吳 敏

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽 110015）

0 引言

近年來人們對物資輸送裝置的性能提出了新的要求，使得多電機驅(qū)動帶式輸送機逐漸被廣泛應(yīng)用，如何實現(xiàn)輸送過程中各電機功率的相對平衡，也成為相關(guān)技術(shù)人員研究的重點。

1 多電機驅(qū)動的帶式傳送機的傳動控制原則

1.1 科學(xué)性原則

在對多電機驅(qū)動的帶式輸送機進行傳動控制的過程中，相關(guān)人員應(yīng)首先保證控制方案設(shè)計符合科學(xué)理論。要從科學(xué)性角度對傳動控制的流程及傳動過程可能出現(xiàn)的故障進行全方位考察，使傳動控制方案過程符合自動控制系統(tǒng)相關(guān)理論知識。只有遵循這一原則，方案設(shè)計人員才能通過既有資源實現(xiàn)預(yù)定功能，真正推進帶式輸送機控制模式的優(yōu)化升級。

1.2 實用性原則

對于多電機驅(qū)動的帶式輸送機的傳動控制，目前在實際工作中已經(jīng)有眾多控制方案得以應(yīng)用。首先需要相關(guān)技術(shù)人員在選擇傳動控制方案時應(yīng)充分考慮自身輸送機特點，選擇與之相匹配的傳動控制方案。同時，傳動控制過程流程較多涉及環(huán)節(jié)及設(shè)備較多，需要相關(guān)人員對每一設(shè)備及過程的選擇都要做到認真謹慎。再次，傳動控制方案設(shè)計過程中，應(yīng)使系統(tǒng)具備一定的自身容錯能力，以實現(xiàn)外界因素對傳動過程的干擾降至最低。最后，傳動控制方案的設(shè)計還需秉持操作簡便的原則，盡可能實現(xiàn)人工少操作甚至不操作即可使輸送機完成其工作內(nèi)容，使帶式輸送機實現(xiàn)自動化傳動功能。

2 多電機驅(qū)動帶式傳送機特點及影響因素

2.1 特點分析

多電機驅(qū)動帶式傳輸機作為一種傳輸裝置，首先應(yīng)滿足與單電機驅(qū)動帶式傳輸機類似的要求，如啟動過程中負載的劇烈變化不會給皮帶帶來外力劇烈變化從而給皮帶造成損壞等。同時還要解決自身的個性化問題，其中最重要的就是解決各電機運行同步性及負載平衡性問題。這一問題的解決在業(yè)內(nèi)尚不夠完善，因運行不同步或負載不平衡等問題造成電機或皮帶損壞的事故時有發(fā)生。

2.2 靜態(tài)因素

通過對實際過程的總結(jié)能夠發(fā)現(xiàn)，影響多電機驅(qū)動帶式輸送機功率平衡性的靜態(tài)因素主要有6點。①皮帶與傳送滾軸間的圍包角。②皮帶與傳送滾軸間的摩擦因數(shù)。③電機的型號及與系統(tǒng)的適配性。④皮帶輸送機傳動系統(tǒng)效率及傳動比。⑤皮帶自身彈性性能。⑥傳送滾軸直徑。上述這些因素均為在帶式輸送機設(shè)置前就應(yīng)考慮的因素，對帶式輸送機的性能起著決定性作用。一旦在運行后發(fā)生有關(guān)上述問題的選擇或調(diào)節(jié)問題，通常無法通過后期調(diào)節(jié)實現(xiàn)問題的有效彌補，只能通過返工重新搭設(shè)的方法予以解決。

2.3 動態(tài)因素

在帶式輸送機運行過程中，很多動態(tài)因素也會造成輸送機功率不平衡的現(xiàn)象出現(xiàn)，具體有3種。①皮帶輸送機搭載物品后產(chǎn)生的阻力。②電機減速器輸出的電磁轉(zhuǎn)矩。③滾軸運行過程中殘留污垢，如煤渣、煤泥等，使得滾軸直徑發(fā)生變化。這些因素由于均產(chǎn)生于運行過程中，因而通過適當(dāng)調(diào)節(jié)或修復(fù)即可有效排除其不利影響。

