賀紅宙

（山西宏宇誠鑄建設(shè)工程有限公司，山西 大同 037000）

引言

帶式輸送機是一種廣泛應(yīng)用于物料輸送上的機械設(shè)備，具有運量大、經(jīng)濟性好的優(yōu)點，隨著輸送機系統(tǒng)不斷朝著高帶速、大運量、長距離方向發(fā)展，輸送機系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，多電機驅(qū)動輸送機系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，在實際使用過程中暴露出運行能耗高、啟動沖擊大、調(diào)速性能差、電機驅(qū)動功率不平衡的問題，已經(jīng)成為限制物料輸送經(jīng)濟性和可靠性進一步提升的關(guān)鍵因素，因此迫切需要對帶式輸送機的控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高其節(jié)能性及運行可靠性。

結(jié)合帶式輸送機系統(tǒng)運行特性，本文提出了一種新的帶式輸送機節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以變頻調(diào)速為核心，實現(xiàn)對輸送機在運行過程中帶速的靈活調(diào)整，同時為了滿足對傳統(tǒng)采用異步電機驅(qū)動系統(tǒng)輸送機的改造需求，提出了CST 改造方案及多電機功率平衡控制方案，實現(xiàn)了帶式輸送機運行過程的靈活調(diào)整。根據(jù)實際應(yīng)用表明，新的控制系統(tǒng)能夠?qū)⑤斔蜋C運行時的能耗降低11.4%，有效地提升了輸送機在運行過程中的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

由于輸送機系統(tǒng)多數(shù)采用了異步電機驅(qū)動控制，在運行過程中的電機驅(qū)動轉(zhuǎn)速和供電頻率之間的運行關(guān)系如式（1）所示[1]：

式中：n 為電機驅(qū)動轉(zhuǎn)速；f 為供電電源頻率；s 為電機運行轉(zhuǎn)差率；p 為電機極對數(shù)。

由式（1）可知，電機運行時的轉(zhuǎn)速和供電電源頻率成正比關(guān)系。因此要對輸送機的運行轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，可以通過調(diào)整輸送機驅(qū)動電機的供電頻率來實現(xiàn)，對供電電源頻率的調(diào)整可以通過變頻器實現(xiàn)，通過變頻調(diào)速技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸送機系統(tǒng)運行帶速的靈活、可控，提升了調(diào)節(jié)效率和可靠性。

為了滿足輸送機運行時靈活、可靠的調(diào)節(jié)需求，輸送機的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括了變頻電路、控制電路、傳感器及控制電壓等。變頻電路主要采用了“交-直-交”的控制結(jié)構(gòu)[2]，首先將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后將電能存儲在直流中間電路內(nèi)，然后再通過逆變電路將存儲的直流電源再轉(zhuǎn)換為交流驅(qū)動電源，其整體控制結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]。

圖1 輸送機變頻驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，在進行控制的過程中，系統(tǒng)首先對從監(jiān)測傳感器處返回的控制信號進行分析處理，然后對整流電路和逆變電路進行調(diào)整，根據(jù)帶式輸送機目前的運行情況匹配最佳的調(diào)整頻率，當(dāng)輸送機在空載或者出現(xiàn)異常后，能夠自動進行報警，實現(xiàn)對輸送機運行狀態(tài)的及時調(diào)整。該控制電路中傳感器主要用于對電機運行狀態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)的電流、電壓值等進行監(jiān)控，保證對輸送機運行狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。

2 變頻調(diào)速硬件系統(tǒng)改造

本文主要對基于異步電機控制的輸送機系統(tǒng)的變頻調(diào)速硬件改造方案進行研究，為了提高整個控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和可靠性，用新的PLC 集成式控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的繼電器和接觸器結(jié)合的控制模式，其變頻調(diào)速硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示。

由圖2 可知，在該系統(tǒng)中通過PLC 集成控制，實現(xiàn)了對變頻器、電動機、耦合器及減速器的靈活控制，確保了對輸送機運行帶速的靈活調(diào)整。

