淺談帶式輸送機多電機驅動的傳動控制

（浙江雙箭橡膠股份有限公司，浙江 嘉興 314513）

引言

近些年來隨著人們對能源需求的不斷提高，電力電子技術的不斷發展，人類科學技術觀念的不斷轉變，對輸送系統運量要求也越來越大，輸送距離也越來越遠，因此對大型帶式輸送機系統的控制性能也提出了更高的要求。目前在帶式輸送機的傳輸速度上，國內和國際水平還相差甚遠，為了增加帶式輸送機的傳輸能力，提高其動力，本文主要將多電機驅動作為主要分析對象，確保在科學合理性、安全性、實用性的基礎上來進一步構建和優化方案。

一、帶式輸送機驅動方式現狀

目前在帶式輸送機上廣泛使用的驅動方式總結有9 種，分別為：電動滾筒、Y 型電動機+聯軸器+減速器、Y 型電動機+限矩型液力耦合器+減速器、Y 型電動機+調速型液力耦合器+減速器、Y 型電動機+CST 驅動裝置、繞線電動機+減速器、高速直流電動機+減速器、低速直流電動機直接驅動帶式輸送機上的驅動滾筒、變頻調速電動機+減速器。

根據這9 種驅動方式的性能及應用場合，我們一般按照帶式輸送機機長小于1500m，且不需要調速時，首選Y 型電機+限矩型液力耦合器+減速器，其次為繞線式電動機+減速器（控制為繞線式串金屬電阻）；帶式輸送機機長大于1500m，首選Y 型電機+CST 驅動裝置，其次為Y 型電機+調速型液力耦合器+減速器；在輸送機運量變化大，并且需要調速時，首選變頻調速電動機+減速器，其次為繞線電機串級調速+減速器。

由于電動滾筒和Y 型電動機+聯軸器+減速器、Y 型電動機+限矩型液力耦合器+減速器軟啟動性能差，對電網的沖擊大，對輸送帶的沖擊也較大，很難將輸送帶做的更長，運量更大。Y 型電動機+調速型液力耦合器+減速器速度變化的曲線為非線性關系，做閉環的難度較大，控制精度不高。繞線電動機+減速器存在啟動和停車的能耗大，控制方式比較復雜。高速直流電動機+減速器、低速直流電動機直接驅動帶式輸送機上的驅動滾筒功率因數低，直流電機的維護工作量大。所以目前在大型帶式輸送機上Y 型電機+CST 驅動裝置、變頻調速電動機+減速器使用最為廣泛，但是Y 型電機+CST 驅動裝置不宜用于要有調速功能的場合。

二、多電機驅動的帶式輸送機的特性

多電機驅動帶式輸送機不單單要考慮單電機驅動帶式輸送機時的情況，還要考慮多電機啟動的同步及功率的分配平衡。大致可以將多電機驅動帶式輸送機的要求歸納為以下幾點：

（一）啟動時能夠有理想的速度曲線，并且可控。啟動時間在一定范圍內可調，可以滿負荷啟動。

（二）加速曲線在一定范圍內可調，按照預定的軌跡加速，避免損壞輸送帶。

（三）啟動過程平穩，減小對輸送帶及各個部件的沖擊；減小對電網的沖擊。

（四）驅動裝置要帶有過載保護功能。

（五）多機啟動時，可以平衡分配電機之間的功率，啟動時可以調節電機的同步性。

（六）帶式輸送機可以在慢速下長期運行。

（七）控制器可以集成在系統中，減少控制設備的占地面積。

在輸送帶運行過程中為避免輸送帶及其配件設備的損傷，需要在控制系統中增加保護裝置，一般的帶式輸送機需要有跑偏、打滑、物料位置、斷帶、溫度、煙霧及縱向撕裂等保護，這些保護傳感器全部接入至可編程控制器（PLC）中，集成控制。