3 多電機驅(qū)動的帶式輸送機的傳動控制方法

3.1 變頻器控制的方法

為有效消除各電機啟動不同步，負載不均衡的問題，采用變頻器進行控制是一種較為可行的方法。圖1所示的方法就是一種比較理想的利用矢量控制性變頻器實現(xiàn)控制目的的方法。這一系統(tǒng)中，帶式驅(qū)動機由2臺電機予以控制，為保證2臺電機轉(zhuǎn)動速度相同，可利用皮帶將2臺電機連在一起，同時這種方法也使得觀察人員通過觀察皮帶是否打滑即可及時了解2臺電機轉(zhuǎn)速相同與否，以便于及時進行相應(yīng)維修。而這一系統(tǒng)實現(xiàn)電機負載平衡則依靠的是速度調(diào)節(jié)器這一元件，速度調(diào)節(jié)器通過給2個變頻器輸出相同的電流給定值使得2臺電機的電流輸入相同，從而實現(xiàn)電機的負載平衡。若在這一系統(tǒng)中采用四象限變頻器，這一控制方案還可應(yīng)用于上下傳輸式帶式輸送機中，當(dāng)上下式帶式輸送機停止時，由于自身受重力作用，使得電機在這一過程中會將少量能量傳回給變頻器，變頻器在接收能量后會反饋給供電系統(tǒng)，同時對電機發(fā)出制動指令使其停止。

3.2 固態(tài)軟啟動器控制的方法

固態(tài)軟啟動控制方法輸出信號部件使用的材料主要為可控硅，對其導(dǎo)通角參數(shù)進行控制即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電流的目的。這里可介紹一種采用固態(tài)軟啟動器控制方法的3電機帶式傳輸機的控制方案。

圖1 雙電機驅(qū)動帶式輸送機變頻器控制方案

系統(tǒng)中的3臺電機采用同一型號，因而電氣參數(shù)、機械性能均相同。系統(tǒng)中還用一個測速機，其作用是通過輸出頻率隨速度變化的脈沖信號準(zhǔn)確反應(yīng)電機速度，由于這一信號的形式與軟啟動器可識別的信號形式不符，所以將這一信號傳送至頻率電壓變換器中，這一元件能夠?qū)⒚}沖信號轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號，通過其輸出的信號傳送到軟啟動器即可被識別。類似地在3臺電機的末端分別加裝測速機，再將信號分別傳至3臺頻率電壓變換器中也可實現(xiàn)同樣效果。這一控制過程形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)，能夠有效實現(xiàn)將電機速度調(diào)節(jié)至預(yù)定速度的功能。當(dāng)電機速度小于預(yù)定速度時，速度調(diào)節(jié)裝置通過增大電流實現(xiàn)電機速度的增大。反之，電機速度大于預(yù)定速度時，速度調(diào)節(jié)裝置通過減小電流實現(xiàn)電流速度的降低。

之所以在這一過程中將系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，主要是為使各電機間電流分布較為均勻，使每一電機電流均小于其最大電流的30%，能使軟啟動器性能保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。若不采用這一閉環(huán)系統(tǒng)，將會使各個軟啟動器間產(chǎn)生負載分配不均勻的現(xiàn)象，負載不均勻會使各個電機轉(zhuǎn)動速度存在差異，有些負載過小的電機甚至?xí)o法轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象輕則會使電機跳閘斷電，重則會是連接電機的皮帶被拉斷。

