希望森蘭科技股份有限公司　呂海波,張樹林,葛重源,李　林

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

希望森蘭科技股份有限公司呂海波,張樹林,葛重源,李林

1　前言

帶式輸送機廣泛應(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)簡單，便于維護的特點，而且可輸送的物料種類繁多，輸送平穩(wěn)，運行噪音較小，在實際應(yīng)用中越來越傾向于向大載量、長距離、大帶寬、高帶速、大功率方向發(fā)展。帶式輸送機作為一種彈性儲能材料，在停止和運行時都儲存有大量勢能，這就要求驅(qū)動系統(tǒng)具有平穩(wěn)起動，降低對輸送帶帶強的要求，多機驅(qū)動時的力矩平衡，負荷分配和過載保護，以及帶料重載起動等功能。

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號露天煤礦供給，采用傳統(tǒng)汽車運輸，運輸成本極高，占燃煤總成本近1/5，汽車行駛中會排除大量尾氣，造成環(huán)境污染。為了降低燃料運費，控制生產(chǎn)成本，減少汽車運輸產(chǎn)生的尾氣和揚塵，提高燃煤運輸?shù)母咝?、?jīng)濟性、環(huán)保性，東方希望集團投資2.5億元左右新建一條25公里長距離皮帶機代替原來傳統(tǒng)汽車運輸。一期設(shè)計每小時運煤4000T，整個帶式輸送機共分4段，在頭部和尾部分別設(shè)有一個轉(zhuǎn)運站，每個轉(zhuǎn)運站配置一臺S7-300PLC，用于接收集中控制室發(fā)出的指令和反饋每個轉(zhuǎn)運站的運行數(shù)據(jù)，通過光纖通訊與轉(zhuǎn)運站中的高壓變頻器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行指令及數(shù)據(jù)交換，如圖1所示。

圖1　新疆某電廠25公里長輸煤皮帶機示意圖

本項目中BC02為單體最長皮帶，采用頭三尾二的驅(qū)動方式，其中頭部1#電機和2#電機采用同軸剛性硬連接，作為主機，其余電機作為叢機。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皮帶機布局示意圖

表1　BC02設(shè)備參數(shù)表

項目中TC01皮帶機長約2.4km，頭部兩臺電機型號均為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，上海電氣集團上海電機廠生產(chǎn)的電機，頭部2臺電機柔性連接；尾部1臺電機型號為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皮帶機布局示意圖

3　長距離皮帶機多機驅(qū)動運行特點

長距離帶式輸送機多數(shù)采用多滾筒、等功率多電機驅(qū)動，由于線路長，地形復雜，膠帶機隨地形起伏不平，而且為了跨越沿途障礙物，膠帶機也存在一定的轉(zhuǎn)彎半徑；皮帶機滾筒及減速機等機械設(shè)備在制造過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)動滾筒處膠帶受力大小不一樣，再加上驅(qū)動用的電機電氣參數(shù)也存在一定誤差。綜合以上因素，造成長距離帶式輸送機在運行時各驅(qū)動電機出力不均衡，此時出力大的電機將承擔過多負載，嚴重的會超出電機額定功率，導致負載較重電機發(fā)熱嚴重，長時間運行將燒毀電機。

4　項目實施方案

針對本項目的特點，為了解決長距離多機驅(qū)動皮帶機力矩平衡問題，森蘭技術(shù)專家團隊專門研制了遠距離多機驅(qū)動帶式輸送協(xié)調(diào)控制專用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用一臺電機配置一臺高壓變頻器，多機協(xié)調(diào)控制的技術(shù)方案。每條皮帶頭部設(shè)有一臺專用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收來自PLC站的啟?？刂浦噶罴稗D(zhuǎn)速給定信號，負責皮帶系統(tǒng)的速度控制和整體邏輯控制。變頻器中任意選取一臺為主機，其他作為叢機。協(xié)調(diào)柜將給定頻率發(fā)送給主機，主機按上位機給定頻率運行，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)將主機力矩轉(zhuǎn)發(fā)給每臺叢機，叢機將自身輸出的力矩與主機輸出的力矩進行PID校正，達到最終力矩的動態(tài)平衡。該項目高壓系統(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)原理簡圖

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

森蘭SBH系列帶式輸送機專用多機協(xié)調(diào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)以32位高速浮點DSP為控制核心，采用矢量控制技術(shù)，功率單元串聯(lián)多電平拓撲結(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題。同時由于同相各級功率單元輸出SPWM信號通過移相后進行疊加，提高了輸出電壓諧波性能、降低輸出電壓的dv/dt；通過電流多重化技術(shù)降低輸入側(cè)諧波，減小了對電網(wǎng)的諧波污染；輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，無需增加輸入諧波濾波器，功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動，對電機絕緣無特殊要求，可直接驅(qū)動普通的異步電動機。

森蘭SBH系列帶式輸送機專用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、無電網(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，除具備通用型風機、水泵類變頻器的性能外，還具有以下突出特點：

（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；

（2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有靈活的控制特點，支持硬接線，提供隔離的RS485接口，采用標準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）充分考慮了遠距離帶式輸送機現(xiàn)場特點，可遠距離對變頻器進行參數(shù)設(shè)置，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供方便；

（4）重載起動能力，滿足帶式輸送機低頻滿載起動功能；

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

（6）低頻驗帶功能，為皮帶機調(diào)試檢修提供方便；

（7）節(jié)能。可根據(jù)電廠的實際生產(chǎn)工況，以及其他工藝需求，調(diào)整實時運載量，降低了電耗，減少了機械磨損；

（8）具有高度智能化，可提前進行故障預(yù)警，為設(shè)備安全運行保駕護航。

6　結(jié)語

該項目自調(diào)試以來，一直運行穩(wěn)定，節(jié)約了大量運費，提高了經(jīng)濟效益，降低了發(fā)電成本，提高了企業(yè)競爭力。森蘭SBH系列帶式輸送機專用多機協(xié)調(diào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有多種優(yōu)點，為長距離、大載量帶式輸送機項目提供了一種可行的解決方法，徹底解決了多機驅(qū)動的帶式輸送機轉(zhuǎn)矩平衡。

[1] 徐魯輝, 李福東, 張超, 張曉永, 宗成國. 多機驅(qū)動帶式輸送機功率平衡的研究與分析[J]. 工礦自動化, 2011, (5).

[2] 李東林. 帶式輸送機慢速啟動及多機驅(qū)動功率平衡調(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距離皮帶機上的應(yīng)用[J]. 電氣傳動, 2012, (5).

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

在遠距離、大載量帶式輸送機項目上，多采用多滾筒多機驅(qū)動的方式。對于驅(qū)動皮帶機這類柔性輸送設(shè)備的關(guān)鍵是各驅(qū)動之間的轉(zhuǎn)矩平衡，本文介紹了希望森蘭高壓變頻器及配套的多機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在遠距離帶式輸送機項目上的應(yīng)用，實際應(yīng)用表明，基于轉(zhuǎn)矩平衡的多機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不僅能滿足輸送帶的啟動及力矩平衡要求，更具有智能化、控制簡單、經(jīng)濟實用的特點。

長距離；帶式輸送機；多機協(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，工學學士，2006年畢業(yè)于三峽大學自動化專業(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。