紅獅水泥廠三級傾斜帶式送料系統的控制方案

張明明，廖高亮

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南長沙 410012;2.浙江旭業工程設備有限公司， 浙江杭州 311300)

0 引言

2014年初長沙礦山研究院有限責任公司承接了蘭州紅獅水泥廠傾斜送料系統項目的電氣控制部分研制項目。經過多次調研和現場分析，從提高系統的可靠性能、降低能量消耗和便于皮帶機檢測維修等角度考慮，確定采用矢量控制系統于三條下運皮帶機上，使之與通訊技術、自動化控制技術及檢測技術緊密結合，從而提高皮帶機的安全性、穩定性。

1 系統組成

采用性能穩定的具有現場可編程功能的西門子PLC、I/O模塊，西門子SMART觸摸屏，研華交換機及相應配件，保證了系統通訊的安全可靠性。PLC輸入輸出口留10%的余量，保證系統進行修改或者升級時具有足夠的I/O點可用。

多電機傳動系統初步設計采用集中進線共直流母線方式實現電能交換，其整流的總功率可以低于逆變的總功率，即可通過降低整流功率或者減少整流模塊來節省成本。

但是蘭州紅獅傾斜送料系統距離比較遠，集中進線會造成降壓比較嚴重，所以在系統選型時，3臺下運輸送機電機同時配備了3臺整流單元和3臺逆變單元，共直流母線實現電能交換時分別進線。控制單元CU320能自動識別通過高速通訊接口DRIVE－CLiQ連接的變頻器各驅動組件，各組件亦可借助DRIVE－CLiQ的通訊連接實現組件間的快速數據交換，方便獲取其它組件的數據。

通訊系統對現場的電機電流電壓、水泥料位、跑偏、拉繩急停、速度、堆料等實時數據通過各種傳感器進行采集，實現對輸送機運行狀態的監控，在觸摸屏上實時顯示設備運行和故障狀態。同時數據信號通過DP總線方式輸送至中控室計算機系統，具有遠程監控功能并且設置了硬聯鎖保護。

2 系統概況

蘭州紅獅水泥廠前三級下運傾斜送料系統中電機長期處于發電狀態，變頻器的直流母線電壓升高，若采用普通變頻器，控制模塊檢測到母線電壓升高時會自動停止變頻器的運行，影響正常生產。因此，選用四象限再生制動變頻器。3條下運輸送機的系統結構如圖1所示，3條輸送機逐級送料，下運距離都在18 m以上，電機功率110 kW/380 V，尾部驅動。

圖1 系統結構

下運傾斜送料機系統由于帶載運行時做負功，異步電動機進入發電狀態，反饋制動時，電動機從軸上吸收的功率，一部分轉換為轉子銅耗，大部分則通過空氣氣隙進入定子，并在供給定子銅耗和鐵耗后反饋給電網，這時異步電動機實際上是一臺與電網并聯運行的異步發電機，采用四象限運行變頻器是理想選擇。

系統同時具有完善的保護功能，完成欠電壓、短路、溜槽堵料、打滑、跑偏等監控與保護，并與一次開車回路聯鎖，報警和自動保護;與皮帶機綜合保護裝置如煙霧、縱向撕裂、急停等對接，并完成各項安全保護，形成完整網絡控制體系。系統控制網絡如圖2所示。

圖2 系統控制網絡

3 系統設置

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

采用磁場定向矢量控制方式，可準確地維持和限定預先給定的轉矩。

啟動故障自診斷功能，頻率指令由模擬信號(4－20 mA信號)給定。

根據電壓反饋，自動調節輸出電壓，使其不受電網電壓和負載變化的影響，保護電機免受因長期電壓過高而導致的絕緣損傷或磁密過高而引起的鐵芯過度發熱。

內置全數字PID，可根據用戶要求進行閉環控制，實現恒壓、恒流運行限流功能。

4 實現功能

(1)低速驗帶功能。本控制系統設有檢修模式，方便皮帶檢修，通過變頻調速將輸送機運行速度降到適當速度，在不停機的情況下只有拉繩和停機起作用，作為臨時性生產要求。

(2)重載啟動功能。系統采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉最大可輸出1.5倍額定轉矩，變頻器加變頻電機組成的速度閉環方式可以滿足輸送機的滿載啟動。系統的啟動和停車都能實現軟啟動和軟停車，其加減加速度不超過0.05 m/s2，確保輸送機在正常停車和突然斷電等緊急停車狀況下的平穩性，不致產生撒料和飛車。

(3)無極調速控制功能。當送料機裝載運量發生變化，膠帶槽的填充率相應發生變化時，利用帶速與運量合理相關理論技術使輸送機達到最佳裝載效率。系統采用運行過程中無極調速矢量控制技術，根據運量大小調整帶速。

5 結論

通過多次試驗表明，此方案用于蘭州紅獅水泥廠電機，該電機通過連于公共直流母線的逆變器來拖動并對多個電機協調控制。系統通過模塊化的設計實現了高效而又復雜的輸送機控制，其優越性超過同類系統，既可以實現高精度的速度控制，又可以簡單定位、低速驗帶。同時開發的基本電氣控制系統同PLC可編程控制系統相輔相成，將各個獨立的功能模塊完美結合在一起，配合變頻器的矢量控制技術不僅可以防止皮帶機啟動和停止時飛車，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度。

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