綜上述多電機驅動的要求及集成控制的方式，PLC+變頻器或固態軟啟動器控制可以滿足上述要求，下面主要針對這兩種驅動方式進行進一步的分析。

三、多電機驅動的帶式輸送機的傳動控制方法

近幾年來，變頻器和固態軟啟動器作為帶式輸送機的驅動器，以其性能的優越性，被逐漸應用到礦井的輸送系統中。變頻器和固態軟啟動器的啟動優越性和維護的方便性已經被越來越多的人認可。

（一）PLC 及變頻控制方式的驅動

在一個大型的帶式輸送機系統中，需要用到大量的開關量、模擬量、算術運算、記憶控制、邏輯計算、定時控制、各類電氣保護等功能。PLC 作為控制系統的集成模塊，可以對這些功能進行集成、可靠的控制。不僅可以減少外部的接線，還可以將控制程序與數據存儲在存儲器中，可以進行數據記錄跟蹤。所以PLC 在各大企業中得到了廣泛的應用和推廣。

PLC 配合變頻器的使用可以方便地實現對帶式輸送機的有效控制，將PLC作為主控制系統，通過與變頻器的通訊，對各個變頻器進行監控和控制來解決電動機啟動同步和負載平衡的問題。如圖一分析2 臺電動機都采用矢量型變頻器來控制。

圖一中的2 臺電動機為了使其速度相同，避免由于速度差異造成打滑，將2 臺電動機由同一條皮帶連接在一起。該系統中用電動機M1 的速度作為反饋值，反饋給系統的速度調節器，構成一個有速度反饋的閉環系統。經過速度調節器給到兩個變頻器的電流調節器，使得兩臺變頻器的電流輸出值相同，保證兩臺電機的負載平衡。如果我們采用多臺電動機控制，也可以采用此方法來平均分配電動機的負載平衡。

如果說我們將該系統中的變頻器更改為四象限的變頻器，該系統還可以應用到傾斜的輸送系統中。由于輸送帶的傾斜，在停車時由于其重力作用會有部分能量回饋到變頻器，四象限的變頻器可以將這部分的能量回饋給電網，同時給還起到制動的作用。

（二）PLC 及固態軟啟動器控制方式的驅動

PLC+變頻調速系統雖然控制性能優良，可靠性高，但是價格十分昂貴，但是目前沒有6KV 等級及以上的防爆型變頻器，在大型煤礦下無法使用。考慮到這幾點，我們介紹一種帶速度反饋的固態軟啟動器，價格約為變頻器的40%左右，而且國內已經有6KV 等級的防爆軟啟動器。它同樣具有和變頻器一樣良好的啟動性能。

下圖是一個2 臺中壓電動機驅動的帶式輸送機采用固態軟啟動器的控制方案。

該系統中的電機采用相同的型號，以保證電機的電氣和機械性能相同。系統安裝測速傳感器經變送器轉換成標準信號0—5V 或0—20mA 的信號反饋給固態軟啟動器，形成閉環系統，保證兩臺電動機的運行速度跟隨給定速度，提升控制的精度。

啟動器的控制方案

在該系統中的兩臺固態軟啟動器的參數設置是完全相同的，設置的速度斜坡工作模式，最大和最小的電流值必須相同。這樣在電動起啟動時如果其中一臺承受了較大的負載，這臺電機的電流值會一直增加直到設定的最大電流后，由于無法再增加轉矩，其他一臺電動機的電流會逐步增加，增大轉矩，保持速度在設定值運行。這樣子的系統可在速度被控制的同時，各電動機在允許的承受范圍內運行，負載也被合理的分配。

但該系統存在一個弊端，需要注意：固態軟啟動器在達到全速運行以后負載一定要分配平衡，因為在軟啟動器全速后將進入旁路狀態，它不能再調節負載的分配。

四、結束語

經過上述分析，目前存在的控制方式有10 種，在大型的帶式輸送機上目

變頻器控制和固態軟啟動器控制的應用比較廣泛。兩種控制方式各有優勢及弊端，但是考慮到煤礦井下和經濟實用來說，固態軟啟動器控制的使用更為優越。