希望森蘭科技股份有限公司　呂海波,張樹(shù)林,葛重源,李　林

希望森蘭多機(jī)協(xié)調(diào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

希望森蘭科技股份有限公司呂海波,張樹(shù)林,葛重源,李林

1　前言

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、建材等各行各業(yè)，具有載量大，能耗較小，使用成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)的特點(diǎn)，而且可輸送的物料種類繁多，輸送平穩(wěn)，運(yùn)行噪音較小，在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越傾向于向大載量、長(zhǎng)距離、大帶寬、高帶速、大功率方向發(fā)展。帶式輸送機(jī)作為一種彈性儲(chǔ)能材料，在停止和運(yùn)行時(shí)都儲(chǔ)存有大量勢(shì)能，這就要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有平穩(wěn)起動(dòng)，降低對(duì)輸送帶帶強(qiáng)的要求，多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的力矩平衡，負(fù)荷分配和過(guò)載保護(hù)，以及帶料重載起動(dòng)等功能。

2　工程概況

新疆某5×350MW電廠燃煤主要由距廠區(qū)直線距離15公里外的天池能源2號(hào)露天煤礦供給，采用傳統(tǒng)汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸成本極高，占燃煤總成本近1/5，汽車行駛中會(huì)排除大量尾氣，造成環(huán)境污染。為了降低燃料運(yùn)費(fèi)，控制生產(chǎn)成本，減少汽車運(yùn)輸產(chǎn)生的尾氣和揚(yáng)塵，提高燃煤運(yùn)輸?shù)母咝?、?jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，東方希望集團(tuán)投資2.5億元左右新建一條25公里長(zhǎng)距離皮帶機(jī)代替原來(lái)傳統(tǒng)汽車運(yùn)輸。一期設(shè)計(jì)每小時(shí)運(yùn)煤4000T，整個(gè)帶式輸送機(jī)共分4段，在頭部和尾部分別設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站配置一臺(tái)S7-300PLC，用于接收集中控制室發(fā)出的指令和反饋每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)光纖通訊與轉(zhuǎn)運(yùn)站中的高壓變頻器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行指令及數(shù)據(jù)交換，如圖1所示。

圖1　新疆某電廠25公里長(zhǎng)輸煤皮帶機(jī)示意圖

本項(xiàng)目中BC02為單體最長(zhǎng)皮帶，采用頭三尾二的驅(qū)動(dòng)方式，其中頭部1#電機(jī)和2#電機(jī)采用同軸剛性硬連接，作為主機(jī)，其余電機(jī)作為叢機(jī)。BC02布局示意圖如圖2所示，BC02設(shè)備參數(shù)表如表1所示。

圖2　BC02皮帶機(jī)布局示意圖

表1　BC02設(shè)備參數(shù)表

項(xiàng)目中TC01皮帶機(jī)長(zhǎng)約2.4km，頭部?jī)膳_(tái)電機(jī)型號(hào)均為YKK500-4，額定電壓10kV，額定功率500kW，額定轉(zhuǎn)速1492r/min，功率因數(shù)0.917，額定電流33.2A，上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠生產(chǎn)的電機(jī)，頭部2臺(tái)電機(jī)柔性連接；尾部1臺(tái)電機(jī)型號(hào)為1MC0402P8B，額定電壓10kV，額定功率500kW，額定轉(zhuǎn)速1485r/min，功率因數(shù)0.86，額定電流35.63A。TC02布局示意圖如圖3所示。

圖3　TCO2皮帶機(jī)布局示意圖

3　長(zhǎng)距離皮帶機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行特點(diǎn)

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)多數(shù)采用多滾筒、等功率多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于線路長(zhǎng)，地形復(fù)雜，膠帶機(jī)隨地形起伏不平，而且為了跨越沿途障礙物，膠帶機(jī)也存在一定的轉(zhuǎn)彎半徑；皮帶機(jī)滾筒及減速機(jī)等機(jī)械設(shè)備在制造過(guò)程中存在一定量的誤差，比如滾筒的直徑大小不完全一致，膠帶與滾筒之間的包絡(luò)角也不盡相同，各驅(qū)動(dòng)滾筒處膠帶受力大小不一樣，再加上驅(qū)動(dòng)用的電機(jī)電氣參數(shù)也存在一定誤差。綜合以上因素，造成長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)出力不均衡，此時(shí)出力大的電機(jī)將承擔(dān)過(guò)多負(fù)載，嚴(yán)重的會(huì)超出電機(jī)額定功率，導(dǎo)致負(fù)載較重電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將燒毀電機(jī)。

4　項(xiàng)目實(shí)施方案

針對(duì)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，為了解決長(zhǎng)距離多機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)力矩平衡問(wèn)題，森蘭技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)專門研制了遠(yuǎn)距離多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送協(xié)調(diào)控制專用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用一臺(tái)電機(jī)配置一臺(tái)高壓變頻器，多機(jī)協(xié)調(diào)控制的技術(shù)方案。每條皮帶頭部設(shè)有一臺(tái)專用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收來(lái)自PLC站的啟停控制指令及轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，負(fù)責(zé)皮帶系統(tǒng)的速度控制和整體邏輯控制。變頻器中任意選取一臺(tái)為主機(jī)，其他作為叢機(jī)。協(xié)調(diào)柜將給定頻率發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)按上位機(jī)給定頻率運(yùn)行，并將輸出力矩反饋給協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將主機(jī)力矩轉(zhuǎn)發(fā)給每臺(tái)叢機(jī)，叢機(jī)將自身輸出的力矩與主機(jī)輸出的力矩進(jìn)行PID校正，達(dá)到最終力矩的動(dòng)態(tài)平衡。該項(xiàng)目高壓系統(tǒng)方案如圖4所示，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理如圖5所示。

