變頻控制在雙向雙驅(qū)皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

鐘開(kāi)虎

(中信大錳(欽州)新材料有限公司，廣西 欽州 535008)

皮帶輸送機(jī)是散貨碼頭的主要運(yùn)輸工具，通過(guò)與卸船機(jī)的合理布置，才能確保卸船機(jī)效率最大化，同時(shí)，皮帶輸送機(jī)通過(guò)采用變頻控制雙向雙驅(qū)運(yùn)行方式，既實(shí)現(xiàn)貨物堆卸場(chǎng)地靈活調(diào)度，同時(shí)，也使皮帶輸送機(jī)兩端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的可靠同步運(yùn)行，達(dá)到了控制方式成熟可靠、操作靈活及節(jié)能的效果。

1 項(xiàng)目實(shí)施

1.1 實(shí)施背景

廣西欽州港先期建成的天盛第1期7萬(wàn)t散貨碼頭，前沿泊位長(zhǎng)度289 m，配置了1臺(tái)1 250 t/h卸船機(jī)，碼頭前沿BC1皮帶輸送機(jī)為定頻單向單驅(qū)，電機(jī)功率160 kW，額定輸送能力2 500 t/h，帶寬1 600 mm，帶速 3.15 m/s，帶長(zhǎng) 195 m［1］。后期建設(shè)的天盛第2期10萬(wàn)t散貨碼頭，前沿泊位長(zhǎng)度為352 m，東接第1期碼頭，配置1 500 t/h卸船機(jī)3臺(tái)，必要時(shí)4臺(tái)卸船機(jī)能夠同時(shí)作業(yè)，并可根據(jù)貨物種類、品種以及海關(guān)監(jiān)管需要，靈活選擇第1～2期碼頭后方堆場(chǎng)堆存。由于卸船機(jī)作業(yè)時(shí)，必須穿行于皮帶輸送機(jī)上方，為盡可能利用碼頭岸線，第1～2期碼頭前沿BC1皮帶輸送機(jī)將由第1期碼頭向第2期碼頭延伸，把第1～2期碼頭岸線貫穿連成一體?；谶@個(gè)情況，第1～2期碼頭前沿的皮帶輸送機(jī)必須要進(jìn)行方案優(yōu)選，科學(xué)布置［2］，并需充分利用原有第1期皮帶輸送機(jī)，以滿足第1～2期碼頭整合，縮短施工工期。

1.2 實(shí)施方案

第1～2期散貨碼頭4臺(tái)卸船機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)，卸貨量可達(dá)到5 000 t/h，瞬時(shí)可達(dá)到6 000 t/h，皮帶輸送機(jī)輸送量必須要大于卸船機(jī)的卸貨量。同時(shí)，為了利用第1期已建成的皮帶輸送機(jī)土建基礎(chǔ)、衍架、皮帶、支架等設(shè)備，確定第1～2期碼頭前沿采用雙皮帶輸送機(jī)布置。皮帶帶寬仍為1 600 mm，帶速提高為 3.5 m/s，單帶額定輸送能力提高到了3 000 t/h，瞬時(shí)最大輸送能力達(dá)3 600 t/h，BC1皮帶貫通第1～2期碼頭，皮帶輸送機(jī)兩端均可出料，單帶長(zhǎng)度為602 m，卸船機(jī)在600 m的皮帶輸送機(jī)任意點(diǎn)上均可作業(yè)，同時(shí)考慮皮帶輸送機(jī)多點(diǎn)受料，輸送機(jī)受力的均衡性以及在輸送機(jī)皮帶滿料等極端情況下，皮帶輸送機(jī)重新平穩(wěn)起動(dòng)。最終確定BC1皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于輸送機(jī)兩端，并在輸送機(jī)兩端就近安裝變頻器，采用變頻同步控制，實(shí)現(xiàn)了皮帶輸送機(jī)變頻控制雙驅(qū)雙向運(yùn)行。

2 技術(shù)說(shuō)明及同步控制方式

2.1 設(shè)備選型與配置

根據(jù)南方碼頭高粉塵、高鹽霧以及潮濕高溫的作業(yè)環(huán)境，皮帶輸送機(jī)作業(yè)中需經(jīng)常重載運(yùn)行的工況，我們對(duì)皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行了配置優(yōu)選。

采用長(zhǎng)沙電機(jī)廠YSP355M2－4變頻專用電機(jī)，電機(jī)功率250 kW。額定電壓380 V，絕緣等級(jí)為F級(jí)，防護(hù)等級(jí)為IP55，配增量編碼器;采用德國(guó)SEW減速機(jī)，型號(hào)B3SH11;采用ABB的ACS800系列柜體式變頻器，型號(hào) ACS800－07－0400－3，功率250 kW，防護(hù)等級(jí)為IP42，重載，要求變頻器具有短時(shí)1.5倍過(guò)載能力，同時(shí)要求柜體加強(qiáng)防腐處理，所有線路板均要求帶防腐蝕涂層。通訊控制要求：配24 V增量型脈沖編碼器模塊，與AB PLC通訊的總線適配器。

2.2 同步方案確定及實(shí)施情況

要實(shí)現(xiàn)BC1皮帶輸送機(jī)變頻控制雙驅(qū)雙向運(yùn)行，關(guān)鍵要解決好皮帶輸送機(jī)兩端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)可靠同步運(yùn)行問(wèn)題［3］，方案設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 變頻控制雙向雙驅(qū)方案

方案1：根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)出料方向，設(shè)定出料端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為主電機(jī)后，同時(shí)，設(shè)定該端的變頻器為主變頻器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置編碼器反饋信號(hào)給變頻器后，由主頻器根據(jù)轉(zhuǎn)速，通過(guò)光纖通訊，遠(yuǎn)程控制皮帶輸送機(jī)另一端從電機(jī)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)兩端驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步運(yùn)行。

