搗固焦?fàn)t車輛的多驅(qū)動電機(jī)同步控制

張崢嶸 沈豪

摘要：文章針對焦?fàn)t車輛多電機(jī)驅(qū)動同步的問題，提出一種全新的變頻調(diào)速同步控制方案，并將這個(gè)變頻調(diào)速同步控制方案應(yīng)用于6米搗固焦?fàn)t車輛的走行系統(tǒng)，最后通過實(shí)際使用證明該控制方案的有效性和可靠性。

關(guān)鍵詞：同步控制；變頻器；多電機(jī)驅(qū)動同步；閉環(huán)控制；搗固焦?fàn)t車輛 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2016）05-0067-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.034

1 概述

近年來，隨著國家對環(huán)保、職業(yè)健康的關(guān)注并嚴(yán)格執(zhí)法，煤焦化行業(yè)的爐型不斷向大型化、智能化發(fā)展；同時(shí)受煉焦煤儲量的影響，搗固型焦?fàn)t可以減少煤焦化過程中對煉焦煤的需求，搗固型焦?fàn)t逐漸成為新的煤焦化趨勢。煤焦化爐型的發(fā)展對配套的焦?fàn)t車輛全機(jī)械化、自動化程度要求不斷提高。

新型的搗固焦?fàn)t車輛不僅要求完成煤焦化的基本操作，還要求搗固焦?fàn)t車輛定位準(zhǔn)確、提高搗固煤餅的穩(wěn)定性和降低煤餅的塌餅率。交流變頻調(diào)速以其調(diào)速范圍廣、動態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行可靠性強(qiáng)、可四象限運(yùn)行、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)在搗固焦?fàn)t車輛的走行控制中得到廣泛

應(yīng)用。

隨著爐型的大型化，搗固焦?fàn)t車輛向大型化發(fā)展，交流變頻器應(yīng)用的增多也出現(xiàn)了一些現(xiàn)場問題。采用一臺交流變頻器驅(qū)動多臺并聯(lián)的交流異步電動機(jī)，這種驅(qū)動方式被廣泛應(yīng)用于搗固焦?fàn)t車輛的走行系統(tǒng)，但這種驅(qū)動控制方式為開環(huán)控制，電機(jī)的同步主要靠焦?fàn)t車輛的剛性和盡量減小幾臺電動機(jī)本身的誤差來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)電機(jī)功率再次增大后，就采用多臺變頻器控制信號并聯(lián)，每臺變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)的驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式只存在驅(qū)動的能力，根本談不上同步控制，同步只靠焦?fàn)t車輛車架的剛性同步。隨著車輛的增重，這種驅(qū)動方式長期運(yùn)行后造成焦?fàn)t車輛車架變形，將矩形車架扭曲變形，車架中心線偏移，最終引起裝煤困難。

為此，我們在設(shè)計(jì)時(shí)提出每臺交流電機(jī)由獨(dú)立的變頻器驅(qū)動，并就這種驅(qū)動形式提出一種全新的同步控制方案，再將這個(gè)同步控制方案應(yīng)用于搗固焦?fàn)t車輛，最后通過現(xiàn)場調(diào)試使用證明該控制方案有效、可靠。

2 VVVF變頻器的調(diào)速原理

VVVF變頻器的調(diào)速原理見圖1和圖2：

3 多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步控制方案設(shè)計(jì)

3.1 主回路方案

主回路方案見圖3：

該多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步控制方案可以有多臺交流異步電機(jī)，每臺交流異步電機(jī)由丹佛斯FC301系列變頻調(diào)速裝置驅(qū)動，采用MA305同步卡、增量型編碼器反饋速度來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC作為控制處理器，西門子精智面板HMI為操作信號源，PLC對HMI上發(fā)出的操作信號、FC301變頻器上反饋的信號以及編碼器反饋的速度信號進(jìn)行處理，通過PROFINET現(xiàn)場總線發(fā)出控制指令，控制交流異步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和速度實(shí)現(xiàn)交流異步電機(jī)的啟動、加速、減速、停車等功能，同時(shí)通過PROFINET采集變頻器的運(yùn)行信號，如速度、轉(zhuǎn)矩、電流、故障、編碼器反饋等信號。HMI將實(shí)時(shí)、獨(dú)立顯示每臺變頻器的所有采集信息和操作信號，讓操作員直觀地看到自己的操作和變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以便操作員做出準(zhǔn)確的選擇和找到正確的處理方式。

這種變頻調(diào)速系統(tǒng)的接線簡單，只需要完成電源、電機(jī)及編碼器反饋線的連接，每臺驅(qū)動變頻器有獨(dú)立的塑殼斷路器，在變頻器出現(xiàn)故障的時(shí)候可以切斷塑殼斷路器，在不影響同步系統(tǒng)運(yùn)行的情況下維護(hù)故障變頻器。HMI、PLC、變頻器通過現(xiàn)場總線PROFINET進(jìn)行通訊，大大減少了接線、布線的工作量，同時(shí)也減少了因接線而產(chǎn)生的故障點(diǎn)。PROFINET現(xiàn)場總線不需要連接通訊線，減少了強(qiáng)電電纜對通訊線的影響，同時(shí)也降低了現(xiàn)場布線、信號隔離的難度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和施工的便利性。PROFINET現(xiàn)場總線采用星形結(jié)構(gòu)通訊，在任何一個(gè)接入點(diǎn)出現(xiàn)故障、報(bào)警信號時(shí)，可以直接將故障變頻器切除，而不會影響其余的無故障變頻器。

