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        燒結(jié)管帶機的驅(qū)動電機同步控制策略探究

        2020-10-26 06:51:50謝光曾
        機電信息 2020年26期
        關鍵詞:同步控制

        摘要:采用燒結(jié)管帶機進行原料輸送,需要保障設備在長時間運行后依然保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。針對燒結(jié)管帶機驅(qū)動電機的同步控制問題,提出了PLC+DCS同步控制策略。此控制策略通過平衡各驅(qū)動電機負載,實現(xiàn)對多臺電機的同步控制,并利用控制邏輯,實現(xiàn)燒結(jié)管帶機的自動化啟停管理。

        關鍵詞:燒結(jié)管帶機;驅(qū)動電機;同步控制

        0 引言

        在鋼鐵等燒結(jié)工藝流程中,管帶機用于原料輸送,能夠保證配料從料場快速傳遞至車間,其間不受雨水、大風等因素影響。在管帶機上,通常配備多個驅(qū)動電機,并實現(xiàn)同步控制,以便管帶機維持穩(wěn)定運轉(zhuǎn),為燒結(jié)工藝提供安全保障。因此,加強燒結(jié)管帶機驅(qū)動電機的同步控制,可以使燒結(jié)管帶機保持優(yōu)良的輸出性能。

        1 燒結(jié)管帶機驅(qū)動電機同步控制存在的問題

        從結(jié)構上看,燒結(jié)管帶機為管道式輸送皮帶機,用于原料的長距離輸送。在管帶機轉(zhuǎn)動滾筒兩側(cè)位置,安裝有驅(qū)動電機,并結(jié)合膠帶張力進行順序啟動控制,降低膠帶承受的沖擊力,保證設備能夠平穩(wěn)啟動。燒結(jié)管帶機經(jīng)過長時間運行,各驅(qū)動電機之間可能因負載分布不均出現(xiàn)功率不平衡問題,造成電機轉(zhuǎn)矩改變,使電機運行可靠性和效率受到影響[1]。在電機負載突變情況下,燒結(jié)管帶機容易發(fā)生堆料、落料等問題,無法滿足燒結(jié)生產(chǎn)要求。

        為了實現(xiàn)燒結(jié)管帶機驅(qū)動電機的同步控制,通常為兩側(cè)驅(qū)動電機配備變頻器和減速機,采用PLC閉環(huán)控制策略實現(xiàn)對變頻器速度的閉環(huán)控制,確保電機負載得到均衡分配,繼而使輸出速度保持一致。在實踐生產(chǎn)中,管帶機仍會出現(xiàn)超載啟動等問題,給燒結(jié)生產(chǎn)造成較大隱患,因此亟需采取更為科學的驅(qū)動電機同步控制策略,使管帶機調(diào)速性能得到改善。

        2 燒結(jié)管帶機驅(qū)動電機同步控制策略

        2.1 ? ?項目概況

        某燒結(jié)車間輸送系統(tǒng)采用管帶機管徑為600 mm,帶寬達2 250 mm。結(jié)合燒結(jié)生產(chǎn)要求,設備帶速設定為3.8 m/s,輸送總長度為2 630 m。該設備由4臺驅(qū)動電機和變頻器構成,頭部分布3臺驅(qū)動電機,尾部設置1臺驅(qū)動電機,并分別配置了減速機和制動器。電機采用風冷運行方式,減速機為風冷+油循環(huán)冷卻方式。管帶機可以自動采樣,利用PLC控制方法設置采樣間隔,并配備急停開關等保護裝置保證設備的安全運行。采用的PLC系統(tǒng)能夠讀取變頻器輸出頻率、電流等,完成多路模擬量輸入,并在給定頻率下實現(xiàn)模擬量輸出。在燒結(jié)機運行效率改變的情況下,設備調(diào)試存在較大困難,各電機難以保持功率平衡,無法滿足生產(chǎn)要求。此外,管帶機頭尾相距較遠,膠帶具有沿程阻力,使得張力傳遞滯后,容易發(fā)生膠帶打滑現(xiàn)象,難以保證設備在啟動和運行過程中保持功率平衡。

        2.2 ? ?控制方案

        按照燒結(jié)生產(chǎn)需求,本項目需要對該管帶機運行方式進行改造,采取PLC+DCS方案實現(xiàn)管帶機驅(qū)動電機的同步控制。在管帶機沿線對各設備控制信號進行采集,并傳輸至DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制,根據(jù)工況條件平衡電機負載,為設備啟停等功能的實現(xiàn)提供支持。結(jié)合管帶機運行特點和結(jié)構組成,需要在DCS自動化控制系統(tǒng)中配置PLC控制器,用于對電機啟動時間和加速曲線的設定。完成啟動信號接收后,電機將進行空轉(zhuǎn)啟動,直至達到額定速度。利用輸出軸上的傳感器進行轉(zhuǎn)速檢測,然后反饋至控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)能夠根據(jù)速度信號與加速度曲線差值進行加速斜率的設定,確保設備能夠?qū)崿F(xiàn)平滑啟動[2]。在功率平衡控制方面,需要完成對電機的電流檢測,DCS控制系統(tǒng)向控制閥輸出控制指令,使電機輸出轉(zhuǎn)矩得到調(diào)節(jié)。驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速與頻率保持正比關系,對頻率進行調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),達到同步變頻調(diào)速的目的。因此,變頻器需要從設備啟動開始,參與電機控制全過程,按照設定參數(shù)對電機運轉(zhuǎn)情況進行控制和調(diào)節(jié),滿足啟動、調(diào)速等方面要求。此外,還要合理進行DCS控制邏輯設計,編寫設備自動啟動、停止程序,為實現(xiàn)設備自動化、智能化控制提供支持。

