一.概述                       

繩鋸機是一種石材礦山開采機械,用于開采花崗巖.大理石等石礦,采用一臺主電機帶動鋸繩沿近似跑道型的軌跡運行,鋸繩套在已經鑿開縫的石頭山上,一臺移動電機經減速器帶動整個鋸床以一定的速度沿石頭被鋸開的方向向后移動,移動速度必須根據主電機的負荷狀況和鋸繩所需的張緊力適時進行調整.

如果移動速度太快,主電機負載增大,甚至過載,鋸繩承受的張力也會增大,如不及時調整速度就會繃斷鋸繩;反之如果移動速度太慢, 鋸繩張力太小,鋸繩會在石頭上打滑,切割效率降低,并且松馳的鋸繩還會打絞,以至絞斷鋸繩,所以在保證主電機負荷基本均勻和鋸繩合適的張緊力下提高鋸機切割效率是控制的關鍵,由于礦山形狀的不規則性,橫切面自然也時大時小,鋸床移動速度必須相應調整.

目前福建,河南,山東,廣東云浮及湖南長沙等地都有生產,主機功率一般從11KW到55KW都有,以30KW, 37KW和45KW居多,大都采用PLC經電流互感器讀取主機電流,然后根據切割過程電流的變化趨勢輸出0-10VDC來調整移動電機速度,變頻器只作為執行機構.

有兩種電氣配置:

1)主機采用Y-△啟動,只有移動電機采用變頻控制, 目的是為了降低成本, 但必須外加電流互感器和PLC來進行控制負荷控制和移動電機的速度控制等,國內早期很多是這種配置,一次投資少,但能耗高,現在已很少采用.

2)主機和移動電機都采用變頻器控制, 也必須外加電流互感器PLC來進行控制負荷控制和移動電機的速度控制,還有斷繩立即停機等保護動作.

以上兩種方案的缺點:

1.電流互感器和模擬量輸入輸出模塊在礦山水,粉塵等惡劣環境下易損壞, 且配置較繁瑣,接線多,故障點也多;

2.調試麻煩,必須要PLC編程人員參與,整機成本也較高.

     二.歐華變頻器的控制方案

充分利用繩鋸專用歐華EM580H矢量型變頻器的獨特功能:

1.多功能模擬量輸出和AO輸出口可以直接監視電機運行電流,監視主機負荷無須另加電流互感器;

2.具有靈活的頻率源疊加方式,輔助頻率源可以相對主頻率源或最大頻率調整;

3.真正的電流矢量變頻器,極好的低頻力矩特性,0.5Hz即可滿轉矩輸出;

4.在速度控制模式下,采用電流矢量控制時,可對輸出轉矩進行調節;

5.變頻器可以提供斷繩保護功能(即掉載保護)

     基于以上功能我們可以完全不用電流互感器和PLC即可完成繩鋸機的控制,主電機的負荷和鋸繩的張緊度是兩個控制指標,能否合理利用電機輸出功率是保證                最大切割效率的關鍵,有兩種方案可以達到控制要求,但從方案的簡單易用性方面考慮,在滿足控制要求的前提下,我們推薦采用第二種方案.

一.PID控制方式:將主電機實際運行電流經AO輸出口給移動變頻器作為PID反饋值,手動調節電位器經模擬量AI1端口給移動變頻器作為PID的給定值(最大給定         與額定電流對應),即手動給定主機負載,移動快慢保證負載平穩,主機轉速可另外給定,原理圖如下:

方案優點:負載控制平穩,精確, 能根據切割面的變化,及時調整移動速度;

缺點:調試較麻煩,特別是PID的合理調整,為了保證移動電機的單動控制(頻率源V1和PID切換),必須單聯動控制切換.

二.采用頻率源疊加控制方式:將主電機實際運行電流經AO輸出口給移動變頻器作為輔助頻率源(空載運行電流對應0%,額定電流對應–X%),手動調節電位器經模擬量V1端口給移動變頻器作為主頻率源,將兩頻率源疊加作為移動電機輸出頻率,即主頻率源減輔助頻率源,當手動給定和主機運行電流不變時,移動電機移動速度也保持不變,主機轉速可另外給定,原理圖如下(接線和PID控制方式差不多,只是移動電機單聯動控制不需切換):

方案優點:原理更簡單, 一般電工即可完成調試工作,操作也更方便,完全能滿足工藝要求;

缺點:負載調控及時性不如PID方式,不夠精確.

頻率源疊加控制方式時的參數配置

以上兩種方案的串珠金剛石繩鋸機上驗證完全可以滿足控制要求,目前已采用第二種方案,將他們原有方案大大簡化,是一個性價比很高的方案,并且我司矢量變頻器的低頻力矩特性明顯優于他們先前所使用的變頻器,值得推廣.(其實移動電機的控制用我司變頻器進行矢量控制時,還可考慮通過調節轉矩上限來間接控制移動速度,也應能滿足控制要求)