SINAMICS S120在大型下運(yùn)皮帶機(jī)項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110141）

SINAMICS S120在大型下運(yùn)皮帶機(jī)項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

劉海洋 劉小珩 馬洪才

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本研究針對(duì)太鋼嵐縣鐵礦項(xiàng)目下運(yùn)1號(hào)主皮帶設(shè)計(jì)要求，經(jīng)計(jì)算、比較、論證，從經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性角度分析，最終選用了西門子S120系列四象限變頻驅(qū)動(dòng)方案?；诖?，本文分析了SINAMICS S120在大型下運(yùn)皮帶機(jī)項(xiàng)目的應(yīng)用。

下運(yùn)皮帶機(jī)；S120；功率平衡

1 配置方案

1.1 智能型電源模塊SLM

由于皮帶在下運(yùn)工作方式下，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于發(fā)電狀態(tài)，采用12脈整流回饋單元可將電機(jī)產(chǎn)生的電能全部回饋到電網(wǎng)，過載能力強(qiáng)（圖1），而且不會(huì)污染電網(wǎng)，有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 單軸電機(jī)模塊

選用絕對(duì)值編碼器、通過DRIVECLIQ接口與電機(jī)模塊和主控單元之間進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶啟停的精確矢量控制，同時(shí)出色的過載能力（圖2）縮短了制動(dòng)時(shí)間，有效的降低了事故停車所帶來的危害程度。

圖1 智能型電源模塊過載能力圖

圖2 單軸電機(jī)模塊過載能力圖

圖3 網(wǎng)絡(luò)配置圖

1.3 控制單元CU320

CU320，它是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的所有模塊，完成各軸的電流環(huán)、速度環(huán)的控制，并且同一塊CU320控制的各軸之間能相互交換數(shù)據(jù)，即任意一根軸能夠讀取控制單元上其它軸的數(shù)據(jù)，皮帶機(jī)上主要用到多軸之間的矢量控制。根據(jù)連接外圍I/O模塊的數(shù)量、軸控制模式、所需的功能以及CF卡的不同，1塊CU320通?？刂?個(gè)矢量軸。

1.4 S120 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)

采用西門子S7300系列PLC，使用PROFIBUS DP進(jìn)行通訊，以下是三臺(tái)變頻器和一個(gè)IO從站的組態(tài)（圖3）。通過主站S7300的網(wǎng)絡(luò)接口可與DCS進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)本站點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.5 主站與S120各從站的通訊

為了提高系統(tǒng)高效性、穩(wěn)定性，主站與S120各DP從站數(shù)據(jù)傳輸采用通訊方式，同時(shí)各電機(jī)模塊可通過內(nèi)部DRIVE-CLIQ電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)一步提高了通訊效率。

2 先進(jìn)性分析

2.1 軟啟動(dòng)

下運(yùn)皮帶機(jī)的啟動(dòng)需要求電機(jī)輸出足夠低的轉(zhuǎn)速，以及一定的過載能力。整流環(huán)節(jié)先啟動(dòng)后，啟動(dòng)逆變，并給低速，檢測(cè)到所有電機(jī)電流均上升到一定值后（變頻器空載穩(wěn)定電流值加上額定電流值的五分之一），緩慢打開制動(dòng)器，皮帶可緩慢提速。

2.2 軟制動(dòng)

S120變頻器可實(shí)現(xiàn)1.5倍過載持續(xù)60s，主控發(fā)出事故停車信號(hào)后，控制逆變快速停車，并檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，如檢測(cè)到電機(jī)轉(zhuǎn)速降到額定轉(zhuǎn)速的3～5%，此時(shí)控制制動(dòng)器上閘，S120變頻器和盤式制動(dòng)器的配合使用實(shí)現(xiàn)了軟停車，有效的減小了對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

2.3 功率平衡

經(jīng)過PLC和變頻器的高效通訊，實(shí)現(xiàn)了多驅(qū)動(dòng)之間的功率平衡，如皮帶中部的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，做轉(zhuǎn)速同步，主電機(jī)電流值、轉(zhuǎn)矩值發(fā)給其它從屬電機(jī)；對(duì)于尾部、中部驅(qū)動(dòng)，所有電機(jī)需要做轉(zhuǎn)速同步，中部位置的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中主電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩值要發(fā)給中部其他從屬電機(jī)。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

S120系列變頻可將全部電能回饋到電網(wǎng)，諧波少，無污染。以選用3*800kW變頻器為例，實(shí)際滿負(fù)荷工作每小時(shí)反饋1600kW電能計(jì)算（1600kW*每天工作18小時(shí)*每年工作360天），每年可向電網(wǎng)提供無污染電能10368000度。

3 推廣應(yīng)用

隨著帶式輸送機(jī)理論研究的發(fā)展及其在散狀物料輸送領(lǐng)域的應(yīng)用推廣和大力發(fā)展，在長(zhǎng)距離、大運(yùn)量運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常常難以回避下運(yùn)輸送方式，特別是長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、較大傾角的下運(yùn)帶式輸送機(jī)，可較大幅度地減少開采區(qū)的巷道工程量，降低基建費(fèi)用和縮短施工周期，發(fā)電運(yùn)行時(shí)還可向電網(wǎng)輸電，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，是一種極具發(fā)展前途的節(jié)能設(shè)備心。因此迫切需要對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入研究。選配S120四象限變頻器的設(shè)計(jì)應(yīng)用，為復(fù)雜工況下的大運(yùn)量下運(yùn)皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)奠定了一定基礎(chǔ)。

[1]安文東.采區(qū)下運(yùn)皮帶機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2002:59-60.

[2]四象限變頻器技術(shù)介紹[J].變頻器世界，2006，10:78-79.

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