紅獅水泥廠三級傾斜帶式送料系統(tǒng)的控制方案

張明明，廖高亮

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012;2.浙江旭業(yè)工程設(shè)備有限公司， 浙江杭州 311300)

0 引言

2014年初長沙礦山研究院有限責(zé)任公司承接了蘭州紅獅水泥廠傾斜送料系統(tǒng)項目的電氣控制部分研制項目。經(jīng)過多次調(diào)研和現(xiàn)場分析，從提高系統(tǒng)的可靠性能、降低能量消耗和便于皮帶機檢測維修等角度考慮，確定采用矢量控制系統(tǒng)于三條下運皮帶機上，使之與通訊技術(shù)、自動化控制技術(shù)及檢測技術(shù)緊密結(jié)合，從而提高皮帶機的安全性、穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)組成

采用性能穩(wěn)定的具有現(xiàn)場可編程功能的西門子PLC、I/O模塊，西門子SMART觸摸屏，研華交換機及相應(yīng)配件，保證了系統(tǒng)通訊的安全可靠性。PLC輸入輸出口留10%的余量，保證系統(tǒng)進行修改或者升級時具有足夠的I/O點可用。

多電機傳動系統(tǒng)初步設(shè)計采用集中進線共直流母線方式實現(xiàn)電能交換，其整流的總功率可以低于逆變的總功率，即可通過降低整流功率或者減少整流模塊來節(jié)省成本。

但是蘭州紅獅傾斜送料系統(tǒng)距離比較遠(yuǎn)，集中進線會造成降壓比較嚴(yán)重，所以在系統(tǒng)選型時，3臺下運輸送機電機同時配備了3臺整流單元和3臺逆變單元，共直流母線實現(xiàn)電能交換時分別進線?？刂茊卧狢U320能自動識別通過高速通訊接口DRIVE－CLiQ連接的變頻器各驅(qū)動組件，各組件亦可借助DRIVE－CLiQ的通訊連接實現(xiàn)組件間的快速數(shù)據(jù)交換，方便獲取其它組件的數(shù)據(jù)。

通訊系統(tǒng)對現(xiàn)場的電機電流電壓、水泥料位、跑偏、拉繩急停、速度、堆料等實時數(shù)據(jù)通過各種傳感器進行采集，實現(xiàn)對輸送機運行狀態(tài)的監(jiān)控，在觸摸屏上實時顯示設(shè)備運行和故障狀態(tài)。同時數(shù)據(jù)信號通過DP總線方式輸送至中控室計算機系統(tǒng)，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能并且設(shè)置了硬聯(lián)鎖保護。

2 系統(tǒng)概況

蘭州紅獅水泥廠前三級下運傾斜送料系統(tǒng)中電機長期處于發(fā)電狀態(tài)，變頻器的直流母線電壓升高，若采用普通變頻器，控制模塊檢測到母線電壓升高時會自動停止變頻器的運行，影響正常生產(chǎn)。因此，選用四象限再生制動變頻器。3條下運輸送機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，3條輸送機逐級送料，下運距離都在18 m以上，電機功率110 kW/380 V，尾部驅(qū)動。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

下運傾斜送料機系統(tǒng)由于帶載運行時做負(fù)功，異步電動機進入發(fā)電狀態(tài)，反饋制動時，電動機從軸上吸收的功率，一部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，大部分則通過空氣氣隙進入定子，并在供給定子銅耗和鐵耗后反饋給電網(wǎng)，這時異步電動機實際上是一臺與電網(wǎng)并聯(lián)運行的異步發(fā)電機，采用四象限運行變頻器是理想選擇。

系統(tǒng)同時具有完善的保護功能，完成欠電壓、短路、溜槽堵料、打滑、跑偏等監(jiān)控與保護，并與一次開車回路聯(lián)鎖，報警和自動保護;與皮帶機綜合保護裝置如煙霧、縱向撕裂、急停等對接，并完成各項安全保護，形成完整網(wǎng)絡(luò)控制體系。系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)

3 系統(tǒng)設(shè)置

啟動“S”型給定曲線防沖擊控制，在啟動制動的過程中使皮帶抖動最小，加、減速度變化率≤0.4 m/s。

采用磁場定向矢量控制方式，可準(zhǔn)確地維持和限定預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩。

啟動故障自診斷功能，頻率指令由模擬信號(4－20 mA信號)給定。

根據(jù)電壓反饋，自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的影響，保護電機免受因長期電壓過高而導(dǎo)致的絕緣損傷或磁密過高而引起的鐵芯過度發(fā)熱。

內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)恒壓、恒流運行限流功能。

4 實現(xiàn)功能

(1)低速驗帶功能。本控制系統(tǒng)設(shè)有檢修模式，方便皮帶檢修，通過變頻調(diào)速將輸送機運行速度降到適當(dāng)速度，在不停機的情況下只有拉繩和停機起作用，作為臨時性生產(chǎn)要求。

(2)重載啟動功能。系統(tǒng)采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉(zhuǎn)最大可輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)矩，變頻器加變頻電機組成的速度閉環(huán)方式可以滿足輸送機的滿載啟動。系統(tǒng)的啟動和停車都能實現(xiàn)軟啟動和軟停車，其加減加速度不超過0.05 m/s2，確保輸送機在正常停車和突然斷電等緊急停車狀況下的平穩(wěn)性，不致產(chǎn)生撒料和飛車。

(3)無極調(diào)速控制功能。當(dāng)送料機裝載運量發(fā)生變化，膠帶槽的填充率相應(yīng)發(fā)生變化時，利用帶速與運量合理相關(guān)理論技術(shù)使輸送機達(dá)到最佳裝載效率。系統(tǒng)采用運行過程中無極調(diào)速矢量控制技術(shù)，根據(jù)運量大小調(diào)整帶速。

5 結(jié)論

通過多次試驗表明，此方案用于蘭州紅獅水泥廠電機，該電機通過連于公共直流母線的逆變器來拖動并對多個電機協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)通過模塊化的設(shè)計實現(xiàn)了高效而又復(fù)雜的輸送機控制，其優(yōu)越性超過同類系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)高精度的速度控制，又可以簡單定位、低速驗帶。同時開發(fā)的基本電氣控制系統(tǒng)同PLC可編程控制系統(tǒng)相輔相成，將各個獨立的功能模塊完美結(jié)合在一起，配合變頻器的矢量控制技術(shù)不僅可以防止皮帶機啟動和停止時飛車，提高皮帶的檢修和工作效率，而且降低了能耗，減少了操作人員工作強度。

［1］陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［2］宋銀賓.電力拖動基礎(chǔ)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1984.

［3］高學(xué)禮，盧卓權(quán).步進電機一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1984.

［4］祝戰(zhàn)科，梁盈富.大型超細(xì)粉磨機進料自動控制技術(shù)的研究［J］.采礦技術(shù)，2013(7):107 －111.

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