圖4　高壓系統(tǒng)方案

圖5　協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

5　森蘭SBH系列帶式輸送機(jī)專用多機(jī)協(xié)調(diào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)

森蘭SBH系列帶式輸送機(jī)專用多機(jī)協(xié)調(diào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)以32位高速浮點(diǎn)DSP為控制核心，采用矢量控制技術(shù)，功率單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于高—高電壓源型變頻器，由于采用功率單元串聯(lián)而非功率器件的直接串聯(lián)，因此解決了器件耐壓的問(wèn)題。同時(shí)由于同相各級(jí)功率單元輸出SPWM信號(hào)通過(guò)移相后進(jìn)行疊加，提高了輸出電壓諧波性能、降低輸出電壓的dv/dt；通過(guò)電流多重化技術(shù)降低輸入側(cè)諧波，減小了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，無(wú)需增加輸入諧波濾波器，功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對(duì)電機(jī)絕緣無(wú)特殊要求，可直接驅(qū)動(dòng)普通的異步電動(dòng)機(jī)。

森蘭SBH系列帶式輸送機(jī)專用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、無(wú)電網(wǎng)污染的高壓大功率變頻調(diào)速裝置，高可靠性，性能優(yōu)異，除具備通用型風(fēng)機(jī)、水泵類變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

（1）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與變頻器之間采用高速光纖通訊，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，抗干擾能力更強(qiáng)；

（2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有靈活的控制特點(diǎn)，支持硬接線，提供隔離的RS485接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MOUBUS通訊協(xié)議，提供光纖網(wǎng)絡(luò)通訊轉(zhuǎn)換接口，便于協(xié)調(diào)系統(tǒng)與上位系統(tǒng)連接，優(yōu)化協(xié)調(diào)控制；

（3）充分考慮了遠(yuǎn)距離帶式輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，可遠(yuǎn)距離對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供方便；

（4）重載起動(dòng)能力，滿足帶式輸送機(jī)低頻滿載起動(dòng)功能；

（5）具有軟起軟停功能，S曲線加減速功能，啟動(dòng)頻率保持等功能，延長(zhǎng)皮帶機(jī)使用壽命；

（6）低頻驗(yàn)帶功能，為皮帶機(jī)調(diào)試檢修提供方便；

（7）節(jié)能?？筛鶕?jù)電廠的實(shí)際生產(chǎn)工況，以及其他工藝需求，調(diào)整實(shí)時(shí)運(yùn)載量，降低了電耗，減少了機(jī)械磨損；

（8）具有高度智能化，可提前進(jìn)行故障預(yù)警，為設(shè)備安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

6　結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目自調(diào)試以來(lái)，一直運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)約了大量運(yùn)費(fèi)，提高了經(jīng)濟(jì)效益，降低了發(fā)電成本，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。森蘭SBH系列帶式輸送機(jī)專用多機(jī)協(xié)調(diào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有多種優(yōu)點(diǎn)，為長(zhǎng)距離、大載量帶式輸送機(jī)項(xiàng)目提供了一種可行的解決方法，徹底解決了多機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡。

[1] 徐魯輝, 李福東, 張超, 張曉永, 宗成國(guó). 多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡的研究與分析[J]. 工礦自動(dòng)化, 2011, (5).

[2] 李東林. 帶式輸送機(jī)慢速啟動(dòng)及多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究[J].科技資訊, 2014, (4).

[3] 張登山, 王海天, 余博. ATVll00高壓變頻器在煤礦長(zhǎng)距離皮帶機(jī)上的應(yīng)用[J]. 電氣傳動(dòng), 2012, (5).

Application of Hope Senlan Coordinated Control of Multi-machine VFD System in Long-distance Belt Conveyor

在遠(yuǎn)距離、大載量帶式輸送機(jī)項(xiàng)目上，多采用多滾筒多機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式。對(duì)于驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)這類柔性輸送設(shè)備的關(guān)鍵是各驅(qū)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)矩平衡，本文介紹了希望森蘭高壓變頻器及配套的多機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離帶式輸送機(jī)項(xiàng)目上的應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用表明，基于轉(zhuǎn)矩平衡的多機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不僅能滿足輸送帶的啟動(dòng)及力矩平衡要求，更具有智能化、控制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。

長(zhǎng)距離；帶式輸送機(jī)；多機(jī)協(xié)調(diào)；智能化

In the long-distance, large-load belt conveyor project, themulti-roller drive is commonly used. For thetype of flexible belt conveyor drive device, the key lies in thebalance between thetorques of the drivers. This paper introduces the HopeSenlan high-voltage inverter anditssupporting multi-machine coordinated control system, as well as their application in the long-distance belt conveyor project. Practical applications shows that the torque balance based multi-machine coordinated control system can meet the requirements of conveyor launchand torque balance.Moreover, it also has the advantages that it is more intelligent, simple to control, and quite economical.

Long-distance; Belt conveyor; Multi-machine coordination; Intelligentization

呂海波（1982-），男，工程師，工學(xué)學(xué)士，2006年畢業(yè)于三峽大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于希望森蘭科技股份有限公司，主要從事高壓變頻器應(yīng)用研究。