圖2 變頻調(diào)速硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 功率平衡控制

目前長距離輸送機均采用了多電機驅(qū)動控制模式，所使用的電機一般為交流異步電機，在輸送機運行過程中無法對各驅(qū)動電機的驅(qū)動功率進行準(zhǔn)確控制，因此通常采用扭矩控制或者電流控制的方式來實現(xiàn)對驅(qū)動電機的運行功率進行調(diào)整，但系統(tǒng)所配備的扭矩傳感器的體積巨大，甚至是超出了電機的整體體積，因此通過轉(zhuǎn)矩控制的方法在輸送機高功率運行的條件下應(yīng)用穩(wěn)定性極差。而通過電流來控制的方式，對電機制造的一致性極高，而且對電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性要求較高，在應(yīng)用過程中的準(zhǔn)確性較差，導(dǎo)致多電機驅(qū)動過程中功率平衡性極差，電機頻繁出現(xiàn)過載或者燒毀現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，因此在進行輸送機設(shè)計的過程中需要重點對輸送機的功率平衡控制系統(tǒng)進行研究，確保輸送機在運行過程中各電機運行功率的平衡性。

在經(jīng)過對多數(shù)功率平衡調(diào)節(jié)方案進行對比分析后，發(fā)現(xiàn)采用變頻驅(qū)動的方式能夠較好的適應(yīng)長距離帶式輸送機的工作需求，不僅能夠有效地提升電機的控制精度而且也能夠降低驅(qū)動電機的運行能耗。因此在采用驅(qū)動控制系統(tǒng)內(nèi)配置無速度傳感器的變頻控制器作為控制驅(qū)動電機運行的核心，控制主驅(qū)動電機的變頻器為主變頻器，控制從動電機的變頻器為從動變頻器，該功率平衡控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

由圖3 可知，在該控制系統(tǒng)中，從主變頻器輸出控制信號，對輸送機驅(qū)動電機的電壓和電流情況進行調(diào)節(jié)，主變頻器能夠進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、磁鐵調(diào)節(jié)和輸出轉(zhuǎn)矩，同時能夠通過特定的算法將定轉(zhuǎn)矩信號傳輸給各指定的變頻器，控制各指定變頻器對各從動電機轉(zhuǎn)矩的控制，從而保證了帶式輸送機系統(tǒng)中各個電機輸出占據(jù)的一致性。通過保證各驅(qū)動電機輸出轉(zhuǎn)矩的一致性，進而實現(xiàn)了對各電機輸出功率的動態(tài)調(diào)節(jié)，保證了各電機輸出功率的平衡性，有效避免了電機因功率不平衡導(dǎo)致地?fù)p壞。而且在采用變頻驅(qū)動控制模式后，能夠根據(jù)帶式輸送機的實際運行狀態(tài)對輸送機的運行速度進行動態(tài)調(diào)節(jié)，避免了帶式輸送機定轉(zhuǎn)速運行時所存在的功耗大、運行經(jīng)濟性差的難題。

圖3 功率平衡控制系統(tǒng)示意圖

在新的輸送機制動系統(tǒng)投入使用后，對優(yōu)化前后的運行情況進行監(jiān)測，優(yōu)化后，輸送機的運行穩(wěn)定性和制動性可靠性得到了顯著地提升，同時輸送機運行時的耗電量比優(yōu)化前平均降低了11.4%，每年節(jié)約用電成本約為80 萬元，解決了傳統(tǒng)大傾角輸送機系統(tǒng)運輸穩(wěn)定性差、制動可靠性低的問題，為提升大傾角輸送機的運輸穩(wěn)定性，奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1）變頻控制電路，采用了“交-直-交”的控制結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)帶式輸送機目前的運行情況匹配最佳的調(diào)整頻率，提高輸送機運行控制的靈活性。

2）采用功率平衡控制，保證了各電機輸出功率的平衡性，有效避免了電機因功率不平衡導(dǎo)致的損壞。

3）新的輸送機系統(tǒng)能夠?qū)⑦\行時的耗電量降低11.4%，為提升大傾角輸送機的運輸穩(wěn)定性，奠定了基礎(chǔ)。