張明明，廖高亮

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長(zhǎng)沙 410012;2.浙江旭業(yè)工程設(shè)備有限公司， 浙江杭州 311300)

0 引言

2014年初長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司承接了蘭州紅獅水泥廠傾斜送料系統(tǒng)項(xiàng)目的電氣控制部分研制項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)多次調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)分析，從提高系統(tǒng)的可靠性能、降低能量消耗和便于皮帶機(jī)檢測(cè)維修等角度考慮，確定采用矢量控制系統(tǒng)于三條下運(yùn)皮帶機(jī)上，使之與通訊技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及檢測(cè)技術(shù)緊密結(jié)合，從而提高皮帶機(jī)的安全性、穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)組成

采用性能穩(wěn)定的具有現(xiàn)場(chǎng)可編程功能的西門(mén)子PLC、I/O模塊，西門(mén)子SMART觸摸屏，研華交換機(jī)及相應(yīng)配件，保證了系統(tǒng)通訊的安全可靠性。PLC輸入輸出口留10%的余量，保證系統(tǒng)進(jìn)行修改或者升級(jí)時(shí)具有足夠的I/O點(diǎn)可用。

多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)采用集中進(jìn)線共直流母線方式實(shí)現(xiàn)電能交換，其整流的總功率可以低于逆變的總功率，即可通過(guò)降低整流功率或者減少整流模塊來(lái)節(jié)省成本。

但是蘭州紅獅傾斜送料系統(tǒng)距離比較遠(yuǎn)，集中進(jìn)線會(huì)造成降壓比較嚴(yán)重，所以在系統(tǒng)選型時(shí)，3臺(tái)下運(yùn)輸送機(jī)電機(jī)同時(shí)配備了3臺(tái)整流單元和3臺(tái)逆變單元，共直流母線實(shí)現(xiàn)電能交換時(shí)分別進(jìn)線?？刂茊卧狢U320能自動(dòng)識(shí)別通過(guò)高速通訊接口DRIVE－CLiQ連接的變頻器各驅(qū)動(dòng)組件，各組件亦可借助DRIVE－CLiQ的通訊連接實(shí)現(xiàn)組件間的快速數(shù)據(jù)交換，方便獲取其它組件的數(shù)據(jù)。

通訊系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)電流電壓、水泥料位、跑偏、拉繩急停、速度、堆料等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)各種傳感器進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行和故障狀態(tài)。同時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)DP總線方式輸送至中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能并且設(shè)置了硬聯(lián)鎖保護(hù)。

2 系統(tǒng)概況

蘭州紅獅水泥廠前三級(jí)下運(yùn)傾斜送料系統(tǒng)中電機(jī)長(zhǎng)期處于發(fā)電狀態(tài)，變頻器的直流母線電壓升高，若采用普通變頻器，控制模塊檢測(cè)到母線電壓升高時(shí)會(huì)自動(dòng)停止變頻器的運(yùn)行，影響正常生產(chǎn)。因此，選用四象限再生制動(dòng)變頻器。3條下運(yùn)輸送機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，3條輸送機(jī)逐級(jí)送料，下運(yùn)距離都在18 m以上，電機(jī)功率110 kW/380 V，尾部驅(qū)動(dòng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

下運(yùn)傾斜送料機(jī)系統(tǒng)由于帶載運(yùn)行時(shí)做負(fù)功，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，反饋制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)從軸上吸收的功率，一部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，大部分則通過(guò)空氣氣隙進(jìn)入定子，并在供給定子銅耗和鐵耗后反饋給電網(wǎng)，這時(shí)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)，采用四象限運(yùn)行變頻器是理想選擇。

系統(tǒng)同時(shí)具有完善的保護(hù)功能，完成欠電壓、短路、溜槽堵料、打滑、跑偏等監(jiān)控與保護(hù)，并與一次開(kāi)車(chē)回路聯(lián)鎖，報(bào)警和自動(dòng)保護(hù);與皮帶機(jī)綜合保護(hù)裝置如煙霧、縱向撕裂、急停等對(duì)接，并完成各項(xiàng)安全保護(hù)，形成完整網(wǎng)絡(luò)控制體系。系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)

3 系統(tǒng)設(shè)置

啟動(dòng)“S”型給定曲線防沖擊控制，在啟動(dòng)制動(dòng)的過(guò)程中使皮帶抖動(dòng)最小，加、減速度變化率≤0.4 m/s。

采用磁場(chǎng)定向矢量控制方式，可準(zhǔn)確地維持和限定預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩。

啟動(dòng)故障自診斷功能，頻率指令由模擬信號(hào)(4－20 mA信號(hào))給定。

根據(jù)電壓反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的影響，保護(hù)電機(jī)免受因長(zhǎng)期電壓過(guò)高而導(dǎo)致的絕緣損傷或磁密過(guò)高而引起的鐵芯過(guò)度發(fā)熱。

內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流運(yùn)行限流功能。

4 實(shí)現(xiàn)功能

(1)低速驗(yàn)帶功能。本控制系統(tǒng)設(shè)有檢修模式，方便皮帶檢修，通過(guò)變頻調(diào)速將輸送機(jī)運(yùn)行速度降到適當(dāng)速度，在不停機(jī)的情況下只有拉繩和停機(jī)起作用，作為臨時(shí)性生產(chǎn)要求。

(2)重載啟動(dòng)功能。系統(tǒng)采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)最大可輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)矩，變頻器加變頻電機(jī)組成的速度閉環(huán)方式可以滿足輸送機(jī)的滿載啟動(dòng)。系統(tǒng)的啟動(dòng)和停車(chē)都能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停車(chē)，其加減加速度不超過(guò)0.05 m/s2，確保輸送機(jī)在正常停車(chē)和突然斷電等緊急停車(chē)狀況下的平穩(wěn)性，不致產(chǎn)生撒料和飛車(chē)。

(3)無(wú)極調(diào)速控制功能。當(dāng)送料機(jī)裝載運(yùn)量發(fā)生變化，膠帶槽的填充率相應(yīng)發(fā)生變化時(shí)，利用帶速與運(yùn)量合理相關(guān)理論技術(shù)使輸送機(jī)達(dá)到最佳裝載效率。系統(tǒng)采用運(yùn)行過(guò)程中無(wú)極調(diào)速矢量控制技術(shù)，根據(jù)運(yùn)量大小調(diào)整帶速。

5 結(jié)論

通過(guò)多次試驗(yàn)表明，此方案用于蘭州紅獅水泥廠電機(jī)，該電機(jī)通過(guò)連于公共直流母線的逆變器來(lái)拖動(dòng)并對(duì)多個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高效而又復(fù)雜的輸送機(jī)控制，其優(yōu)越性超過(guò)同類系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)高精度的速度控制，又可以簡(jiǎn)單定位、低速驗(yàn)帶。同時(shí)開(kāi)發(fā)的基本電氣控制系統(tǒng)同PLC可編程控制系統(tǒng)相輔相成，將各個(gè)獨(dú)立的功能模塊完美結(jié)合在一起，配合變頻器的矢量控制技術(shù)不僅可以防止皮帶機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)飛車(chē)，提高皮帶的檢修和工作效率，而且降低了能耗，減少了操作人員工作強(qiáng)度。

［1］陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］宋銀賓.電力拖動(dòng)基礎(chǔ)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1984.

［3］高學(xué)禮，盧卓權(quán).步進(jìn)電機(jī)一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1984.

［4］祝戰(zhàn)科，梁盈富.大型超細(xì)粉磨機(jī)進(jìn)料自動(dòng)控制技術(shù)的研究［J］.采礦技術(shù)，2013(7):107 －111.

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