燒結(jié)管帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步控制策略探究

摘要：采用燒結(jié)管帶機(jī)進(jìn)行原料輸送，需要保障設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后依然保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。針對(duì)燒結(jié)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步控制問(wèn)題，提出了PLC+DCS同步控制策略。此控制策略通過(guò)平衡各驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)電機(jī)的同步控制，并利用控制邏輯，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)管帶機(jī)的自動(dòng)化啟停管理。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)管帶機(jī);驅(qū)動(dòng)電機(jī);同步控制

0 引言

在鋼鐵等燒結(jié)工藝流程中，管帶機(jī)用于原料輸送，能夠保證配料從料場(chǎng)快速傳遞至車間，其間不受雨水、大風(fēng)等因素影響。在管帶機(jī)上，通常配備多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并實(shí)現(xiàn)同步控制，以便管帶機(jī)維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，為燒結(jié)工藝提供安全保障。因此，加強(qiáng)燒結(jié)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步控制，可以使燒結(jié)管帶機(jī)保持優(yōu)良的輸出性能。

1 燒結(jié)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步控制存在的問(wèn)題

從結(jié)構(gòu)上看，燒結(jié)管帶機(jī)為管道式輸送皮帶機(jī)，用于原料的長(zhǎng)距離輸送。在管帶機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒兩側(cè)位置，安裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并結(jié)合膠帶張力進(jìn)行順序啟動(dòng)控制，降低膠帶承受的沖擊力，保證設(shè)備能夠平穩(wěn)啟動(dòng)。燒結(jié)管帶機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，各驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間可能因負(fù)載分布不均出現(xiàn)功率不平衡問(wèn)題，造成電機(jī)轉(zhuǎn)矩改變，使電機(jī)運(yùn)行可靠性和效率受到影響[1]。在電機(jī)負(fù)載突變情況下，燒結(jié)管帶機(jī)容易發(fā)生堆料、落料等問(wèn)題，無(wú)法滿足燒結(jié)生產(chǎn)要求。

為了實(shí)現(xiàn)燒結(jié)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步控制，通常為兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)配備變頻器和減速機(jī)，采用PLC閉環(huán)控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器速度的閉環(huán)控制，確保電機(jī)負(fù)載得到均衡分配，繼而使輸出速度保持一致。在實(shí)踐生產(chǎn)中，管帶機(jī)仍會(huì)出現(xiàn)超載啟動(dòng)等問(wèn)題，給燒結(jié)生產(chǎn)造成較大隱患，因此亟需采取更為科學(xué)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步控制策略，使管帶機(jī)調(diào)速性能得到改善。

2 燒結(jié)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步控制策略

2.1 ? ?項(xiàng)目概況

某燒結(jié)車間輸送系統(tǒng)采用管帶機(jī)管徑為600 mm，帶寬達(dá)2 250 mm。結(jié)合燒結(jié)生產(chǎn)要求，設(shè)備帶速設(shè)定為3.8 m/s，輸送總長(zhǎng)度為2 630 m。該設(shè)備由4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變頻器構(gòu)成，頭部分布3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，尾部設(shè)置1臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并分別配置了減速機(jī)和制動(dòng)器。電機(jī)采用風(fēng)冷運(yùn)行方式，減速機(jī)為風(fēng)冷+油循環(huán)冷卻方式。管帶機(jī)可以自動(dòng)采樣，利用PLC控制方法設(shè)置采樣間隔，并配備急停開(kāi)關(guān)等保護(hù)裝置保證設(shè)備的安全運(yùn)行。采用的PLC系統(tǒng)能夠讀取變頻器輸出頻率、電流等，完成多路模擬量輸入，并在給定頻率下實(shí)現(xiàn)模擬量輸出。在燒結(jié)機(jī)運(yùn)行效率改變的情況下，設(shè)備調(diào)試存在較大困難，各電機(jī)難以保持功率平衡，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。此外，管帶機(jī)頭尾相距較遠(yuǎn)，膠帶具有沿程阻力，使得張力傳遞滯后，容易發(fā)生膠帶打滑現(xiàn)象，難以保證設(shè)備在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中保持功率平衡。

2.2 ? ?控制方案

按照燒結(jié)生產(chǎn)需求，本項(xiàng)目需要對(duì)該管帶機(jī)運(yùn)行方式進(jìn)行改造，采取PLC+DCS方案實(shí)現(xiàn)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步控制。在管帶機(jī)沿線對(duì)各設(shè)備控制信號(hào)進(jìn)行采集，并傳輸至DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，根據(jù)工況條件平衡電機(jī)負(fù)載，為設(shè)備啟停等功能的實(shí)現(xiàn)提供支持。結(jié)合管帶機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成，需要在DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)中配置PLC控制器，用于對(duì)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間和加速曲線的設(shè)定。完成啟動(dòng)信號(hào)接收后，電機(jī)將進(jìn)行空轉(zhuǎn)啟動(dòng)，直至達(dá)到額定速度。利用輸出軸上的傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，然后反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)速度信號(hào)與加速度曲線差值進(jìn)行加速斜率的設(shè)定，確保設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)平滑啟動(dòng)[2]。在功率平衡控制方面，需要完成對(duì)電機(jī)的電流檢測(cè)，DCS控制系統(tǒng)向控制閥輸出控制指令，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩得到調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率保持正比關(guān)系，對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，達(dá)到同步變頻調(diào)速的目的。因此，變頻器需要從設(shè)備啟動(dòng)開(kāi)始，參與電機(jī)控制全過(guò)程，按照設(shè)定參數(shù)對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，滿足啟動(dòng)、調(diào)速等方面要求。此外，還要合理進(jìn)行DCS控制邏輯設(shè)計(jì)，編寫(xiě)設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)、停止程序，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化、智能化控制提供支持。