        本項目經(jīng)過改造能夠輕松進行管帶機轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié),使電機空載啟動,保持小電流運行,并在短時間內(nèi)達到額定轉(zhuǎn)速。管帶機系統(tǒng)電氣結(jié)構簡單,能夠直接通過程序調(diào)節(jié)控制設備功率,因此該方案可以在不同工況條件下使用,具有較高的可靠性。

        2.3 ? ?方案實施

        在方案實施階段,PLC控制器需要讀取4臺變頻器輸出的電流、頻率等參數(shù),并實現(xiàn)給定頻率輸入,輸出運行信號和故障信號等開關量。采用的變頻器需要實現(xiàn)開環(huán)電壓磁通矢量控制,結(jié)合負載自動完成滑差補償,從而進行穩(wěn)定數(shù)值輸出。在DCS控制上,應根據(jù)設備運行狀態(tài)和故障情況完成聯(lián)鎖延時設定,對設備控制點進行確認。具體來講,DCS系統(tǒng)需要顯示溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率等數(shù)值,反饋設備運行狀態(tài),并對頻率設定、停止、啟動等執(zhí)行命令進行控制。此外,還需要將皮帶打滑、堵料、急停等作為保護聯(lián)鎖信號,完成響應控制點設定。在變頻器和電機同步控制上,需要加強對電流、電壓等參數(shù)的監(jiān)測,對設備綜合狀態(tài)、同步延時等加強監(jiān)控,確認變頻器的頻率輸出情況,加強設備啟??刂啤a槍﹄姍C,應加強對電壓、線圈溫度、風扇狀態(tài)、電流等信號的監(jiān)控,掌握制動器狀態(tài)和電機運行情況,及時發(fā)現(xiàn)電機故障。在減速器控制上,應加強對風扇、冷卻油泵狀態(tài)的監(jiān)控,確定設備運行狀態(tài)和油壓差等情況。在PLC控制器控制上,需要結(jié)合運行狀態(tài)、采樣信號、啟停命令等對其進行監(jiān)控。此外,還應加強對滾筒軸承轉(zhuǎn)速、跑偏開關、打滑檢測開關等信息量的采集監(jiān)控。在控制系統(tǒng)發(fā)出報警后,可以啟動正常停止或急停程序,正常停止設備時按照順序停止;急停時則要全部停止,此時變頻器頻率輸出瞬間達到零,電機輸入電流也同步為零[3]。根據(jù)各種工況,需要完善設備啟動和停止的必要條件,實現(xiàn)設備自動化控制,保證設備能夠穩(wěn)定運行的同時,為設備提供最大程度的安全防護,使設備使用壽命得到延長。

        2.4 ? ?邏輯分析

        現(xiàn)對燒結(jié)管帶機驅(qū)動電機同步控制邏輯展開分析。在利用DCS系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)鎖啟動時,系統(tǒng)將先發(fā)出啟動指令,并伴隨20 s的響鈴;在2 s延時后,控制器能夠接收到運行信號,然后向制動器發(fā)出釋放信號,并結(jié)合制動器狀態(tài)檢測信號,確認其狀態(tài);之后向4臺變頻器發(fā)送啟動指令;在變頻器同步調(diào)節(jié)下,驅(qū)動電機能夠同步啟動,逐步加速,直至達到額定帶速。從啟動條件上來看,需要對減速機溫度、滾筒軸承溫度、電機線圈溫度、變頻器遠控信號等多個信號限值進行設定,在滿足全部條件后,系統(tǒng)能夠自動發(fā)出啟動指令。在設備停止程序編寫時,按照停止順序,應先停止落料,然后停止上游皮帶機;經(jīng)過13 min延時后,管帶機能夠完成帶上配料輸送,然后可以停機;在DCS發(fā)出停止命令后,變頻器將輸出逐漸降低至零,制動器停止運行;經(jīng)過5 min延時后,電機風扇停止運行,之后減速機相關設備停止運行,最后將電源斷開??刂葡到y(tǒng)發(fā)出急停指令,變頻器輸出瞬間為零,延時5 min后風扇停止運行,然后將電源斷開。通過設定保護條件,如軸承溫度超85 ℃、檢測發(fā)現(xiàn)皮帶打滑信號、任意開關跳閘等,能夠及時發(fā)現(xiàn)設備故障,實現(xiàn)對管帶機上下游皮帶機的聯(lián)鎖控制,使相關設備立即停止運行,以免管帶機內(nèi)出現(xiàn)堵料情況。

        3 結(jié)語

        綜上所述,隨著燒結(jié)生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展,管帶機也向著多驅(qū)動、大功率方向發(fā)展,需要利用多臺驅(qū)動電機進行大量原料的快速輸送。采用PLC+DCS同步控制策略,能夠簡化多臺電機同步控制的復雜程度,在保證各電機功率平衡的同時,可以在各種工況下實現(xiàn)對電機運行的準確控制,為燒結(jié)工藝的平穩(wěn)進行提供保障。

        [參考文獻]

        [1] 靳劍兵,張紅娟,耿嘉勝,等.永磁同步電機驅(qū)動刮板輸送機協(xié)同控制[J].煤礦機械,2019,40(11):131-134.

        [2] 李備備,林滸,鄭飂默.一種四電機驅(qū)動同步及消隙控制策略研究[J].小型微型計算機系統(tǒng),2019,40(9):2021-2025.

        [3] 張毅敏,方子帆.雙電機驅(qū)動俯仰裝置PID控制方法研究[J].艦船電子工程,2019,39(8):185-189.

        收稿日期:2020-08-19

        作者簡介:謝光曾(1987—),男,福建三明人,工程師,研究方向:供配電、電氣自動化。

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