烧结管带机的驱动电机同步控制策略探究

摘要：采用烧结管带机进行原料输送，需要保障设备在长时间运行后依然保持稳定的工作状态。针对烧结管带机驱动电机的同步控制问题，提出了PLC+DCS同步控制策略。此控制策略通过平衡各驱动电机负载，实现对多台电机的同步控制，并利用控制逻辑，实现烧结管带机的自动化启停管理。

关键词：烧结管带机;驱动电机;同步控制

0 引言

在钢铁等烧结工艺流程中，管带机用于原料输送，能够保证配料从料场快速传递至车间，其间不受雨水、大风等因素影响。在管带机上，通常配备多个驱动电机，并实现同步控制，以便管带机维持稳定运转，为烧结工艺提供安全保障。因此，加强烧结管带机驱动电机的同步控制，可以使烧结管带机保持优良的输出性能。

1 烧结管带机驱动电机同步控制存在的问题

从结构上看，烧结管带机为管道式输送皮带机，用于原料的长距离输送。在管带机转动滚筒两侧位置，安装有驱动电机，并结合胶带张力进行顺序启动控制，降低胶带承受的冲击力，保证设备能够平稳启动。烧结管带机经过长时间运行，各驱动电机之间可能因负载分布不均出现功率不平衡问题，造成电机转矩改变，使电机运行可靠性和效率受到影响[1]。在电机负载突变情况下，烧结管带机容易发生堆料、落料等问题，无法满足烧结生产要求。

为了实现烧结管带机驱动电机的同步控制，通常为两侧驱动电机配备变频器和减速机，采用PLC闭环控制策略实现对变频器速度的闭环控制，确保电机负载得到均衡分配，继而使输出速度保持一致。在实践生产中，管带机仍会出现超载启动等问题，给烧结生产造成较大隐患，因此亟需采取更为科学的驱动电机同步控制策略，使管带机调速性能得到改善。

2 烧结管带机驱动电机同步控制策略

2.1    项目概况

某烧结车间输送系统采用管带机管径为600 mm，带宽达2 250 mm。结合烧结生产要求，设备带速设定为3.8 m/s，输送总长度为2 630 m。该设备由4台驱动电机和变频器构成，头部分布3台驱动电机，尾部设置1台驱动电机，并分别配置了减速机和制动器。电机采用风冷运行方式，减速机为风冷+油循环冷却方式。管带机可以自动采样，利用PLC控制方法设置采样间隔，并配备急停开关等保护装置保证设备的安全运行。采用的PLC系统能够读取变频器输出频率、电流等，完成多路模拟量输入，并在给定频率下实现模拟量输出。在烧结机运行效率改变的情况下，设备调试存在较大困难，各电机难以保持功率平衡，无法满足生产要求。此外，管带机头尾相距较远，胶带具有沿程阻力，使得张力传递滞后，容易发生胶带打滑现象，难以保证设备在启动和运行过程中保持功率平衡。

2.2    控制方案

按照烧结生产需求，本项目需要对该管带机运行方式进行改造，采取PLC+DCS方案实现管带机驱动电机的同步控制。在管带机沿线对各设备控制信号进行采集，并传输至DCS控制系统实现自动化控制，根据工况条件平衡电机负载，为设备启停等功能的实现提供支持。结合管带机运行特点和结构组成，需要在DCS自动化控制系统中配置PLC控制器，用于对电机启动时间和加速曲线的设定。完成启动信号接收后，电机将进行空转启动，直至达到额定速度。利用输出轴上的传感器进行转速检测，然后反馈至控制系统，控制系统能够根据速度信号与加速度曲线差值进行加速斜率的设定，确保设备能够实现平滑启动[2]。在功率平衡控制方面，需要完成对电机的电流检测，DCS控制系统向控制阀输出控制指令，使电机输出转矩得到调节。驱动电机转速与频率保持正比关系，对频率进行调节能够实现转速调节，达到同步变频调速的目的。因此，变频器需要从设备启动开始，参与电机控制全过程，按照设定参数对电机运转情况进行控制和调节，满足启动、调速等方面要求。此外，还要合理进行DCS控制逻辑设计，编写设备自动启动、停止程序，为实现设备自动化、智能化控制提供支持。

