為了獲得
輸送機的特征參數(shù)、各種工況下的運動規(guī)律和力學性能，需要對其系統(tǒng)和零部件進行測試，以便對輸送機的性能作出判斷，同時也為挖掘輸送機的生產(chǎn)潛力、分析事故原因提供科學依據(jù)。為了滿足這一要求，我們設(shè)計了
帶式輸送機試驗臺。該試驗臺采用先進的PLC與變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集與處理，利用軟件編程來避免不正常的試驗結(jié)果，并可通過微型可編程終端(MPT)進行監(jiān)控。
1、帶式輸送機試驗臺功能簡介
隨著帶式輸送機應(yīng)用范圍的不斷擴大，其本身也正向著長距離、大運量、高速度方向發(fā)展。近年來出現(xiàn)了多級驅(qū)動的帶式輸送機以實現(xiàn)長距離運輸，這種多驅(qū)動帶式輸送機是以多臺短帶式輸送機間斷且等距地放在1臺長距離帶式輸送機上、下2分支當中，2者的輸送帶相互接觸，各短帶式輸送機的輸送帶可作為多個直線摩擦驅(qū)動裝置來驅(qū)動長帶式輸送機。在這種帶式輸送機的設(shè)計計算中，橡膠帶間的摩擦系數(shù)“是一個關(guān)鍵數(shù)據(jù)，它關(guān)系到用作驅(qū)動的短帶式輸送機的長度問題。我們所設(shè)計的試驗臺功能之一就是完成摩擦系數(shù)“的測定。
帶式輸送機的功率消耗主要用于克服各種阻力，而水平帶式輸送機的功率消耗則幾乎全部用于克服各神阻力。在節(jié)能要求日益提高的今天，隨著帶式輸送機新結(jié)構(gòu)形式的不斷出現(xiàn)，如何降低帶式輸送機的各種阻力，日益引起重視。在帶式輸送機的各種阻力中，托輥綜合阻力是主要阻力。帶式輸送機試驗臺的另一功能就是可以實現(xiàn)托輥綜合阻力系數(shù)的測定，并進一步探討托輥綜合阻力與帶式輸送機速度和載荷間的關(guān)系。
長距離帶式輸送機在起動、制動及正常運行時，如何減小其膠帶張力和張力的變化，對于完善輸送機的運行性能和提高輸送能力至關(guān)重要。而減小膠帶張力及其變化值與驅(qū)動裝置有很大關(guān)系。驅(qū)動力過大、起動太快都會引起過大的膠帶張力及張力波，從而影響到輸送機系統(tǒng)中的所有部件。因此驅(qū)動裝置要求驅(qū)動電機能無負荷起動，以減小電動機峰值電流的沖擊時間。為此，將鼠籠型異步電動機與變頻器相結(jié)合，以實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速，獲得系統(tǒng)在不同速度下的性能特征參數(shù)。其主要特點是：性能優(yōu)異，調(diào)速范圍大，平滑性高，低速特性較硬，并具有顯著的節(jié)能效果。
2、試驗臺控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計
該試驗臺的最大特點是采用了先進的PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（見圖1）。來自傳感器的電信號經(jīng)PLC的A/D單元轉(zhuǎn)換成可識別的數(shù)字信號，經(jīng)CPU單元處理后送MPT顯示。旋轉(zhuǎn)編碼器的光電脈沖信號經(jīng)CPU單元上的高速計數(shù)端口輸入后，通過一定的算法將其轉(zhuǎn)換成速度在MPT上顯示。同時PLC通過D/A單元將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成變頻器所能接受的電流或電壓信號，以實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速控制。
2.1 PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成
我們所用的PLC是日本OMRON公司生產(chǎn)的CQMl - CPU43 - Vl。該CPU單元內(nèi)裝有RS - 232C端口，并且內(nèi)置了16個輸入點，有輸入中斷功能和高速脈沖I/O功能，另外還配有2個高速脈沖L／0端口。除了可擴展一般的I/O單元外，CQM1還有A/D、D/A、溫控等特殊功能單元。
在編寫PLC程序時，可以利用連接到外設(shè)端口上的手持編程器，但這樣只能編寫助記符程序。如果在個人計算機上裝有SYSMAC支持軟件（如SSS或CPT），那么就可以先編寫梯形圖程序，然后再下傳給PLC。
MPT( Micro Programmable Terminal)是PLC系統(tǒng)中最重要的外設(shè)，可以從它的內(nèi)藏字庫中調(diào)用中英文創(chuàng)建多達100幅的屏幕數(shù)據(jù)，每屏可顯示2行數(shù)據(jù)，每行20個英文字符或10個中文字符。此外，還可以通過編程實現(xiàn)對蜂鳴器和顯示畫面的報警控制。試驗操作時，所有的控制命令都通過MPT自帶的鍵盤鍵入，程序的運行處理結(jié)果也在MPT上顯示，實現(xiàn)了程序的運行與監(jiān)控。
