吳 敏

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽 110015）

0 引言

近年來人們對(duì)物資輸送裝置的性能提出了新的要求，使得多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)逐漸被廣泛應(yīng)用，如何實(shí)現(xiàn)輸送過程中各電機(jī)功率的相對(duì)平衡，也成為相關(guān)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。

1 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式傳送機(jī)的傳動(dòng)控制原則

1.1 科學(xué)性原則

在對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)控制的過程中，相關(guān)人員應(yīng)首先保證控制方案設(shè)計(jì)符合科學(xué)理論。要從科學(xué)性角度對(duì)傳動(dòng)控制的流程及傳動(dòng)過程可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行全方位考察，使傳動(dòng)控制方案過程符合自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)理論知識(shí)。只有遵循這一原則，方案設(shè)計(jì)人員才能通過既有資源實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，真正推進(jìn)帶式輸送機(jī)控制模式的優(yōu)化升級(jí)。

1.2 實(shí)用性原則

對(duì)于多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)控制，目前在實(shí)際工作中已經(jīng)有眾多控制方案得以應(yīng)用。首先需要相關(guān)技術(shù)人員在選擇傳動(dòng)控制方案時(shí)應(yīng)充分考慮自身輸送機(jī)特點(diǎn)，選擇與之相匹配的傳動(dòng)控制方案。同時(shí)，傳動(dòng)控制過程流程較多涉及環(huán)節(jié)及設(shè)備較多，需要相關(guān)人員對(duì)每一設(shè)備及過程的選擇都要做到認(rèn)真謹(jǐn)慎。再次，傳動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)使系統(tǒng)具備一定的自身容錯(cuò)能力，以實(shí)現(xiàn)外界因素對(duì)傳動(dòng)過程的干擾降至最低。最后，傳動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)還需秉持操作簡便的原則，盡可能實(shí)現(xiàn)人工少操作甚至不操作即可使輸送機(jī)完成其工作內(nèi)容，使帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化傳動(dòng)功能。

2 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式傳送機(jī)特點(diǎn)及影響因素

2.1 特點(diǎn)分析

多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式傳輸機(jī)作為一種傳輸裝置，首先應(yīng)滿足與單電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式傳輸機(jī)類似的要求，如啟動(dòng)過程中負(fù)載的劇烈變化不會(huì)給皮帶帶來外力劇烈變化從而給皮帶造成損壞等。同時(shí)還要解決自身的個(gè)性化問題，其中最重要的就是解決各電機(jī)運(yùn)行同步性及負(fù)載平衡性問題。這一問題的解決在業(yè)內(nèi)尚不夠完善，因運(yùn)行不同步或負(fù)載不平衡等問題造成電機(jī)或皮帶損壞的事故時(shí)有發(fā)生。

2.2 靜態(tài)因素

通過對(duì)實(shí)際過程的總結(jié)能夠發(fā)現(xiàn)，影響多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡性的靜態(tài)因素主要有6點(diǎn)。①皮帶與傳送滾軸間的圍包角。②皮帶與傳送滾軸間的摩擦因數(shù)。③電機(jī)的型號(hào)及與系統(tǒng)的適配性。④皮帶輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)效率及傳動(dòng)比。⑤皮帶自身彈性性能。⑥傳送滾軸直徑。上述這些因素均為在帶式輸送機(jī)設(shè)置前就應(yīng)考慮的因素，對(duì)帶式輸送機(jī)的性能起著決定性作用。一旦在運(yùn)行后發(fā)生有關(guān)上述問題的選擇或調(diào)節(jié)問題，通常無法通過后期調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)問題的有效彌補(bǔ)，只能通過返工重新搭設(shè)的方法予以解決。

2.3 動(dòng)態(tài)因素

在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，很多動(dòng)態(tài)因素也會(huì)造成輸送機(jī)功率不平衡的現(xiàn)象出現(xiàn)，具體有3種。①皮帶輸送機(jī)搭載物品后產(chǎn)生的阻力。②電機(jī)減速器輸出的電磁轉(zhuǎn)矩。③滾軸運(yùn)行過程中殘留污垢，如煤渣、煤泥等，使得滾軸直徑發(fā)生變化。這些因素由于均產(chǎn)生于運(yùn)行過程中，因而通過適當(dāng)調(diào)節(jié)或修復(fù)即可有效排除其不利影響。