本项目经过改造能够轻松进行管带机转矩调节，使电机空载启动，保持小电流运行，并在短时间内达到额定转速。管带机系统电气结构简单，能够直接通过程序调节控制设备功率，因此该方案可以在不同工况条件下使用，具有较高的可靠性。

2.3    方案实施

在方案实施阶段，PLC控制器需要读取4台变频器输出的电流、频率等参数，并实现给定频率输入，輸出运行信号和故障信号等开关量。采用的变频器需要实现开环电压磁通矢量控制，结合负载自动完成滑差补偿，从而进行稳定数值输出。在DCS控制上，应根据设备运行状态和故障情况完成联锁延时设定，对设备控制点进行确认。具体来讲，DCS系统需要显示温度、转速、电流、电压、功率等数值，反馈设备运行状态，并对频率设定、停止、启动等执行命令进行控制。此外，还需要将皮带打滑、堵料、急停等作为保护联锁信号，完成响应控制点设定。在变频器和电机同步控制上，需要加强对电流、电压等参数的监测，对设备综合状态、同步延时等加强监控，确认变频器的频率输出情况，加强设备启停控制。针对电机，应加强对电压、线圈温度、风扇状态、电流等信号的监控，掌握制动器状态和电机运行情况，及时发现电机故障。在减速器控制上，应加强对风扇、冷却油泵状态的监控，确定设备运行状态和油压差等情况。在PLC控制器控制上，需要结合运行状态、采样信号、启停命令等对其进行监控。此外，还应加强对滚筒轴承转速、跑偏开关、打滑检测开关等信息量的采集监控。在控制系统发出报警后，可以启动正常停止或急停程序，正常停止设备时按照顺序停止;急停时则要全部停止，此时变频器频率输出瞬间达到零，电机输入电流也同步为零[3]。根据各种工况，需要完善设备启动和停止的必要条件，实现设备自动化控制，保证设备能够稳定运行的同时，为设备提供最大程度的安全防护，使设备使用寿命得到延长。

2.4    逻辑分析

现对烧结管带机驱动电机同步控制逻辑展开分析。在利用DCS系统实现联锁启动时，系统将先发出启动指令，并伴随20 s的响铃;在2 s延时后，控制器能够接收到运行信号，然后向制动器发出释放信号，并结合制动器状态检测信号，确认其状态;之后向4台变频器发送启动指令;在变频器同步调节下，驱动电机能够同步启动，逐步加速，直至达到额定带速。从启动条件上来看，需要对减速机温度、滚筒轴承温度、电机线圈温度、变频器远控信号等多个信号限值进行设定，在满足全部条件后，系统能够自动发出启动指令。在设备停止程序编写时，按照停止顺序，应先停止落料，然后停止上游皮带机;经过13 min延时后，管带机能够完成带上配料输送，然后可以停机;在DCS发出停止命令后，变频器将输出逐渐降低至零，制动器停止运行;经过5 min延时后，电机风扇停止运行，之后减速机相关设备停止运行，最后将电源断开。控制系统发出急停指令，变频器输出瞬间为零，延时5 min后风扇停止运行，然后将电源断开。通过设定保护条件，如轴承温度超85 ℃、检测发现皮带打滑信号、任意开关跳闸等，能够及时发现设备故障，实现对管带机上下游皮带机的联锁控制，使相关设备立即停止运行，以免管带机内出现堵料情况。

3 结语

综上所述，随着烧结生产工艺的快速发展，管带机也向着多驱动、大功率方向发展，需要利用多台驱动电机进行大量原料的快速输送。采用PLC+DCS同步控制策略，能够简化多台电机同步控制的复杂程度，在保证各电机功率平衡的同时，可以在各种工况下实现对电机运行的准确控制，为烧结工艺的平稳进行提供保障。

[参考文献]

[1] 靳剑兵，张红娟，耿嘉胜，等.永磁同步电机驱动刮板输送机协同控制[J].煤矿机械，2019，40（11）：131-134.

[2] 李備备，林浒，郑飂默.一种四电机驱动同步及消隙控制策略研究[J].小型微型计算机系统，2019，40（9）：2021-2025.

[3] 张毅敏，方子帆.双电机驱动俯仰装置PID控制方法研究[J].舰船电子工程，2019，39（8）：185-189.

收稿日期：2020-08-19

作者简介：谢光曾（1987—），男，福建三明人，工程师，研究方向：供配电、电气自动化。