為實(shí)現(xiàn)搗固焦?fàn)t車輛的精準(zhǔn)對位和準(zhǔn)確停車的要求，每臺變頻器配備獨(dú)立的制動單元和制動電阻，采用直流注入制動+能耗制動的方式，同步控制系統(tǒng)將所有的變頻器通過預(yù)減速同步調(diào)整到直流注入頻率，快速反應(yīng)的直流注入制動將增加搗固焦?fàn)t車輛停車的平穩(wěn)性，為裝煤的穩(wěn)定性提供了保證。

3.2 多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步控制方案

在如圖4的多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步控制方案中，采用模糊和優(yōu)選控制的方式，從搗固焦?fàn)t車輛的同步性能要求來看，最終需要多組驅(qū)動輪的線速度一致，就可以保證搗固焦?fàn)t車輛走行的穩(wěn)定性，從而保證搗固完成的煤餅在車輛走行的過程中不會出現(xiàn)掉角、裂開的現(xiàn)象，因此主從變頻器均采用速度閉環(huán)控制。在PLC控制系統(tǒng)啟動時(shí)，PLC控制系統(tǒng)會采集FC301變頻器的反饋信號，判定系統(tǒng)中配備的變頻器是否有故障，發(fā)現(xiàn)故障變頻器，控制系統(tǒng)將有故障的變頻器從驅(qū)動系統(tǒng)切除，并通過HMI提示操作維修人員安排檢修，主控系統(tǒng)指定任意一臺無故障的驅(qū)動變頻器為主變頻器，主變頻器采用速度閉環(huán)控制，同時(shí)將速度反饋信號反饋給PLC主控系統(tǒng)，PLC主控系統(tǒng)處理反饋的速度信號，并根據(jù)反饋的速度信號給從變頻器給出給定，從變頻器將反饋回來的速度信號與主變頻器的速度反饋信號對比檢測，實(shí)時(shí)調(diào)整從變頻器的給定值，跟隨主變頻器以達(dá)到所有變頻器驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)矩平衡和轉(zhuǎn)速同步。通過該實(shí)時(shí)同步控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速誤差小于0.5Hz，從而實(shí)現(xiàn)搗固焦?fàn)t車輛的平穩(wěn)運(yùn)行。

當(dāng)PLC主控系統(tǒng)選定的主變頻器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，PLC主控系統(tǒng)自動切除故障變頻器（同時(shí)給出報(bào)警信號、在HMI上提示操作維修人員安排檢修），選定任意一臺無故障的驅(qū)動變頻器重新定義為主變頻器，重啟同步控制系統(tǒng)，執(zhí)行新的同步控制指令。故障修復(fù)、排除的變頻器可投入同步控制系統(tǒng)為從變頻器運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)搗固焦?fàn)t車輛的24h×7d的不停機(jī)運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)故障變頻器的時(shí)候，HMI將發(fā)出報(bào)警信號，給出故障變頻器的編號，報(bào)出變頻器的故障代碼和處理意見。

4 應(yīng)用過程及分析

將多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步方案應(yīng)用于搗固焦?fàn)t車輛的走行系統(tǒng)。搗固焦?fàn)t車輛的走行系統(tǒng)為四臺變頻器驅(qū)動四臺交流異步電機(jī)驅(qū)動四套獨(dú)立的驅(qū)動輪系統(tǒng)，四套驅(qū)動輪系統(tǒng)安裝在搗固焦?fàn)t車輛車架的下方，搗固焦?fàn)t車輛的裝煤穩(wěn)定性、塌餅率、對位準(zhǔn)確性受四套驅(qū)動輪系統(tǒng)的同步影響，為保證搗固焦?fàn)t車輛的穩(wěn)定性，就要保證搗固焦?fàn)t車輛在走行時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻四套驅(qū)動輪系統(tǒng)要轉(zhuǎn)速一致。主變頻器直接由PLC主控系統(tǒng)選定并給出速度要求，實(shí)際運(yùn)行的速度受搗固焦?fàn)t車輛的重量、軌道的平直度等因素的影響，以主變頻器的反饋速度為基準(zhǔn)，將從變頻器的反饋速度調(diào)整到與主變頻器的反饋速度一致，從而實(shí)現(xiàn)四套驅(qū)動輪的線速度同步。從變頻器之間為等同關(guān)系，互相不反饋信號控制，都受主變頻器的控制。

5 結(jié)語

本多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步控制方案，采用模糊控制的方案，保證在任意一臺變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，PLC主控系統(tǒng)馬上能選定新的變頻器為主變頻器驅(qū)動，重啟多電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動同步方案，并將該同步控制方案應(yīng)用于搗固焦?fàn)t車輛的走行系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)搗固焦?fàn)t車輛走行系統(tǒng)的穩(wěn)定性、長期運(yùn)行性和不停機(jī)檢修的可能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：張崢嶸（1980-），男，湖北秭歸人，張家港長力機(jī)械有限公司工程師，研究方向：自動化與傳動控制

系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）