3 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)控制方法

3.1 變頻器控制的方法

為有效消除各電機(jī)啟動(dòng)不同步，負(fù)載不均衡的問題，采用變頻器進(jìn)行控制是一種較為可行的方法。圖1所示的方法就是一種比較理想的利用矢量控制性變頻器實(shí)現(xiàn)控制目的的方法。這一系統(tǒng)中，帶式驅(qū)動(dòng)機(jī)由2臺(tái)電機(jī)予以控制，為保證2臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同，可利用皮帶將2臺(tái)電機(jī)連在一起，同時(shí)這種方法也使得觀察人員通過觀察皮帶是否打滑即可及時(shí)了解2臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同與否，以便于及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)維修。而這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)負(fù)載平衡則依靠的是速度調(diào)節(jié)器這一元件，速度調(diào)節(jié)器通過給2個(gè)變頻器輸出相同的電流給定值使得2臺(tái)電機(jī)的電流輸入相同，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的負(fù)載平衡。若在這一系統(tǒng)中采用四象限變頻器，這一控制方案還可應(yīng)用于上下傳輸式帶式輸送機(jī)中，當(dāng)上下式帶式輸送機(jī)停止時(shí)，由于自身受重力作用，使得電機(jī)在這一過程中會(huì)將少量能量傳回給變頻器，變頻器在接收能量后會(huì)反饋給供電系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)電機(jī)發(fā)出制動(dòng)指令使其停止。

3.2 固態(tài)軟啟動(dòng)器控制的方法

固態(tài)軟啟動(dòng)控制方法輸出信號(hào)部件使用的材料主要為可控硅，對(duì)其導(dǎo)通角參數(shù)進(jìn)行控制即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電流的目的。這里可介紹一種采用固態(tài)軟啟動(dòng)器控制方法的3電機(jī)帶式傳輸機(jī)的控制方案。

圖1 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)變頻器控制方案

系統(tǒng)中的3臺(tái)電機(jī)采用同一型號(hào)，因而電氣參數(shù)、機(jī)械性能均相同。系統(tǒng)中還用一個(gè)測(cè)速機(jī)，其作用是通過輸出頻率隨速度變化的脈沖信號(hào)準(zhǔn)確反應(yīng)電機(jī)速度，由于這一信號(hào)的形式與軟啟動(dòng)器可識(shí)別的信號(hào)形式不符，所以將這一信號(hào)傳送至頻率電壓變換器中，這一元件能夠?qū)⒚}沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號(hào)，通過其輸出的信號(hào)傳送到軟啟動(dòng)器即可被識(shí)別。類似地在3臺(tái)電機(jī)的末端分別加裝測(cè)速機(jī)，再將信號(hào)分別傳至3臺(tái)頻率電壓變換器中也可實(shí)現(xiàn)同樣效果。這一控制過程形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)將電機(jī)速度調(diào)節(jié)至預(yù)定速度的功能。當(dāng)電機(jī)速度小于預(yù)定速度時(shí)，速度調(diào)節(jié)裝置通過增大電流實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的增大。反之，電機(jī)速度大于預(yù)定速度時(shí)，速度調(diào)節(jié)裝置通過減小電流實(shí)現(xiàn)電流速度的降低。

之所以在這一過程中將系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，主要是為使各電機(jī)間電流分布較為均勻，使每一電機(jī)電流均小于其最大電流的30%，能使軟啟動(dòng)器性能保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。若不采用這一閉環(huán)系統(tǒng)，將會(huì)使各個(gè)軟啟動(dòng)器間產(chǎn)生負(fù)載分配不均勻的現(xiàn)象，負(fù)載不均勻會(huì)使各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度存在差異，有些負(fù)載過小的電機(jī)甚至?xí)o法轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象輕則會(huì)使電機(jī)跳閘斷電，重則會(huì)是連接電機(jī)的皮帶被拉斷。

