長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)電氣及控制研究

梁振洪，左成兵

（1.江門(mén)市南方輸送機(jī)械工程有限公司，廣東 江門(mén) 529000；2.中紡糧油（日照）有限公司，山東 日照 276800）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷推進(jìn)，我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)方式發(fā)生了很大的變革，各領(lǐng)域與行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。尤其是在經(jīng)濟(jì)全球化與信息快速發(fā)展的時(shí)代背景下，各個(gè)行業(yè)對(duì)輸送機(jī)的要求越來(lái)越高，不再單純依靠傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式。生產(chǎn)中使用大功率機(jī)電設(shè)備和長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，不僅極大地提高了工作效率，而且擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)過(guò)程形成了一定的規(guī)范化與科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化。就長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)電氣以及控制進(jìn)行分析具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)概述與特點(diǎn)分析

隨著經(jīng)濟(jì)與科技技術(shù)的不斷發(fā)展，長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)也在不斷地改進(jìn)與完善，堆料與取料是長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的2項(xiàng)重要工作。長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)一般需要多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)對(duì)于長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要。

但是，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)存在一定的弊端與問(wèn)題，不僅要考慮帶式輸送機(jī)的要求與運(yùn)行狀態(tài)，還要解決各個(gè)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和停止以及后期運(yùn)行過(guò)程中的功率平衡性、速度同步性。現(xiàn)階段，我國(guó)倡導(dǎo)走可持續(xù)發(fā)展的道路，充分利用資源，減少資源的耗費(fèi)，很多資源都是不可再生的，所以要提高燃料的利用率，保護(hù)環(huán)境，減少對(duì)環(huán)境造成的污染。因此，國(guó)家倡導(dǎo)建立大型發(fā)電機(jī)組的電廠。電廠需要的資源消耗量也會(huì)隨之增加，這就對(duì)長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)工作的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。在啟動(dòng)和停止時(shí)要盡量減少輸送帶負(fù)荷變化，避免由于輸送帶張力過(guò)大或者突然變化而導(dǎo)致輸送帶發(fā)生斷裂。還必須平衡電動(dòng)機(jī)啟停和運(yùn)行過(guò)程中的功率大小，否則會(huì)造成電機(jī)的拖動(dòng)電流不平衡，使電機(jī)過(guò)載太大或者導(dǎo)致電氣故障，甚至?xí)?dǎo)致輸送帶崩斷或者滾筒斷軸等故障，不僅影響生產(chǎn)效率，還會(huì)對(duì)人身安全造成一定的影響。

圖1 1500t/h長(zhǎng)距離大產(chǎn)量帶式輸送機(jī)

圖2 長(zhǎng)距離大功率的托輥式皮帶輸送機(jī)（總共長(zhǎng)度為3.5km）

2 長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)電氣以及控制分析

長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)運(yùn)行是依靠多個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，如果電機(jī)的電流還不平衡，不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)各種故障，還會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全，給周?chē)藗兊纳踩拓?cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。所以長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的電氣和控制是當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題，也就是說(shuō)要不斷優(yōu)化長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題，比如適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間或者降低傳輸帶上的張力，加強(qiáng)各個(gè)電機(jī)的拖動(dòng)電流的平衡性。另外可以采取有效措施保證長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)輸出功率的問(wèn)題，保證各個(gè)電動(dòng)機(jī)輸出功率的協(xié)調(diào)一致性。下面從幾個(gè)方面就長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的電氣和控制系統(tǒng)進(jìn)行具體分析。

（1）配電系統(tǒng)。主要包括電力的高壓輸送系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)以及用電設(shè)備，相關(guān)管理人員不僅需要具備多方面的專業(yè)知識(shí)，還需要熟練掌握電氣施工技術(shù)與我國(guó)現(xiàn)行的施工驗(yàn)收規(guī)則。皮帶輸送機(jī)的10kV供電采用機(jī)頭、機(jī)尾配電點(diǎn)，機(jī)頭和機(jī)尾高壓配電系統(tǒng)除了高壓進(jìn)線柜外，還需要配備饋線柜和PT柜、1臺(tái)饋線給變壓器供電，變壓器再與低壓配電裝置銜接，最后由低壓配電裝置配電到所有的用電設(shè)備。

我國(guó)大型建筑或是遠(yuǎn)程電力輸送一般都會(huì)用10kV的電壓進(jìn)行傳輸，即通過(guò)配電系統(tǒng)將電壓轉(zhuǎn)化為10kV，然后再把電力分配到各個(gè)終端設(shè)施中，最后再通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)轉(zhuǎn)換成220V或者380V的常規(guī)電壓，再輸送到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)是配電系統(tǒng)中十分重要的組成部分，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，如果頭尾兩路供電中一路電源出現(xiàn)故障而另一路電源正常，就會(huì)造成機(jī)頭或機(jī)尾電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)，最后引起正在運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻器電流過(guò)大、過(guò)負(fù)荷故障。因此，必須對(duì)配電系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行狀況進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督與控制，做到一路電源和其他路電源互鎖控制，防止出現(xiàn)皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)單臺(tái)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象，從而提高皮帶輸送機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性。

