带式输送机的变频调速研究

周容卉

（上海电机学院，上海　201100）



带式输送机的变频调速研究

周容卉

（上海电机学院，上海201100）

摘要：带式输送机是广泛运用于电力、化工、冶金等领域的输送设备，其工作的高效性和稳定性是重要技术指标。变频调速技术通过变频器可以任意改变电源输出频率，从而调节电机转速。变频调速技术应用到带式输送机，能够实现软启动、节能运行及提高输送系统稳定性等目的。

关键词：带式输送机；变频控制；软起动

工业生产过程中，带式输送机起动摩擦力大且常处于满载起动状况，输送带本身强度的限制要求输送带在起动时加速度要小、起动要平稳。而且输送机的负载一般不是固定的，在无负载或负载较低时，高速运行对带式传送机传动系统的磨损较为严重，且比低速运行的耗电量大，此时的机械和电能被浪费了许多。因此，驱动系统若能够根据起动、运行、停车要求进行自动调节，保证带式输送机处于最佳工作状态下，可使带式输送机运行高效、设备损耗降低。

交流变频调速技术自出现以来，几十年间以其卓越的调速性能、显著的节电效果，以及在各生产领域的广泛适用性得到了飞速发展，将变频调速应用到带式输送系统中，能够实现软启动、节能运行等功能。

1　带式输送机的变频控制

（1）带式输送机的工作特性。带式输送机的传送带惯性大，起动时传送滚筒的速度飞快增大，由于机械设备的惯性作用，整个传送带上应力造成传动滚筒下面的回程传送带被放松，上面上行输送带被拉紧，使传送带受强应力拉伸损伤钢丝绳的纵向拉伸强度，降低了传送带的使用寿命。停止时，传送滚筒的速度飞快减小，整个传送带上的应力造成传动滚筒下面的传送带被拉紧，上面的上行输送带被放松。当应力减小幅度小于某一区域的稳态应力时，传送带应力降低，传送带下垂增加，会使传送带在陷入托辊，很容易使传送物料散落，损伤托辊，甚至造成传送带断裂。当应力增加幅度大于某一区域的稳态应力时，拉紧装置产生的巨大拉力会对传送带和滚筒等造成巨大伤害。因此，在起动时慢起，在停止时慢停，可以把带式输送机增加能量和释放能量的节奏都放缓，以保护动力传动装置与传送带，用变频调速方式驱动带式输送机可以达到这种改善起动和制动性能的目的。

（2）变频驱动技术。变频调速是20世纪90年代发展起来的一种电力传动调速技术，其特点是起动能耗低、调速范围宽、动态响应快、易于实现自动化。变频调速使用最多的电压型变频调速器主要由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成，工作时首先将三相交流电经桥式整流变为直流电，脉动的直流电经平滑滤波后通过逆变器变为电压、频率可调的三相交流电输入电动机。由变频器调速原理可知电动机的转速n与供电频率f的关系为：

式中：p为磁极对数，s为电动机的转差率。通过变频器改变电源频率，从而调节电机转速，实现平滑无级调速。

（3）变频器对带式输送机的控制。图1所示为带式输送机的设备组成，主要包括高压开关柜、变频柜、变压器、保护装置、电机等。高压变频器对电机一拖一独立控制，变频器之间用PLC通讯控制，具有抗干扰能力强、通讯速率快等特点。

图1　带式输送机系统组成

2　带式输送机变频调速

（1）软启动。由于带式输送机属于大惯量重载启动，因此在启动过程中要采用S曲线起动以降低动应力，保证输送带受力均匀，延长输送带及整机的寿命。S起动曲线如图2所示。

图2　S起动曲线

S型起动曲线的速度方程为：

式中v（t）是某一时刻滚筒的线速度，即带速；v0是稳定运行时的带速；T0是起、制动时间；t是起、制动过程中的某一时刻。

图3　升5降4段折简化式S曲线

（2）节能调速。带式输送机工作过程中，根据运量变化相应调整带速可达到节能运行的目的。运量Q和带速V是直接影响功率P的主要因素，不同运量下带式输送机功率与带速的关系曲线如图4，其中Q1>Q2>Q3。由图4可以看出，Q一定时，P与V成正比。V增大，则克服阻力所消耗的功率也增大，V减小，则能降低功率消耗以达到节能目的。但是带速的大小被输送量与带强制约，因此应充分挖掘带强的潜力，在满足安全的情况下取较低的带速以达到节能目的。

图4　功率与带速关系曲线

3　 PLC控制带式输送机的调速系统

利用可编程逻辑控制器PLC作为控制模块，变频器和电机作为执行模块和反馈模块构成带式输送机调速系统，该系统可实现软起动、软停车以及根据运输量调节带速，大大节约了耗能，降低了系统设备的机械损耗，延长设备的使用寿命。

（1）系统硬件组成。带式输送机的变频调速系统主要由控制装置、变频器、执行电机组成，控制装置有上位机、PLC、通讯模块等。系统硬件框图5如图所示。PLC具有起动信号给定、数据采集、速度控制、与上位机通讯等功能，变频器具有运行状态反馈（电流信号）、故障自诊断与反馈、过载保护等功能。

图5　控制系统框图

（2）控制方案。用变频器对带式输送机的电机进行驱动控制，并实现软起动和软停车。PLC控制模块根据动态负荷实时进行调速，采集变频器输出的电流反馈信号，计算处理后转换为相应的频率，控制变频器驱动电机，改变带式输送机的带速。负荷增加，带速增大到期望值后稳定运行；负荷减小，带速减小到期望值后稳定运行；空载时以最低速运行。控制运算部分有3个运算模块：电流负载运算、负载速度运算、速度频率运算，由反馈的电动机电流对应出负载大小，根据负载大小计算电动机最佳运行速度，根据最佳运行速度计算输出控制频率。控制流程如图6所示，变频调速装置具有远程通讯接口，采用上位机监控软件进行远程监测与控制，变频器具有故障自诊断功能，能实时将故障信号传输给上位机，上位机接收后输出报警信号与停车信号。

图6　控制流程图

4　结语

本文介绍了可编程控制器PLC与变频器应用于带式传输机的软起动与智能调速的优点，软起动降低了设备的机械磨损，智能调速在很大程度上实现了节能，充分发挥了变频器的调速功能和电机的性能，增加了带式输送机运行的安全性和运行效率，提升了系统的自动化水平。

The Study on the Frequency Conversion Control of Belt Conveyor

ZHOU Rong-hui
（Shanghai Dianji University，Shanghai 201100，China）

Abstract:Belt conveyor is a widely used transportation equipment in the field of electricity and chemical，its working efficiency and stability has important significance for industrial production.Variable frequency speed regulation technology can arbitrarily change the power output frequency by using the frequency converter to adjust motor speed.This paper analyzed the application of the frequency control technology in Soft-starting and intelligent speed regulation of belt conveyor，in order to improve the transmission system stability and be more efficient.

Key words:belt conveyor；frequency conversion control；soft-starting

作者简介：周容卉（1989-），女，安徽阜阳人，硕士，主要从事机电教学工作。

收稿日期：2016-01-14

中图分类号：TH222

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）01-0059-02