煤保护和防跑偏装置。
2.应装设温度保护、烟雾保护和自动洒水装置。
3.在主要运输巷道内安设的带式输送机还必须装设：保护装置应接入胶带输送机控制回路或主回路，当任何一种保护动作时应可靠动作，并中止带式输送机运行。
倾斜井巷中使用的带式输送机，上运时，必须同时装设防逆装置：下运时，必须装设制动装置。
煤矿用带式输送机保护控制装置（见图4－17），适用于对煤矿井下带式输送机的保护监控，保护装置可对胶带运输系统进行实时监控，对带式输送机运输系统实现集中控制和单台控制，并实时显示皮带运行速度。
煤矿用带式输送机保护控制装置配用煤位传感器、速度传感器、跑偏传感器、紧急停车开关、纵向撕裂传感器、烟雾传感器、温度传感器、张力传感器等；可实现堆煤、打滑、跑偏、急停、撕裂、烟雾、超度、张力等保护。
低速、超速可实行抱闸保护（适用于下运皮带）、洒水装置可在温度或烟雾保护停机的同时实现超温（烟雾）自动洒水降温。
保护装置具有双电机拖动延时启停控制功能、跑偏急停故障位置显示功能、台位和集控台数显示功能，正常运行时可实时显示皮带运行的速度值，当故障发生时显示故障部位。
本装置具有语音预警和语音事故报警功能，语音报警不但能报出故障性质，而且能报出发生故障的带式输送机号，另外具有单台电铃报警功能、多台音频通讯、打点功能，具有较好的抗背景噪声的能力，通讯声音清晰。
本电控箱还可以用于其它场合的带式运输系统的保护监控。
本装置具有双电机拖动延时启停控制功能、跑偏急停故障位置显示功能、台位和集控台数显示功能，正常运行时可实时显示皮带运行的速度值，当故障发生时显示故障部位。
具有对位显示功能的智能皮带保护器设计
作者：刘鲁生郑晓杰张宇孙泽明
来源：《现代电子技术》2013年第08期
摘要：皮带输送机在工作中常出现跑偏、打滑、撕裂和急停等故障，且故障点比较分散，使得故障点的查找变地非常困难，给设备的维护以及安全生产带来极大的不便。
针对这种情况，设计开发出了一套基于单片机AT89C52的皮带智能保护器，保护器具有皮带运行状态的实时监控、通信和故障点的对位显示功能，可对最多999个故障点进行监控，并可实现与上位机的实时通信。
关键字： AT89C52；皮带输送机；故障监控；软件设计
中图分类号： TP391.8 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）08⁃0066⁃02
0 引言
皮带输送机是矿山、冶金、化工和火力发电等工业领域中广泛使用的一种运输设备。
带式输送机在工作过程中发生的跑偏、撕裂、急停及打滑等故障，会直接影响企业的正常生产，并给企业造成一定的经济损失[1]。
对于长距离、多皮带的大型输送系统，一旦有上述故障发生，其故障点的查找将变的非常困难，不利于系统及时有效的维护。
实时地监测皮带故障并对其进行有效的维护，对保证正常生产是十分重要的。
本文研究了一种皮带智能保护装置，能够对大型皮带输送系统的工作状态进行实时监测，并能显示故障类型及故障点的位置[2]，便于故障的迅速查找及排除，有利于提高企业的生产效率。
1 保护器总体结构
智能皮带保护器主要由控制器与采集器2部分组成。
每个控制器对应一条皮带，主要实现皮带故障点对位显示，并根据故障点的种类发出报警或停机信号；采集器安装在皮带两侧的保护开关内，主要实现对皮带故障信号的实时检测，每个采集器都设有拨码开关，以实现对故障点位置的设定。
采集器与采集器、采集器与控制器以及控制器与控制器之间通过RS 485通信传输信号。
控制器也可以与上位机相连，实现对皮带输送系统的监控。
当单条皮带长度超过1 200 m时[3]，可在采集器之间增设中继器，对传输信号进行放大，保证通信的可靠性[4]。
智能保护器的整体结构图如图1所示。
2 保护器硬件设计
2.1 控制器
复擦写，灵活性高，使用LM2575T⁃5电源模块将24 V转化为5 V对单片机供电，散热能力强，稳定性高，宜于工厂长时间使用。
外围由RS 485通信模块电路、故障种类LED指示灯、故障地址显示电路、复位电路及晶振组成[5]。
如图2所示。
RS 485通信模块由分时器SN74HC125N、通信芯片MAX485CSA组成。
SN74HC125N芯片实现分时通信，其选择控制端分别与AT89C52单片机的P1.0和P1.1相连。
MAX485CSA芯片的触发端口与P1.6和P1.7连接，当其输出低电平时，控制AT89C52单片机通过
MAX485CSA芯片读入采集器传来的信号。
数值显示电路由三位一体数码管、地址锁存器
SN74HC573N组成。
锁存器SN74HC573N是用来选择各位数码管要显示的数据，与AT89C52的P0.0～P0.7端口相连。
数码管采用共阳极连接方式，实现对故障点的对位显示。
故障指示灯与AT89C52的P2.3～P2.7相连，依次表示一级跑偏、二级跑偏、急停、打滑及撕裂5种故障。
2.2 采集器
采集器同样采用AT89C52单片为核心，外围电路由6位拨码开关及RS 485通信电路组成。
主要进行本机地址设定与信号采集并传输。
如图3所示。
6位二进制拨码开关最多可对64个故障点进行地址设定[6]，通常在采集器内设定好地址后，需在外部进行标示，每个采集器只能有一固定的编码地址。
AT89C52的P1.0～P1.4口分别对应着一级跑偏、二级跑偏、急停、打滑及撕裂5种故障类型，每种故障类型对应固定的输入端口（如急停对应P1.2端口），不能随便接入。
CPU周期性扫描五端口状态，当检测到故障信号时，便将故障类型与采集器本身的编码地址等整合为数据包，向控制器发出请求信号。
主控器与各个采集器之间采用MAX485CSA进行数据的通信，RS 485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信[7]：在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A，B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。
两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。
同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。
另外RS 485实现了多点互连，系统中允许有64台从机，它们的地址[8]分别为00H～3FH。
不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。
3 保护器软件设计
系统软件完成的主要功能：系统初始化，数据运算，开关量信号采集，故障判断并报警及其位置的显示，串口通信等。
由于C语言开发速度快，可读性、可移植性好，因此软件采用C 语言编程，主要分为主机与从机2部分，程序流程图如图4所示[9]。
主机与从机之间采用RS 485通信协议，采用主从方式进行通信，即主机发送命令，从机根据命令回答[10]。
主机可以读取从机的数据或写数据到从机，并将数据送终端进行显示；从机主要负责对分布的采集器进行监测或控制，用中断的方式接收主机发来的命令并做出回应。
4 结语
本文针对传统皮带故障保护的不足，提出了一种以单片机控制为核心，利用其功能强、可靠性高、集成度高和功耗低等特点，设计出集检测、显示、报警和控制于一体的皮带智能控制保护器，能够远程监测现场设备的运行情况，对提高企业的生产效率，尽快查找到故障点具有积极的现实意义，有很好的应用推广前景。
参考文献
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