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。

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[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。