CQMl - AD041模擬量輸入單元可從傳感器讀取4路模擬量信號值，CQMl - DA021模擬量輸出單元提供了2路數(shù)模轉(zhuǎn)換，使用其中的一路輸出0~5 V的電壓信號作為變頻器的頻率設(shè)定信號，使變頻器實現(xiàn)變頻操作。AD041和DA021一起連在CQMl - IPS02供電單元上。CQMl - OC222繼電器輸出單元的輸出信號作為變頻器的輸入控制信號。
2.2變頻調(diào)速控制原理及系統(tǒng)構(gòu)成
三相鼠籠型異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便等特點，故在帶式輸送機上得到了廣泛的應(yīng)用。但由于其起動性能和調(diào)整性能較差，起動時沖擊力也較大，故在大、中型帶式輸送機上使用時，通常與液力偶合器配合使用，或與變頻器同時使用。
鼠籠型異步電動機與液力偶合器配合使用時，無論是限矩型，還是調(diào)速型液力偶合器，都存在轉(zhuǎn)差率，一般為3%~8%，這會造成能量消耗。
在與變頻器構(gòu)成的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，電動機以低頻起動，可以提高起動轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)，從而增大起動轉(zhuǎn)矩。因而，即使在重載下起動，堵轉(zhuǎn)電流一般也只有額定電流的2倍左右。另外，在很多情況下，電動機所拖動的負載是變化的，因此，電動機可能有相當一部分時間為輕負載運行，此時電動機效率降低，造成電能浪費。如果電動機能按輸出負載的最佳轉(zhuǎn)速運行，則電動機的利用率會更高，能耗也將降低。
此外，由于微機應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得建立在現(xiàn)代控制理論或其他一些復(fù)雜控制算法基礎(chǔ)上的控制原理得以快速在線計算及進行優(yōu)化處理，從而使許多原來不可能實現(xiàn)的交流調(diào)速方案得以實現(xiàn)，而且性能不斷提高，價格不斷下降。
綜合考慮以上各種因素，在設(shè)計試驗臺的速度控制系統(tǒng)時采用了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，并選用日本三菱電機公司的FR - A540型變頻器。系統(tǒng)原理圖如圖2所示，為方便操作并便于調(diào)試，變頻器設(shè)置成外部/PU組合操作模式。調(diào)試時使用PU或外部模式，運行時使用外部模式。PLC與變頻器的硬連接主要包括控制信號、調(diào)速信號和反饋信號。控制信號有正轉(zhuǎn)( STF)和反轉(zhuǎn)(STR)信號；調(diào)速信號包括預(yù)置速度信號、加減速信號，它們通過PLC處理后，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成0~5 V的電壓信號傳給變頻器；反饋信號有運行、過載、瞬時掉電保護指示等信號以及故障報警輸出等。
2.3試驗臺控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
3、試驗臺測控性能評估
試驗表明：該帶式輸送機試驗臺運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，膠帶不跑偏，膠帶及托輥沒有明顯的振動或噪聲；試驗臺的調(diào)速范圍大，調(diào)速時的平滑性好，低速特性較硬，能夠模擬各種工況并獲得豐富的試驗數(shù)據(jù)；各項試驗過程中，數(shù)據(jù)的采集與處理迅速、準確，所取得的測量結(jié)果變化平穩(wěn)，試驗結(jié)果具有較高的準確性、可靠性，完全能夠達到有關(guān)方面的常規(guī)試驗要求。
4、結(jié)束語
由于該帶式輸送機試驗臺的控制系統(tǒng)采用了先進的PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，使得試驗的操作過程變得簡單易行，試驗結(jié)果具有較高的準確可靠性。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析處理，可為科研設(shè)計人員驗證現(xiàn)有理論、建立新理論和進行最佳設(shè)計提供可靠的依據(jù)。此外，該系統(tǒng)通過修改軟件程序，還可以用于其他工程試驗的測量及結(jié)果處理，因此該技術(shù)的推廣有著十分廣闊的前景。
相關(guān)輸送機產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機
2、
螺旋輸送機
3、
皮帶輸送機