方案2：采用遠(yuǎn)程的AB PLC控制，根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行方向，設(shè)定出料端驅(qū)動(dòng)電機(jī)為主電機(jī)，另一端為從電機(jī)，由上位機(jī)通過(guò)光纖通訊，控制兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，由變頻器通過(guò)通訊模塊把轉(zhuǎn)矩信號(hào)上傳給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)主變頻器轉(zhuǎn)矩變化，通過(guò)對(duì)從電機(jī)的變頻器轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)整從電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)處于皮帶輸送機(jī)兩端驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步運(yùn)行。

在實(shí)施方案1時(shí)，雖然ABB800系列變頻器有先進(jìn)的主從宏控制程序，但由于處于BC1皮帶運(yùn)輸機(jī)兩端的變頻器安裝距離接近700 m，使用光纖通訊仍然無(wú)法使控制信號(hào)可靠傳輸，出現(xiàn)了從電機(jī)轉(zhuǎn)速與主電機(jī)轉(zhuǎn)速末完全一致，皮帶運(yùn)輸機(jī)兩端電機(jī)沒(méi)能實(shí)現(xiàn)可靠同步運(yùn)行，皮帶運(yùn)輸機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行不夠理想。改用第2套方案，使用ABB變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制功能，以實(shí)現(xiàn)BC1皮帶輸送機(jī)兩端驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步運(yùn)行。

根據(jù)ABB ACS800變頻器技術(shù)資料說(shuō)明，ACS807變頻器動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度達(dá)到＜2 ms，在配速度傳感器時(shí)的靜態(tài)速度精度達(dá)±0.01%，在不配速度傳感器的情況下，即使受到輸入電壓的變化或負(fù)載突變的影響，同樣可以達(dá)到±0.1%的速度控制精度?？紤]到散貨碼頭作業(yè)環(huán)境較差，速度傳感器不實(shí)用于潮濕、粉塵等惡劣的環(huán)境，皮帶輸送機(jī)主、從電機(jī)屬于通過(guò)皮帶柔性連接的形式，皮帶的張力可以保證主、從電機(jī)的轉(zhuǎn)矩接近一致，因此，皮帶輸送機(jī)從驅(qū)動(dòng)與主驅(qū)動(dòng)之間可以允許有細(xì)微的速度差。從以上因素出發(fā)，決定不再重新安裝BC1皮帶輸送機(jī)電機(jī)的速度傳感器，直接采用無(wú)傳感器的轉(zhuǎn)矩控制模式。按第2方案實(shí)施后，BC1皮帶輸送機(jī)達(dá)到了主、從電機(jī)精確同步控制。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

BC1皮帶輸送機(jī)改造完成后，經(jīng)進(jìn)行輕載、重載以及皮帶滿料極端情況下起動(dòng)、運(yùn)行測(cè)試，皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，機(jī)械沖擊力小，皮帶運(yùn)行穩(wěn)定，并可根據(jù)皮帶輸送量進(jìn)行帶速調(diào)節(jié)，節(jié)能效果顯著。

3 項(xiàng)目實(shí)施效果

由于實(shí)施利用原第1期碼頭皮帶運(yùn)輸機(jī)，進(jìn)行延長(zhǎng)整合第1～2期碼頭前沿輸料皮帶機(jī)的方案，把影響一期碼頭的作業(yè)時(shí)間降低到最小，為配合擴(kuò)建，第1期碼頭只停止卸貨作業(yè)1個(gè)月。天盛第1期散貨碼頭單臺(tái)卸船機(jī)作業(yè)，日最大卸貨量不到1.6萬(wàn)t，碼頭年卸貨量最高時(shí)只有100萬(wàn) t。通過(guò)第2期碼頭的擴(kuò)建，對(duì)第1～2期碼頭進(jìn)行整合(設(shè)備布置見(jiàn)圖2)，碼頭前沿采用雙驅(qū)雙向皮帶輸送機(jī)，最大限度利用深水岸線，碼頭可同時(shí)靠泊兩艘10萬(wàn)t散貨船，4臺(tái)卸船機(jī)實(shí)現(xiàn)了可同時(shí)多船作業(yè)及單船同時(shí)作業(yè)。碼頭擴(kuò)建完成后，曾創(chuàng)造了單日卸貨量8萬(wàn)t的最高水平，變頻控制雙驅(qū)雙向皮帶同步控制完全達(dá)到設(shè)計(jì)效果。天盛散貨碼頭于2011年擴(kuò)建完成后，隨著欽州港的迅猛發(fā)展，碼頭的卸貨量飛躍式增長(zhǎng)，現(xiàn)年卸貨量增長(zhǎng)到了800萬(wàn)t，對(duì)當(dāng)?shù)氐奈锪鳂I(yè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了較大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

雙向雙驅(qū)皮帶運(yùn)輸機(jī)使用變頻控制，具有高精度及高動(dòng)態(tài)的輸出特性，滿足了皮帶運(yùn)輸機(jī)雙向輸料、重載起動(dòng)、速度同步及功率平衡等工況需要，有效提高傳動(dòng)效率，降低了皮帶的磨損及設(shè)備損壞，同時(shí)，采用了高性能控制系統(tǒng)，使整個(gè)變頻控制系統(tǒng)具有高可靠性和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

圖2 整合后設(shè)備布置

［1］帶式輸送機(jī)GB/T 10595－2009［S］.

［2］紐景付，楊飛，周偉，等.哈兒烏素露天礦內(nèi)排期間下部開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化［J］.金屬礦山，2014(7)：17－21.

［3］韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.