希望森蘭多機協調控制高壓變頻調速系統在遠距離帶式輸送機上的應用

希望森蘭科技股份有限公司　呂海波,張樹林,葛重源,李　林

希望森蘭多機協調控制高壓變頻調速系統在遠距離帶式輸送機上的應用

希望森蘭科技股份有限公司呂海波,張樹林,葛重源,李林

1　前言

帶式輸送機廣泛應用于電力、冶金、化工、建材等各行各業，具有載量大，能耗較小，使用成本低，結構簡單，便于維護的特點，而且可輸送的物料種類繁多，輸送平穩，運行噪音較小，在實際應用中越來越傾向于向大載量、長距離、大帶寬、高帶速、大功率方向發展。帶式輸送機作為一種彈性儲能材料，在停止和運行時都儲存有大量勢能，這就要求驅動系統具有平穩起動，降低對輸送帶帶強的要求，多機驅動時的力矩平衡，負荷分配和過載保護，以及帶料重載起動等功能。

2　工程概況

新疆某5×350MW電廠燃煤主要由距廠區直線距離15公里外的天池能源2號露天煤礦供給，采用傳統汽車運輸，運輸成本極高，占燃煤總成本近1/5，汽車行駛中會排除大量尾氣，造成環境污染。為了降低燃料運費，控制生產成本，減少汽車運輸產生的尾氣和揚塵，提高燃煤運輸的高效性、經濟性、環保性，東方希望集團投資2.5億元左右新建一條25公里長距離皮帶機代替原來傳統汽車運輸。一期設計每小時運煤4000T，整個帶式輸送機共分4段，在頭部和尾部分別設有一個轉運站，每個轉運站配置一臺S7-300PLC，用于接收集中控制室發出的指令和反饋每個轉運站的運行數據，通過光纖通訊與轉運站中的高壓變頻器協調控制系統進行指令及數據交換，如圖1所示。

圖1　新疆某電廠25公里長輸煤皮帶機示意圖

本項目中BC02為單體最長皮帶，采用頭三尾二的驅動方式，其中頭部1#電機和2#電機采用同軸剛性硬連接，作為主機，其余電機作為叢機。BC02布局示意圖如圖2所示，BC02設備參數表如表1所示。

圖2　BC02皮帶機布局示意圖

表1　BC02設備參數表

項目中TC01皮帶機長約2.4km，頭部兩臺電機型號均為YKK500-4，額定電壓10kV，額定功率500kW，額定轉速1492r/min，功率因數0.917，額定電流33.2A，上海電氣集團上海電機廠生產的電機，頭部2臺電機柔性連接；尾部1臺電機型號為1MC0402P8B，額定電壓10kV，額定功率500kW，額定轉速1485r/min，功率因數0.86，額定電流35.63A。TC02布局示意圖如圖3所示。

圖3　TCO2皮帶機布局示意圖

3　長距離皮帶機多機驅動運行特點

長距離帶式輸送機多數采用多滾筒、等功率多電機驅動，由于線路長，地形復雜，膠帶機隨地形起伏不平，而且為了跨越沿途障礙物，膠帶機也存在一定的轉彎半徑；皮帶機滾筒及減速機等機械設備在制造過程中存在一定量的誤差，比如滾筒的直徑大小不完全一致，膠帶與滾筒之間的包絡角也不盡相同，各驅動滾筒處膠帶受力大小不一樣，再加上驅動用的電機電氣參數也存在一定誤差。綜合以上因素，造成長距離帶式輸送機在運行時各驅動電機出力不均衡，此時出力大的電機將承擔過多負載，嚴重的會超出電機額定功率，導致負載較重電機發熱嚴重，長時間運行將燒毀電機。

4　項目實施方案

針對本項目的特點，為了解決長距離多機驅動皮帶機力矩平衡問題，森蘭技術專家團隊專門研制了遠距離多機驅動帶式輸送協調控制專用高壓變頻調速系統，采用一臺電機配置一臺高壓變頻器，多機協調控制的技術方案。每條皮帶頭部設有一臺專用協調控制系統，該系統接收來自PLC站的啟停控制指令及轉速給定信號，負責皮帶系統的速度控制和整體邏輯控制。變頻器中任意選取一臺為主機，其他作為叢機。協調柜將給定頻率發送給主機，主機按上位機給定頻率運行，并將輸出力矩反饋給協調控制系統，協調控制系統將主機力矩轉發給每臺叢機，叢機將自身輸出的力矩與主機輸出的力矩進行PID校正，達到最終力矩的動態平衡。該項目高壓系統方案如圖4所示，協調控制系統原理如圖5所示。