3.3 輸送機(jī)功率不平衡控制方法

（1）電機(jī)直聯(lián)制動(dòng)減速裝置。這種方式通過高速聯(lián)軸器的連接將電機(jī)與制動(dòng)減速裝置連為一體，通過變頻器的作用實(shí)現(xiàn)功率平衡。這種方法的優(yōu)勢(shì)在與操作簡單、功率調(diào)節(jié)精準(zhǔn)、適用電機(jī)種類多等優(yōu)勢(shì)，但其不足之處也同樣明顯，如電機(jī)不可在空載狀態(tài)下啟動(dòng)、運(yùn)行環(huán)境限制較多、維護(hù)工序復(fù)雜等，因而在環(huán)境較為惡劣的礦井等區(qū)域不宜使用。

（2）液力耦合器連接方式。這種方式通過高速聯(lián)軸器將電機(jī)與液力耦合器相連，隨后將聯(lián)軸器與減速器相連并將這一系列結(jié)構(gòu)最終連接到傳動(dòng)滾軸中。這一方式首先対系統(tǒng)內(nèi)各電機(jī)的電流大小進(jìn)行檢測(cè)，在將數(shù)據(jù)傳至控制系統(tǒng)，隨后又控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)電流情況向液力耦合器發(fā)出指令，操作減速器通過調(diào)節(jié)滾軸轉(zhuǎn)速完成對(duì)電機(jī)電流的均勻分配，從而實(shí)現(xiàn)各電機(jī)功率的平衡。因此，這一方式實(shí)現(xiàn)平衡主要是通過調(diào)節(jié)電流方式的方式完成。這種方式具有使用場(chǎng)所靈活、維護(hù)工序簡單等優(yōu)勢(shì)，但這一方法功率調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性較差，且過程響應(yīng)時(shí)間較長，因而目前只在長距離、大貨物運(yùn)輸量或上下模式帶式輸送機(jī)中有所應(yīng)用。

（3）液黏軟啟動(dòng)裝置連接方式。這一方式采用了一種液黏軟啟動(dòng)裝置代替上述模式中的制動(dòng)減速裝置，這種裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)功率平衡調(diào)節(jié)的方法是通過調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部開合裝置壓力大小實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)電機(jī)電流值得以均勻分布，進(jìn)而完成輸送機(jī)功率平衡的調(diào)節(jié)。這種方式檢測(cè)電流是否平衡采用的是比對(duì)法，系統(tǒng)會(huì)預(yù)先根據(jù)電機(jī)性能計(jì)算出功率平衡狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)電流值，隨后與電機(jī)實(shí)際電流值進(jìn)行對(duì)比，通過對(duì)這一差值進(jìn)行計(jì)算并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，將其傳送至液黏軟啟動(dòng)裝置這一裝置即可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)其內(nèi)部開合裝置壓力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出扭矩的調(diào)節(jié)，從而完成對(duì)電流平衡的調(diào)節(jié)。因?yàn)槟壳皩?shí)際應(yīng)用的帶式輸送機(jī)大多由多個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得這一方式的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，因而應(yīng)用頻率較高。

在電流比較這一過程中，近些年取得突破性發(fā)展的PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)有著較強(qiáng)的應(yīng)用意義，并已經(jīng)在很多輸送機(jī)傳動(dòng)控制實(shí)例中取得較好的實(shí)用效果。其通過在電流比較步驟中加裝PLC模塊的形式，將電流比較過程轉(zhuǎn)化為程序語言輸入至PLC中。這樣在進(jìn)行電流比較時(shí)只需對(duì)該程序進(jìn)行觸發(fā)即可完成電流值的比較，隨后在直接將比較結(jié)果轉(zhuǎn)化為液黏軟裝置可識(shí)別的信號(hào)類別，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的有效控制。應(yīng)用PLC不僅省去了原有信號(hào)轉(zhuǎn)化過程，提高了功率平衡調(diào)節(jié)效率，還能有效提高電流對(duì)比的精度，實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)精確性的進(jìn)一步優(yōu)化，因而成為未來液黏軟啟動(dòng)裝置連接方式發(fā)展的重點(diǎn)方向。

4 結(jié)束語

多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式傳輸機(jī)作為工業(yè)發(fā)展及物質(zhì)輸送性能要求提高背景下的必然產(chǎn)物，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)做好對(duì)其性能的不斷優(yōu)化，要在過程中兼顧設(shè)計(jì)方案的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性與實(shí)用性，使傳動(dòng)控制方式真正起到提升帶式輸送機(jī)性能的作用，為各類工業(yè)生產(chǎn)中的物資輸送提供便利，促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)整體水平的提高。