淺談雙軟啟雙電機拖動上料皮帶的應用

摘 要：皮帶運輸系統在現代工業(yè)生產中的應用越來越廣泛，面對當前高容量的爐體或多座高爐集中輸料等情況，對皮帶的運輸能力和穩(wěn)定性帶來了較大的挑戰(zhàn)。結合某鋼鐵廠的八座1080 m3高爐，講解高爐焦場上料設備及控制系統的配置情況，并介紹了國內料場中使用數量不多的雙軟啟雙電機控制系統的控制功能及參數設置，最后對皮帶控制系統設計及系統運行過程中遇到的相關問題進行了分析討論。

關鍵詞：雙軟啟動器控制；雙電機拖動；參數設置；故障處理第一章 系統配置

1.供料區(qū)域主要設備

機械化焦場負責煉鐵，焦炭儲存和供給，采用集中上料，配套焦場供料系統設備情況為：

焦場皮帶44條，雙電機輸料皮帶7條，而C106-C506皮帶寬1400 mm，平均長度697.6 m的焦炭皮帶，拖動電動機Y2-315M-4，132 kW三相異步電動機2臺，Ie=240 A，ne=1460 rpm，防護等級IP54，F級絕緣等級，S1工作制。

制動器ED121/16，2臺，每臺皮帶上配置DQLZ30型斗輪堆取料機1臺。

2.雙軟啟控制系統

每條皮帶配套軟啟GGD型控制柜2面，出線電流互感400/5器3個，電流變送器將電機電流轉換為4-20 mA送至主控室PLC實時監(jiān)控；

主回路采用分別控制形式，斷路器選用NSD400 M 400 A，Im整定為6；進線接觸器選用LC1-D410 410A，旁路接觸器選用LC1-D300300A，軟啟選用ATS48C25Q，電機電纜選用3×185 m2+1×95 m2電纜。

第二章 軟啟動器簡介

數字軟啟動器由微處理器和大功率晶閘管組成，用微處理器控制晶閘管導通角，以控制其輸出電壓。因此數字軟啟動器實際上是可自動控制的降壓啟動器。由于參數可根據負載自行設定，能夠隨意調節(jié)輸出電壓做電流閉環(huán)控制，并且具有限流啟動、電壓斜坡啟動、軟停止功能和過流、過載、缺相等多種保護功能。

數字軟啟動器串接于電源與電動機之間，電機的轉距與加在定子端的電壓平方成正比，而電機電流與定子端的電壓成正比，因此通過控制電壓對加速轉距和啟動電流進行限制，電壓的控制是通過控制晶閘管的相位角實現的。軟啟動器采用三對反并聯晶閘管，利用無速度全數字矢量控制技術，通過速度與電流的閉環(huán)調節(jié)來完成對電機端電壓、電流的控制，從而實現電機的軟啟動等。工作時，軟啟動器接收控制信號后，由微處理器根據面板設定的參數或通過PC口輸入數據，控制三相晶閘管的導通角，使得電機按設定的曲線平滑啟動。啟動結束后，由控制器發(fā)出信號，使旁路接觸器進入正常工作，晶閘管暫停工作。

第三章 控制系統設計

皮帶上料系統具有上位機自動、手動和機旁手動三種操作方式。上位機自動操作方式主要通過焦場主控室西門子PLC300與堆取料機PLC發(fā)出的連鎖信號共同自動控制上料。機旁手動操作方式主要用于設備調試、自動系統故障，以及檢修時使用。

主回路斷路器安裝有分勵線圈，作為緊急故障停機保護。進線接觸器的使用則作為失壓保護，旁路接觸器的選用則大大提升了軟啟動器的使用壽命。

兩臺軟啟同時接受運行、停止命令，分別旁路控制，任何一臺出現故障則會導致系統停機。

因輸料皮帶長均長為697米，所以啟動時必須進行預警，因此在控制回路中專門做了一個預警單元并在現場分段安裝聲光報警器，只有發(fā)出預警一段時間后才能啟動皮帶，充分增大了皮帶運行的安全性。

啟車后，通過現場安裝的速度檢測裝置來判斷皮帶是否正常啟動，如果未順利啟動則通過延時輸出故障報警并停車。

皮帶安裝的常規(guī)保護裝置有跑偏開關、拉繩開關、打滑開關等。

反饋信號方面有運行反饋、各類故障反饋、電流反饋等，充分保證了自動化方面的信息采集。

皮帶與斗輪堆取料機之間設有連鎖信號。

第四章 設計、運行過程中相關問題探討

1.軟啟動器選型

皮帶供料系統的特點是工作頻繁，負荷重，啟動轉矩要求高，要求有足夠的提升、運載能力，上料量要滿足生產的要求，所以軟啟動器選型時首先要注重可靠性。軟啟動器設計轉矩計算比較復雜，實際選用時多以經驗選型，以軟啟動容量應比電機容量大1～2擋選型。

