（浙江雙箭橡膠股份有限公司，浙江 嘉興 314513）

引言

近些年來(lái)隨著人們對(duì)能源需求的不斷提高，電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人類科學(xué)技術(shù)觀念的不斷轉(zhuǎn)變，對(duì)輸送系統(tǒng)運(yùn)量要求也越來(lái)越大，輸送距離也越來(lái)越遠(yuǎn)，因此對(duì)大型帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的控制性能也提出了更高的要求。目前在帶式輸送機(jī)的傳輸速度上，國(guó)內(nèi)和國(guó)際水平還相差甚遠(yuǎn)，為了增加帶式輸送機(jī)的傳輸能力，提高其動(dòng)力，本文主要將多電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為主要分析對(duì)象，確保在科學(xué)合理性、安全性、實(shí)用性的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)一步構(gòu)建和優(yōu)化方案。

一、帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式現(xiàn)狀

目前在帶式輸送機(jī)上廣泛使用的驅(qū)動(dòng)方式總結(jié)有9 種，分別為：電動(dòng)滾筒、Y 型電動(dòng)機(jī)+聯(lián)軸器+減速器、Y 型電動(dòng)機(jī)+限矩型液力耦合器+減速器、Y 型電動(dòng)機(jī)+調(diào)速型液力耦合器+減速器、Y 型電動(dòng)機(jī)+CST 驅(qū)動(dòng)裝置、繞線電動(dòng)機(jī)+減速器、高速直流電動(dòng)機(jī)+減速器、低速直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的驅(qū)動(dòng)滾筒、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)+減速器。

根據(jù)這9 種驅(qū)動(dòng)方式的性能及應(yīng)用場(chǎng)合，我們一般按照帶式輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng)小于1500m，且不需要調(diào)速時(shí)，首選Y 型電機(jī)+限矩型液力耦合器+減速器，其次為繞線式電動(dòng)機(jī)+減速器（控制為繞線式串金屬電阻）；帶式輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng)大于1500m，首選Y 型電機(jī)+CST 驅(qū)動(dòng)裝置，其次為Y 型電機(jī)+調(diào)速型液力耦合器+減速器；在輸送機(jī)運(yùn)量變化大，并且需要調(diào)速時(shí)，首選變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)+減速器，其次為繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速+減速器。

由于電動(dòng)滾筒和Y 型電動(dòng)機(jī)+聯(lián)軸器+減速器、Y 型電動(dòng)機(jī)+限矩型液力耦合器+減速器軟啟動(dòng)性能差，對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，對(duì)輸送帶的沖擊也較大，很難將輸送帶做的更長(zhǎng)，運(yùn)量更大。Y 型電動(dòng)機(jī)+調(diào)速型液力耦合器+減速器速度變化的曲線為非線性關(guān)系，做閉環(huán)的難度較大，控制精度不高。繞線電動(dòng)機(jī)+減速器存在啟動(dòng)和停車的能耗大，控制方式比較復(fù)雜。高速直流電動(dòng)機(jī)+減速器、低速直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)上的驅(qū)動(dòng)滾筒功率因數(shù)低，直流電機(jī)的維護(hù)工作量大。所以目前在大型帶式輸送機(jī)上Y 型電機(jī)+CST 驅(qū)動(dòng)裝置、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)+減速器使用最為廣泛，但是Y 型電機(jī)+CST 驅(qū)動(dòng)裝置不宜用于要有調(diào)速功能的場(chǎng)合。

二、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的特性

多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)不單單要考慮單電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)時(shí)的情況，還要考慮多電機(jī)啟動(dòng)的同步及功率的分配平衡。大致可以將多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的要求歸納為以下幾點(diǎn)：

（一）啟動(dòng)時(shí)能夠有理想的速度曲線，并且可控。啟動(dòng)時(shí)間在一定范圍內(nèi)可調(diào)，可以滿負(fù)荷啟動(dòng)。

（二）加速曲線在一定范圍內(nèi)可調(diào)，按照預(yù)定的軌跡加速，避免損壞輸送帶。

（三）啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，減小對(duì)輸送帶及各個(gè)部件的沖擊；減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（四）驅(qū)動(dòng)裝置要帶有過(guò)載保護(hù)功能。

（五）多機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可以平衡分配電機(jī)之間的功率，啟動(dòng)時(shí)可以調(diào)節(jié)電機(jī)的同步性。

（六）帶式輸送機(jī)可以在慢速下長(zhǎng)期運(yùn)行。

（七）控制器可以集成在系統(tǒng)中，減少控制設(shè)備的占地面積。

在輸送帶運(yùn)行過(guò)程中為避免輸送帶及其配件設(shè)備的損傷，需要在控制系統(tǒng)中增加保護(hù)裝置，一般的帶式輸送機(jī)需要有跑偏、打滑、物料位置、斷帶、溫度、煙霧及縱向撕裂等保護(hù)，這些保護(hù)傳感器全部接入至可編程控制器（PLC）中，集成控制。

綜上述多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要求及集成控制的方式，PLC+變頻器或固態(tài)軟啟動(dòng)器控制可以滿足上述要求，下面主要針對(duì)這兩種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