圖4　高壓系統方案

圖5　協調控制系統原理簡圖

5　森蘭SBH系列帶式輸送機專用多機協調控制高壓變頻調速系統特點

森蘭SBH系列帶式輸送機專用多機協調控制高壓變頻調速系統以32位高速浮點DSP為控制核心，采用矢量控制技術，功率單元串聯多電平拓撲結構，屬于高—高電壓源型變頻器，由于采用功率單元串聯而非功率器件的直接串聯，因此解決了器件耐壓的問題。同時由于同相各級功率單元輸出SPWM信號通過移相后進行疊加，提高了輸出電壓諧波性能、降低輸出電壓的dv/dt；通過電流多重化技術降低輸入側諧波，減小了對電網的諧波污染；輸入功率因數高，輸出波形質量好，無需增加輸入諧波濾波器，功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動，對電機絕緣無特殊要求，可直接驅動普通的異步電動機。

森蘭SBH系列帶式輸送機專用高壓變頻調速系統是一種高效、節能、無電網污染的高壓大功率變頻調速裝置，高可靠性，性能優異，除具備通用型風機、水泵類變頻器的性能外，還具有以下突出特點：

（1）協調控制系統與變頻器之間采用高速光纖通訊，數據傳輸速度更快，抗干擾能力更強；

（2）協調控制系統具有靈活的控制特點，支持硬接線，提供隔離的RS485接口，采用標準MOUBUS通訊協議，提供光纖網絡通訊轉換接口，便于協調系統與上位系統連接，優化協調控制；

（3）充分考慮了遠距離帶式輸送機現場特點，可遠距離對變頻器進行參數設置，為現場調試和維護提供方便；

（4）重載起動能力，滿足帶式輸送機低頻滿載起動功能；

（5）具有軟起軟停功能，S曲線加減速功能，啟動頻率保持等功能，延長皮帶機使用壽命；

（6）低頻驗帶功能，為皮帶機調試檢修提供方便；

（7）節能。可根據電廠的實際生產工況，以及其他工藝需求，調整實時運載量，降低了電耗，減少了機械磨損；

（8）具有高度智能化，可提前進行故障預警，為設備安全運行保駕護航。

6　結語

該項目自調試以來，一直運行穩定，節約了大量運費，提高了經濟效益，降低了發電成本，提高了企業競爭力。森蘭SBH系列帶式輸送機專用多機協調控制高壓變頻調速系統具有多種優點，為長距離、大載量帶式輸送機項目提供了一種可行的解決方法，徹底解決了多機驅動的帶式輸送機轉矩平衡。

[1] 徐魯輝, 李福東, 張超, 張曉永, 宗成國. 多機驅動帶式輸送機功率平衡的研究與分析[J]. 工礦自動化, 2011, (5).

[2] 李東林. 帶式輸送機慢速啟動及多機驅動功率平衡調節系統的研究[J].科技資訊, 2014, (4).

[3] 張登山, 王海天, 余博. ATVll00高壓變頻器在煤礦長距離皮帶機上的應用[J]. 電氣傳動, 2012, (5).

Application of Hope Senlan Coordinated Control of Multi-machine VFD System in Long-distance Belt Conveyor

在遠距離、大載量帶式輸送機項目上，多采用多滾筒多機驅動的方式。對于驅動皮帶機這類柔性輸送設備的關鍵是各驅動之間的轉矩平衡，本文介紹了希望森蘭高壓變頻器及配套的多機協調控制系統在遠距離帶式輸送機項目上的應用，實際應用表明，基于轉矩平衡的多機協調控制系統不僅能滿足輸送帶的啟動及力矩平衡要求，更具有智能化、控制簡單、經濟實用的特點。

長距離；帶式輸送機；多機協調；智能化

In the long-distance, large-load belt conveyor project, themulti-roller drive is commonly used. For thetype of flexible belt conveyor drive device, the key lies in thebalance between thetorques of the drivers. This paper introduces the HopeSenlan high-voltage inverter anditssupporting multi-machine coordinated control system, as well as their application in the long-distance belt conveyor project. Practical applications shows that the torque balance based multi-machine coordinated control system can meet the requirements of conveyor launchand torque balance.Moreover, it also has the advantages that it is more intelligent, simple to control, and quite economical.

Long-distance; Belt conveyor; Multi-machine coordination; Intelligentization

呂海波（1982-），男，工程師，工學學士，2006年畢業于三峽大學自動化專業，現就職于希望森蘭科技股份有限公司，主要從事高壓變頻器應用研究。