圖3 變頻器控制原理圖

（2）變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與制造水平的不斷提高，長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)也逐漸在完善，如今的長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)使用比較普遍的驅(qū)動(dòng)方式有鼠籠電動(dòng)機(jī)差動(dòng)式輪系統(tǒng)和鼠籠電動(dòng)機(jī)調(diào)速型液力耦合器。在對(duì)長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)配件的選擇上，一般都是選擇最好的配件型號(hào)，比如電機(jī)、減速機(jī)等的配件質(zhì)量與設(shè)備的生產(chǎn)效率有直接的關(guān)系，配件質(zhì)量在一定程度上決定著長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率。一般經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)的客戶會(huì)選擇國(guó)外的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱的客戶會(huì)選擇國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品。在新世紀(jì)的時(shí)代下，我國(guó)研發(fā)與設(shè)計(jì)的配件質(zhì)量取得了較大的進(jìn)步，很多客戶選擇國(guó)內(nèi)研發(fā)的產(chǎn)品。

皮帶輸送機(jī)選用變頻器加變頻電動(dòng)機(jī)的方式，無(wú)論是在輕載還是重載，都可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停車(chē)或者運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間的功率平衡，還可以滿足輸送帶運(yùn)行速度的要求。皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用頭2臺(tái)、尾3臺(tái)的結(jié)構(gòu)方式，在機(jī)頭與機(jī)尾分別布置1臺(tái)變頻器和3臺(tái)變頻器備用。為了更好地實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)頭部和尾部變頻器的調(diào)速和功率的系統(tǒng)性與平衡性，變頻器系統(tǒng)在頭部和尾部分別設(shè)置一臺(tái)控制箱，通過(guò)控制箱監(jiān)測(cè)變頻器運(yùn)行狀態(tài)，包括對(duì)監(jiān)測(cè)運(yùn)行參數(shù)、監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程計(jì)量、供配電系統(tǒng)故障報(bào)警以及監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量等多方面內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)頭部和尾部變頻器控制箱之間的光纜連接，從而使變頻器成為靈活有序的一個(gè)整體。

圖4 PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

（3）控制系統(tǒng)。除了變頻器系統(tǒng)使用PLC以外，皮帶輸送機(jī)的控制系統(tǒng)也應(yīng)用PLC， 控制系統(tǒng)以PLC為核心。在機(jī)頭與機(jī)尾分別設(shè)置PLC控制柜一臺(tái)，還有一臺(tái)控制操作臺(tái)。

控制操作臺(tái)工控機(jī)利用通訊模式采集設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，記錄電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)督。實(shí)時(shí)采集變頻器狀態(tài)信號(hào)，控制變頻器的啟動(dòng)與停止，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行變化識(shí)別變頻器運(yùn)行過(guò)程中以及存在的異?，F(xiàn)象，并且在收到誤差數(shù)據(jù)的同時(shí)采取針對(duì)性措施處理。由于控制系統(tǒng)獨(dú)特的精密性和特殊性，控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性很容易受到外界因素的影響，比如溫度的變化、濕度的跌漲以及氣壓的大小等。通過(guò)遠(yuǎn)程控制站信號(hào)模塊采集機(jī)尾附近的主電機(jī)溫度信號(hào)、滾筒溫度等信息數(shù)據(jù)。每臺(tái)PLC控制柜均設(shè)置一臺(tái)UPS不間斷電源，為PLC控制系統(tǒng)等設(shè)備提供充分的電量，對(duì)皮帶機(jī)輸送線整體運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。

3 長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著我國(guó)的科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國(guó)自主研發(fā)出的減速機(jī)與電機(jī)等產(chǎn)品的配件，在質(zhì)量上有了很大的進(jìn)步，有的可以與國(guó)外的水平相媲美。長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，設(shè)備的運(yùn)行都是依靠傳感器進(jìn)行識(shí)別，依照一定的指令進(jìn)行自動(dòng)的取料與堆料操作，長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了智能化與無(wú)人化的方向發(fā)展，大大提高了作業(yè)的效率。長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)已經(jīng)邁向了先進(jìn)的技術(shù)水平，而且也促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速提高與發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)下不斷發(fā)展的時(shí)代下，長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，電機(jī)廠、碼頭與煤廠等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都離不開(kāi)長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)，隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對(duì)長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的性能與質(zhì)量提出了更高的要求，我國(guó)還需要進(jìn)一步探究與完善長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)。