三、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)控制方法

近幾年來(lái)，變頻器和固態(tài)軟啟動(dòng)器作為帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，以其性能的優(yōu)越性，被逐漸應(yīng)用到礦井的輸送系統(tǒng)中。變頻器和固態(tài)軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)優(yōu)越性和維護(hù)的方便性已經(jīng)被越來(lái)越多的人認(rèn)可。

（一）PLC 及變頻控制方式的驅(qū)動(dòng)

在一個(gè)大型的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，需要用到大量的開關(guān)量、模擬量、算術(shù)運(yùn)算、記憶控制、邏輯計(jì)算、定時(shí)控制、各類電氣保護(hù)等功能。PLC 作為控制系統(tǒng)的集成模塊，可以對(duì)這些功能進(jìn)行集成、可靠的控制。不僅可以減少外部的接線，還可以將控制程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄跟蹤。所以PLC 在各大企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

PLC 配合變頻器的使用可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的有效控制，將PLC作為主控制系統(tǒng)，通過(guò)與變頻器的通訊，對(duì)各個(gè)變頻器進(jìn)行監(jiān)控和控制來(lái)解決電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)同步和負(fù)載平衡的問(wèn)題。如圖一分析2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)都采用矢量型變頻器來(lái)控制。

圖一中的2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)為了使其速度相同，避免由于速度差異造成打滑，將2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一條皮帶連接在一起。該系統(tǒng)中用電動(dòng)機(jī)M1 的速度作為反饋值，反饋給系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)有速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器給到兩個(gè)變頻器的電流調(diào)節(jié)器，使得兩臺(tái)變頻器的電流輸出值相同，保證兩臺(tái)電機(jī)的負(fù)載平衡。如果我們采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，也可以采用此方法來(lái)平均分配電動(dòng)機(jī)的負(fù)載平衡。

如果說(shuō)我們將該系統(tǒng)中的變頻器更改為四象限的變頻器，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用到傾斜的輸送系統(tǒng)中。由于輸送帶的傾斜，在停車時(shí)由于其重力作用會(huì)有部分能量回饋到變頻器，四象限的變頻器可以將這部分的能量回饋給電網(wǎng)，同時(shí)給還起到制動(dòng)的作用。

（二）PLC 及固態(tài)軟啟動(dòng)器控制方式的驅(qū)動(dòng)

PLC+變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然控制性能優(yōu)良，可靠性高，但是價(jià)格十分昂貴，但是目前沒有6KV 等級(jí)及以上的防爆型變頻器，在大型煤礦下無(wú)法使用?？紤]到這幾點(diǎn)，我們介紹一種帶速度反饋的固態(tài)軟啟動(dòng)器，價(jià)格約為變頻器的40%左右，而且國(guó)內(nèi)已經(jīng)有6KV 等級(jí)的防爆軟啟動(dòng)器。它同樣具有和變頻器一樣良好的啟動(dòng)性能。

下圖是一個(gè)2 臺(tái)中壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)采用固態(tài)軟啟動(dòng)器的控制方案。

該系統(tǒng)中的電機(jī)采用相同的型號(hào)，以保證電機(jī)的電氣和機(jī)械性能相同。系統(tǒng)安裝測(cè)速傳感器經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0—5V 或0—20mA 的信號(hào)反饋給固態(tài)軟啟動(dòng)器，形成閉環(huán)系統(tǒng)，保證兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度跟隨給定速度，提升控制的精度。

啟動(dòng)器的控制方案

在該系統(tǒng)中的兩臺(tái)固態(tài)軟啟動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置是完全相同的，設(shè)置的速度斜坡工作模式，最大和最小的電流值必須相同。這樣在電動(dòng)起啟動(dòng)時(shí)如果其中一臺(tái)承受了較大的負(fù)載，這臺(tái)電機(jī)的電流值會(huì)一直增加直到設(shè)定的最大電流后，由于無(wú)法再增加轉(zhuǎn)矩，其他一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)逐步增加，增大轉(zhuǎn)矩，保持速度在設(shè)定值運(yùn)行。這樣子的系統(tǒng)可在速度被控制的同時(shí)，各電動(dòng)機(jī)在允許的承受范圍內(nèi)運(yùn)行，負(fù)載也被合理的分配。

但該系統(tǒng)存在一個(gè)弊端，需要注意：固態(tài)軟啟動(dòng)器在達(dá)到全速運(yùn)行以后負(fù)載一定要分配平衡，因?yàn)樵谲泦?dòng)器全速后將進(jìn)入旁路狀態(tài)，它不能再調(diào)節(jié)負(fù)載的分配。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述分析，目前存在的控制方式有10 種，在大型的帶式輸送機(jī)上目

變頻器控制和固態(tài)軟啟動(dòng)器控制的應(yīng)用比較廣泛。兩種控制方式各有優(yōu)勢(shì)及弊端，但是考慮到煤礦井下和經(jīng)濟(jì)實(shí)用來(lái)說(shuō)，固態(tài)軟啟動(dòng)器控制的使用更為優(yōu)越。