本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)改造能夠輕松進(jìn)行管帶機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，使電機(jī)空載啟動(dòng)，保持小電流運(yùn)行，并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。管帶機(jī)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠直接通過(guò)程序調(diào)節(jié)控制設(shè)備功率，因此該方案可以在不同工況條件下使用，具有較高的可靠性。

2.3 ? ?方案實(shí)施

在方案實(shí)施階段，PLC控制器需要讀取4臺(tái)變頻器輸出的電流、頻率等參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)給定頻率輸入，輸出運(yùn)行信號(hào)和故障信號(hào)等開(kāi)關(guān)量。采用的變頻器需要實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)電壓磁通矢量控制，結(jié)合負(fù)載自動(dòng)完成滑差補(bǔ)償，從而進(jìn)行穩(wěn)定數(shù)值輸出。在DCS控制上，應(yīng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障情況完成聯(lián)鎖延時(shí)設(shè)定，對(duì)設(shè)備控制點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。具體來(lái)講，DCS系統(tǒng)需要顯示溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率等數(shù)值，反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)頻率設(shè)定、停止、啟動(dòng)等執(zhí)行命令進(jìn)行控制。此外，還需要將皮帶打滑、堵料、急停等作為保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)，完成響應(yīng)控制點(diǎn)設(shè)定。在變頻器和電機(jī)同步控制上，需要加強(qiáng)對(duì)電流、電壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備綜合狀態(tài)、同步延時(shí)等加強(qiáng)監(jiān)控，確認(rèn)變頻器的頻率輸出情況，加強(qiáng)設(shè)備啟?？刂?。針對(duì)電機(jī)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電壓、線圈溫度、風(fēng)扇狀態(tài)、電流等信號(hào)的監(jiān)控，掌握制動(dòng)器狀態(tài)和電機(jī)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障。在減速器控制上，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)風(fēng)扇、冷卻油泵狀態(tài)的監(jiān)控，確定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油壓差等情況。在PLC控制器控制上，需要結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)、采樣信號(hào)、啟停命令等對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)滾筒軸承轉(zhuǎn)速、跑偏開(kāi)關(guān)、打滑檢測(cè)開(kāi)關(guān)等信息量的采集監(jiān)控。在控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警后，可以啟動(dòng)正常停止或急停程序，正常停止設(shè)備時(shí)按照順序停止;急停時(shí)則要全部停止，此時(shí)變頻器頻率輸出瞬間達(dá)到零，電機(jī)輸入電流也同步為零[3]。根據(jù)各種工況，需要完善設(shè)備啟動(dòng)和停止的必要條件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化控制，保證設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，為設(shè)備提供最大程度的安全防護(hù)，使設(shè)備使用壽命得到延長(zhǎng)。

2.4 ? ?邏輯分析

現(xiàn)對(duì)燒結(jié)管帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步控制邏輯展開(kāi)分析。在利用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將先發(fā)出啟動(dòng)指令，并伴隨20 s的響鈴;在2 s延時(shí)后，控制器能夠接收到運(yùn)行信號(hào)，然后向制動(dòng)器發(fā)出釋放信號(hào)，并結(jié)合制動(dòng)器狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，確認(rèn)其狀態(tài);之后向4臺(tái)變頻器發(fā)送啟動(dòng)指令;在變頻器同步調(diào)節(jié)下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠同步啟動(dòng)，逐步加速，直至達(dá)到額定帶速。從啟動(dòng)條件上來(lái)看，需要對(duì)減速機(jī)溫度、滾筒軸承溫度、電機(jī)線圈溫度、變頻器遠(yuǎn)控信號(hào)等多個(gè)信號(hào)限值進(jìn)行設(shè)定，在滿足全部條件后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)出啟動(dòng)指令。在設(shè)備停止程序編寫(xiě)時(shí)，按照停止順序，應(yīng)先停止落料，然后停止上游皮帶機(jī);經(jīng)過(guò)13 min延時(shí)后，管帶機(jī)能夠完成帶上配料輸送，然后可以停機(jī);在DCS發(fā)出停止命令后，變頻器將輸出逐漸降低至零，制動(dòng)器停止運(yùn)行;經(jīng)過(guò)5 min延時(shí)后，電機(jī)風(fēng)扇停止運(yùn)行，之后減速機(jī)相關(guān)設(shè)備停止運(yùn)行，最后將電源斷開(kāi)?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出急停指令，變頻器輸出瞬間為零，延時(shí)5 min后風(fēng)扇停止運(yùn)行，然后將電源斷開(kāi)。通過(guò)設(shè)定保護(hù)條件，如軸承溫度超85 ℃、檢測(cè)發(fā)現(xiàn)皮帶打滑信號(hào)、任意開(kāi)關(guān)跳閘等，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)管帶機(jī)上下游皮帶機(jī)的聯(lián)鎖控制，使相關(guān)設(shè)備立即停止運(yùn)行，以免管帶機(jī)內(nèi)出現(xiàn)堵料情況。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著燒結(jié)生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展，管帶機(jī)也向著多驅(qū)動(dòng)、大功率方向發(fā)展，需要利用多臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行大量原料的快速輸送。采用PLC+DCS同步控制策略，能夠簡(jiǎn)化多臺(tái)電機(jī)同步控制的復(fù)雜程度，在保證各電機(jī)功率平衡的同時(shí)，可以在各種工況下實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確控制，為燒結(jié)工藝的平穩(wěn)進(jìn)行提供保障。

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收稿日期：2020-08-19

作者簡(jiǎn)介：謝光曾（1987—），男，福建三明人，工程師，研究方向：供配電、電氣自動(dòng)化。