2.雙軟啟參數的設置

參數設置是整個控制系統的關鍵，正確的參數時設備平穩(wěn)啟動的基礎，以下為部分軟啟參數設置：

名稱 軟啟1軟啟2

額定電流 240240

限制電流 300% 300%

初始力矩 20% 20%

加速時間 15 s15 s

停止方式 F自由停車F自由停車

熱保護10級 10級

電流過載激活 DEFDEF

電流過載時間 10 s10 s

R1故障 故障

R2旁路 旁路

R3 電機通電 電機通電

AO OCr電機電流OCr電機電流

模擬輸出4-20 mA4-20 mA

顯示方式LCR電機電流LCR電機電流

3.進線接觸器選型

以下兩種情況下進線接觸器是必須的：

①皮帶屬于有潛在危險的機械設備，當出現故障時可能發(fā)生危險，所以將進線接觸器線圈接入控制回路中，當發(fā)生故障時切斷接觸器使軟啟動器徹底斷電，保證安全。

②皮帶機日常檢修和連鎖停機，當軟啟動器要頻繁通電斷電時，如果不使用進線接觸器而用斷路器通電斷電，斷路器由于壽命較短容易出現線路故障，且不能實現自動分合閘，這時應使用進線接觸器操作。

由于軟啟動器的功能很強，在實際運行時軟啟動器故障率較低，但是晶閘管的壽命跟運行電流、時間有著密切的關系，所以使用旁路接觸器后，晶閘管只在啟動時工作，大大延長了晶閘管的使用壽命，保證了生產的連續(xù)性。在選型方面因為旁路接觸器動作前上下口壓降很小，所以不用考慮沖擊電流的因素，故選型時小于進線接觸器容量，減少成本。

第五章 運行中改進與故障處理

1.感應電的問題

因皮帶較長，存在較高的感應電壓，在設備投用初期，經常會有保護裝置誤動作的現象。針對此現象采取的方法是：

①將備用電纜接地

②加裝分段隔離繼電器

③加裝信號延時

通過上述幾點方法有效地克服了感應電問題的發(fā)生。

2.旁路控制問題

初期設計為兩臺軟啟旁路控制點并聯，既有一臺軟啟啟動結束就都進行旁路，因兩臺電機的安裝位置不同，啟動時所帶負載不一樣大，經常出現軟啟報故障的發(fā)生。后經分析改為分別控制，各自根據自身軟啟檢測進行旁路，改造后未出現類似故障。

3.過載保護問題

皮帶電氣設計中電機的過載保護為電流互感器和熱繼電器進行保護，但是由于熱繼電器調節(jié)存在精度上的不足，不能精確調節(jié)，而且普通熱繼電器內部發(fā)熱元件的動作時間曲線為特定值，不能改變，而對于該皮帶系統則需要更靈活的參數調節(jié)。根據上述問題，后期充分利用軟啟動器自身電流檢測功能，調節(jié)熱保護電流和過流動作時間準確地對電機進行量化管理。同時利用軟啟動器的繼電器輸出功能輸出過載信號控制其他連鎖元件。

4.故障停機問題

原皮帶電氣設計其中一臺電機出現故障后軟啟自身停止輸出，而對于另一臺電機仍會運行，這就造成單個電機設備單獨出力，造成機械過載。根據此現象將兩臺電機的故障進行串聯，可靠地保護了設備。

5.啟動和急停問題

原皮帶電氣設計控制回路取自第一臺電機斷路器下口，如果第二臺電機主回路斷路器脫扣，如果有運行命令另一臺電機仍會啟動運行，這就也會造成單個電機設備單獨出力，造成機械過載。根據此現象將進線接觸器的控制電源改自第二電機斷路器下口并經過現場操作箱的急停按鈕形成回路。既能起到急停作用又能避免單電機啟動的誤操作。

第六章 結束語

上述供料系統均采用施耐德電氣元件進行控制，已分別于2006年至2007年投入運行，在系統調試運行過程中，通過不斷改進，目前設備運行平穩(wěn)，該系統的成功應用也為其他料場設計和選型時起到較好的借鑒，2009年該廠在雙電機的基礎上成功上線一套三電機三軟啟的皮帶上料設備，運行穩(wěn)定，為生產打下了穩(wěn)定的基礎。

作者簡介：梁文強，男（漢族），山東省臨沂市人，日照鋼鐵有限公司，主要從事煉鐵電氣、自動化設備維護工作。

（作者單位 日照鋼鐵有限公司）

?誗編輯 段麗君