3.3 輸送機功率不平衡控制方法

（1）電機直聯(lián)制動減速裝置。這種方式通過高速聯(lián)軸器的連接將電機與制動減速裝置連為一體，通過變頻器的作用實現(xiàn)功率平衡。這種方法的優(yōu)勢在與操作簡單、功率調(diào)節(jié)精準(zhǔn)、適用電機種類多等優(yōu)勢，但其不足之處也同樣明顯，如電機不可在空載狀態(tài)下啟動、運行環(huán)境限制較多、維護工序復(fù)雜等，因而在環(huán)境較為惡劣的礦井等區(qū)域不宜使用。

（2）液力耦合器連接方式。這種方式通過高速聯(lián)軸器將電機與液力耦合器相連，隨后將聯(lián)軸器與減速器相連并將這一系列結(jié)構(gòu)最終連接到傳動滾軸中。這一方式首先対系統(tǒng)內(nèi)各電機的電流大小進行檢測，在將數(shù)據(jù)傳至控制系統(tǒng)，隨后又控制系統(tǒng)根據(jù)電機電流情況向液力耦合器發(fā)出指令，操作減速器通過調(diào)節(jié)滾軸轉(zhuǎn)速完成對電機電流的均勻分配，從而實現(xiàn)各電機功率的平衡。因此，這一方式實現(xiàn)平衡主要是通過調(diào)節(jié)電流方式的方式完成。這種方式具有使用場所靈活、維護工序簡單等優(yōu)勢，但這一方法功率調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性較差，且過程響應(yīng)時間較長，因而目前只在長距離、大貨物運輸量或上下模式帶式輸送機中有所應(yīng)用。

（3）液黏軟啟動裝置連接方式。這一方式采用了一種液黏軟啟動裝置代替上述模式中的制動減速裝置，這種裝置實現(xiàn)電機功率平衡調(diào)節(jié)的方法是通過調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部開合裝置壓力大小實現(xiàn)對每臺電機電流值得以均勻分布，進而完成輸送機功率平衡的調(diào)節(jié)。這種方式檢測電流是否平衡采用的是比對法，系統(tǒng)會預(yù)先根據(jù)電機性能計算出功率平衡狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)電流值，隨后與電機實際電流值進行對比，通過對這一差值進行計算并轉(zhuǎn)化為電壓信號，將其傳送至液黏軟啟動裝置這一裝置即可根據(jù)信號強弱對其內(nèi)部開合裝置壓力進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對電機輸出扭矩的調(diào)節(jié)，從而完成對電流平衡的調(diào)節(jié)。因為目前實際應(yīng)用的帶式輸送機大多由多個電機進行驅(qū)動，使得這一方式的優(yōu)勢逐漸凸顯，因而應(yīng)用頻率較高。

在電流比較這一過程中，近些年取得突破性發(fā)展的PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)有著較強的應(yīng)用意義，并已經(jīng)在很多輸送機傳動控制實例中取得較好的實用效果。其通過在電流比較步驟中加裝PLC模塊的形式，將電流比較過程轉(zhuǎn)化為程序語言輸入至PLC中。這樣在進行電流比較時只需對該程序進行觸發(fā)即可完成電流值的比較，隨后在直接將比較結(jié)果轉(zhuǎn)化為液黏軟裝置可識別的信號類別，實現(xiàn)對其的有效控制。應(yīng)用PLC不僅省去了原有信號轉(zhuǎn)化過程，提高了功率平衡調(diào)節(jié)效率，還能有效提高電流對比的精度，實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)精確性的進一步優(yōu)化，因而成為未來液黏軟啟動裝置連接方式發(fā)展的重點方向。

4 結(jié)束語

多電機驅(qū)動的帶式傳輸機作為工業(yè)發(fā)展及物質(zhì)輸送性能要求提高背景下的必然產(chǎn)物，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)做好對其性能的不斷優(yōu)化，要在過程中兼顧設(shè)計方案的科學(xué)嚴謹性與實用性，使傳動控制方式真正起到提升帶式輸送機性能的作用，為各類工業(yè)生產(chǎn)中的物資輸送提供便利，促進我國工業(yè)生產(chǎn)整體水平的提高。