变频控制在双向双驱皮带输送机中的应用

钟开虎

(中信大锰(钦州)新材料有限公司，广西 钦州 535008)

皮带输送机是散货码头的主要运输工具，通过与卸船机的合理布置，才能确保卸船机效率最大化，同时，皮带输送机通过采用变频控制双向双驱运行方式，既实现货物堆卸场地灵活调度，同时，也使皮带输送机两端的驱动电机的可靠同步运行，达到了控制方式成熟可靠、操作灵活及节能的效果。

1 项目实施

1.1 实施背景

广西钦州港先期建成的天盛第1期7万t散货码头，前沿泊位长度289 m，配置了1台1 250 t/h卸船机，码头前沿BC1皮带输送机为定频单向单驱，电机功率160 kW，额定输送能力2 500 t/h，带宽1 600 mm，带速 3.15 m/s，带长 195 m［1］。后期建设的天盛第2期10万t散货码头，前沿泊位长度为352 m，东接第1期码头，配置1 500 t/h卸船机3台，必要时4台卸船机能够同时作业，并可根据货物种类、品种以及海关监管需要，灵活选择第1～2期码头后方堆场堆存。由于卸船机作业时，必须穿行于皮带输送机上方，为尽可能利用码头岸线，第1～2期码头前沿BC1皮带输送机将由第1期码头向第2期码头延伸，把第1～2期码头岸线贯穿连成一体。基于这个情况，第1～2期码头前沿的皮带输送机必须要进行方案优选，科学布置［2］，并需充分利用原有第1期皮带输送机，以满足第1～2期码头整合，缩短施工工期。

1.2 实施方案

第1～2期散货码头4台卸船机同时作业时，卸货量可达到5 000 t/h，瞬时可达到6 000 t/h，皮带输送机输送量必须要大于卸船机的卸货量。同时，为了利用第1期已建成的皮带输送机土建基础、衍架、皮带、支架等设备，确定第1～2期码头前沿采用双皮带输送机布置。皮带带宽仍为1 600 mm，带速提高为 3.5 m/s，单带额定输送能力提高到了3 000 t/h，瞬时最大输送能力达3 600 t/h，BC1皮带贯通第1～2期码头，皮带输送机两端均可出料，单带长度为602 m，卸船机在600 m的皮带输送机任意点上均可作业，同时考虑皮带输送机多点受料，输送机受力的均衡性以及在输送机皮带满料等极端情况下，皮带输送机重新平稳起动。最终确定BC1皮带输送机驱动电机安装于输送机两端，并在输送机两端就近安装变频器，采用变频同步控制，实现了皮带输送机变频控制双驱双向运行。

2 技术说明及同步控制方式

2.1 设备选型与配置

根据南方码头高粉尘、高盐雾以及潮湿高温的作业环境，皮带输送机作业中需经常重载运行的工况，我们对皮带输送机驱动及控制系统进行了配置优选。

采用长沙电机厂YSP355M2－4变频专用电机，电机功率250 kW。额定电压380 V，绝缘等级为F级，防护等级为IP55，配增量编码器;采用德国SEW减速机，型号B3SH11;采用ABB的ACS800系列柜体式变频器，型号 ACS800－07－0400－3，功率250 kW，防护等级为IP42，重载，要求变频器具有短时1.5倍过载能力，同时要求柜体加强防腐处理，所有线路板均要求带防腐蚀涂层。通讯控制要求：配24 V增量型脉冲编码器模块，与AB PLC通讯的总线适配器。

2.2 同步方案确定及实施情况

要实现BC1皮带输送机变频控制双驱双向运行，关键要解决好皮带输送机两端的驱动电机可靠同步运行问题［3］，方案设计见图1。

图1 变频控制双向双驱方案

方案1：根据皮带运输机出料方向，设定出料端的驱动电机为主电机后，同时，设定该端的变频器为主变频器，通过驱动电机内置编码器反馈信号给变频器后，由主频器根据转速，通过光纤通讯，远程控制皮带输送机另一端从电机运行，从而实现皮带运输机两端驱动电机的同步运行。

方案2：采用远程的AB PLC控制，根据皮带运输机运行方向，设定出料端驱动电机为主电机，另一端为从电机，由上位机通过光纤通讯，控制两台电机的运行，由变频器通过通讯模块把转矩信号上传给上位机，上位机根据主变频器转矩变化，通过对从电机的变频器转矩调节，达到调整从电机转速，实现处于皮带输送机两端驱动电机同步运行。

在实施方案1时，虽然ABB800系列变频器有先进的主从宏控制程序，但由于处于BC1皮带运输机两端的变频器安装距离接近700 m，使用光纤通讯仍然无法使控制信号可靠传输，出现了从电机转速与主电机转速末完全一致，皮带运输机两端电机没能实现可靠同步运行，皮带运输机平稳运行不够理想。改用第2套方案，使用ABB变频器直接转矩控制功能，以实现BC1皮带输送机两端驱动电机的同步运行。

根据ABB ACS800变频器技术资料说明，ACS807变频器动态转矩响应速度达到＜2 ms，在配速度传感器时的静态速度精度达±0.01%，在不配速度传感器的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到±0.1%的速度控制精度。考虑到散货码头作业环境较差，速度传感器不实用于潮湿、粉尘等恶劣的环境，皮带输送机主、从电机属于通过皮带柔性连接的形式，皮带的张力可以保证主、从电机的转矩接近一致，因此，皮带输送机从驱动与主驱动之间可以允许有细微的速度差。从以上因素出发，决定不再重新安装BC1皮带输送机电机的速度传感器，直接采用无传感器的转矩控制模式。按第2方案实施后，BC1皮带输送机达到了主、从电机精确同步控制。

2.3 关键参数设置

BC1皮带输送机改造完成后，经进行轻载、重载以及皮带满料极端情况下起动、运行测试，皮带输送机启动平稳，机械冲击力小，皮带运行稳定，并可根据皮带输送量进行带速调节，节能效果显著。

3 项目实施效果

由于实施利用原第1期码头皮带运输机，进行延长整合第1～2期码头前沿输料皮带机的方案，把影响一期码头的作业时间降低到最小，为配合扩建，第1期码头只停止卸货作业1个月。天盛第1期散货码头单台卸船机作业，日最大卸货量不到1.6万t，码头年卸货量最高时只有100万 t。通过第2期码头的扩建，对第1～2期码头进行整合(设备布置见图2)，码头前沿采用双驱双向皮带输送机，最大限度利用深水岸线，码头可同时靠泊两艘10万t散货船，4台卸船机实现了可同时多船作业及单船同时作业。码头扩建完成后，曾创造了单日卸货量8万t的最高水平，变频控制双驱双向皮带同步控制完全达到设计效果。天盛散货码头于2011年扩建完成后，随着钦州港的迅猛发展，码头的卸货量飞跃式增长，现年卸货量增长到了800万t，对当地的物流业及经济发展作出了较大贡献。

4 结语

双向双驱皮带运输机使用变频控制，具有高精度及高动态的输出特性，满足了皮带运输机双向输料、重载起动、速度同步及功率平衡等工况需要，有效提高传动效率，降低了皮带的磨损及设备损坏，同时，采用了高性能控制系统，使整个变频控制系统具有高可靠性和抗干扰能力强的特点。

图2 整合后设备布置

［1］带式输送机GB/T 10595－2009［S］.

［2］纽景付，杨飞，周伟，等.哈儿乌素露天矿内排期间下部开拓运输系统优化［J］.金属矿山，2014(7)：17－21.

［3］韩安荣.通用变频器及其应用［M］.北京：机械工业出版社，2003.