张明明，廖高亮

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012;2.浙江旭业工程设备有限公司， 浙江杭州 311300)

0 引言

2014年初长沙矿山研究院有限责任公司承接了兰州红狮水泥厂倾斜送料系统项目的电气控制部分研制项目。经过多次调研和现场分析，从提高系统的可靠性能、降低能量消耗和便于皮带机检测维修等角度考虑，确定采用矢量控制系统于三条下运皮带机上，使之与通讯技术、自动化控制技术及检测技术紧密结合，从而提高皮带机的安全性、稳定性。

1 系统组成

采用性能稳定的具有现场可编程功能的西门子PLC、I/O模块，西门子SMART触摸屏，研华交换机及相应配件，保证了系统通讯的安全可靠性。PLC输入输出口留10%的余量，保证系统进行修改或者升级时具有足够的I/O点可用。

多电机传动系统初步设计采用集中进线共直流母线方式实现电能交换，其整流的总功率可以低于逆变的总功率，即可通过降低整流功率或者减少整流模块来节省成本。

但是兰州红狮倾斜送料系统距离比较远，集中进线会造成降压比较严重，所以在系统选型时，3台下运输送机电机同时配备了3台整流单元和3台逆变单元，共直流母线实现电能交换时分别进线。控制单元CU320能自动识别通过高速通讯接口DRIVE－CLiQ连接的变频器各驱动组件，各组件亦可借助DRIVE－CLiQ的通讯连接实现组件间的快速数据交换，方便获取其它组件的数据。

通讯系统对现场的电机电流电压、水泥料位、跑偏、拉绳急停、速度、堆料等实时数据通过各种传感器进行采集，实现对输送机运行状态的监控，在触摸屏上实时显示设备运行和故障状态。同时数据信号通过DP总线方式输送至中控室计算机系统，具有远程监控功能并且设置了硬联锁保护。

2 系统概况

兰州红狮水泥厂前三级下运倾斜送料系统中电机长期处于发电状态，变频器的直流母线电压升高，若采用普通变频器，控制模块检测到母线电压升高时会自动停止变频器的运行，影响正常生产。因此，选用四象限再生制动变频器。3条下运输送机的系统结构如图1所示，3条输送机逐级送料，下运距离都在18 m以上，电机功率110 kW/380 V，尾部驱动。

图1 系统结构

下运倾斜送料机系统由于带载运行时做负功，异步电动机进入发电状态，反馈制动时，电动机从轴上吸收的功率，一部分转换为转子铜耗，大部分则通过空气气隙进入定子，并在供给定子铜耗和铁耗后反馈给电网，这时异步电动机实际上是一台与电网并联运行的异步发电机，采用四象限运行变频器是理想选择。

系统同时具有完善的保护功能，完成欠电压、短路、溜槽堵料、打滑、跑偏等监控与保护，并与一次开车回路联锁，报警和自动保护;与皮带机综合保护装置如烟雾、纵向撕裂、急停等对接，并完成各项安全保护，形成完整网络控制体系。系统控制网络如图2所示。

图2 系统控制网络

3 系统设置

启动“S”型给定曲线防冲击控制，在启动制动的过程中使皮带抖动最小，加、减速度变化率≤0.4 m/s。

采用磁场定向矢量控制方式，可准确地维持和限定预先给定的转矩。

启动故障自诊断功能，频率指令由模拟信号(4－20 mA信号)给定。

根据电压反馈，自动调节输出电压，使其不受电网电压和负载变化的影响，保护电机免受因长期电压过高而导致的绝缘损伤或磁密过高而引起的铁芯过度发热。

内置全数字PID，可根据用户要求进行闭环控制，实现恒压、恒流运行限流功能。

4 实现功能

(1)低速验带功能。本控制系统设有检修模式，方便皮带检修，通过变频调速将输送机运行速度降到适当速度，在不停机的情况下只有拉绳和停机起作用，作为临时性生产要求。

(2)重载启动功能。系统采用无速度传感器矢量控制方式，低频运转最大可输出1.5倍额定转矩，变频器加变频电机组成的速度闭环方式可以满足输送机的满载启动。系统的启动和停车都能实现软启动和软停车，其加减加速度不超过0.05 m/s2，确保输送机在正常停车和突然断电等紧急停车状况下的平稳性，不致产生撒料和飞车。

(3)无极调速控制功能。当送料机装载运量发生变化，胶带槽的填充率相应发生变化时，利用带速与运量合理相关理论技术使输送机达到最佳装载效率。系统采用运行过程中无极调速矢量控制技术，根据运量大小调整带速。

5 结论

通过多次试验表明，此方案用于兰州红狮水泥厂电机，该电机通过连于公共直流母线的逆变器来拖动并对多个电机协调控制。系统通过模块化的设计实现了高效而又复杂的输送机控制，其优越性超过同类系统，既可以实现高精度的速度控制，又可以简单定位、低速验带。同时开发的基本电气控制系统同PLC可编程控制系统相辅相成，将各个独立的功能模块完美结合在一起，配合变频器的矢量控制技术不仅可以防止皮带机启动和停止时飞车，提高皮带的检修和工作效率，而且降低了能耗，减少了操作人员工作强度。

［1］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.北京:机械工业出版社，2000.

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