1 概述

　　皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，設(shè)備結(jié) 構(gòu)簡單、易于維護，能方便地實現(xiàn)程序化和自動化控制。 運用輸送帶的連續(xù)與間歇性運動來輸送固態(tài)物料、顆狀物 品，其運行速度高、平穩(wěn)，噪音低，并可以對輸送物料的 位置達成上下高低傳送。

　　(1)皮帶輸送機工作原理

　　皮帶輸送機主要由機架主體、電氣傳動機構(gòu)、輸送 帶、托輥、滾筒、張緊裝置、機械減速裝置等組成，根據(jù) 用途可分為：重型皮帶輸送機和輕型皮帶輸送機;根據(jù)結(jié) 構(gòu)形式又可分為：槽形輸送機和V型輸送機、平輥輸送機 還有滾筒式皮帶運輸機。它可以將物料在一定的輸送線上 進行連續(xù)的輸送運輸。帶式輸送機既可以進行碎散物料的 輸送，也可以用來成件物品的輸送。除進行純粹的物料輸 送外，它還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要 求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸，皮帶輸送機又稱 帶式輸送機、膠帶輸送機，是一種以摩擦驅(qū)動方式連續(xù)運 輸物料的機械，具有適應(yīng)性強、阻力小、壽命長、維修方 便、保護裝置齊全等顯著特點。

　　(2)皮帶輸送機適用范圍

　　皮帶輸送機可用于水平運輸或傾斜運輸，使用非常方 便，普遍應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中，如：礦山的井 下巷道、礦井地面運輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中。根 據(jù)輸送工藝要求，系統(tǒng)可以單臺輸送，也可多臺組成或與 其他輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿足不同布 置形式的作業(yè)線需要，已成為整個行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要 設(shè)備之一。

　　2 行業(yè)背景

　　成都大宏立機器股份有限公司位于四川大邑工業(yè)園 區(qū)，是一家從事砂石裝備制造和制造服務(wù)的上市公司，為 客戶提供砂石成套生產(chǎn)線、環(huán)保智能砂石破碎工廠和綠色材料科技園三類產(chǎn)品，同時也有大量皮帶輸送機設(shè)備的生 產(chǎn)與銷售和服務(wù)。  希望森蘭與該公司屬戰(zhàn)略合作單位，在 以往的皮帶輸送機系統(tǒng)中，常用的啟動方式有：軟啟動、 液力偶合器、液粘軟啟動裝置，近年也采用了變頻啟動方 式。該單位在與希望森蘭合作之前，輸送機設(shè)備與破碎機 設(shè)備啟動方式均采用較為傳統(tǒng)的：軟啟動、液力偶合器、 液粘軟啟動等方式，少量設(shè)備使用了變頻啟動。

　　(1)原有啟動方式的常見問題

　　業(yè)內(nèi)常用的電動機啟動方式主要有以下5種：全壓直 接啟動、Y - Δ啟動、自耦減壓啟動、軟啟動器啟動、變頻 啟動。

　　降壓啟動有：星/三角和自耦降壓啟動，缺點是啟動力矩小，僅適用于無載或輕載啟動。

　　軟啟動可以設(shè)置啟動時間和啟動初始力矩對設(shè)備實現(xiàn) 軟啟動與軟停止，并能限制啟動電流。

　　變頻啟動能根據(jù)設(shè)定時間平滑啟動，啟動參數(shù)可調(diào)， 各項保護功能與自控功能豐富，并讓設(shè)備運行在設(shè)定頻率。

　　帶式輸送機行業(yè)采用的啟動方式有軟啟動、液力偶合 器、液粘軟啟動裝置等方式，雖然能得到對設(shè)備的啟動與 常規(guī)控制，但在設(shè)備長期應(yīng)用過程中，用戶與設(shè)備制造商 也發(fā)現(xiàn)上述幾種啟動運行方式存在著或多或少的問題，例 如：(1)不同的系統(tǒng)應(yīng)用繁瑣程度不一;(2)啟動對電 網(wǎng)與設(shè)備的沖擊較大;(3)啟動設(shè)備時的保護功能較為 薄弱;(4)智能化控制水平較低等。

　　為了解決在該行業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的多電機啟動與工頻切 換等問題，希望森蘭與大宏立機器股份有限公司的設(shè)計團 隊進行了長期的研究與探討，最終使用變頻電磁軟起一拖 多控制方案，完美地解決了這一類難題。

　　3 希望森蘭設(shè)計方案的實施

　　系統(tǒng)采用希望森蘭Hope400系列電磁軟起，Hope400 系列電磁軟起動裝置是最新一代用于電機驅(qū)動的一種變頻 機構(gòu)裝置，  與傳統(tǒng)的固態(tài)軟起動裝置相比，  起動力矩更 大，  起動電流只有傳統(tǒng)軟啟動的三分之一，  起動過程平 滑，對負載無沖擊，目前已被廣泛用于大功率壓縮機、皮 帶機、破碎機、大功率水泵、風(fēng)機類等重載設(shè)備起動，并 在電力、冶金、石油、化工、建材、市政、輕工業(yè)等多行 業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。

　　變頻電磁軟起的主要性能如下：

　　? 起動力矩大，能夠輸出150%的起動力矩;

　　? 起動電流?。浩饎与娏餍∮?20%的額定電流;

　　? 穩(wěn)定可靠：起動平滑，對負載無沖擊;

　　? 無擾投切：通過鎖相環(huán)技術(shù)，實現(xiàn)起動后無擾動 切換;

　　? 性價比高：體積小、重量輕、性價比高;

　　? 長壽命：能夠滿足電機連續(xù)起動需求，起動次數(shù)不 受限制，延長了電機壽命;

　　? 功能兼容：不需要改變原有固態(tài)軟起動裝置邏輯， 與原系統(tǒng)完全兼容;

　　? 行業(yè)標桿：國內(nèi)首家推出低壓變頻電磁軟啟動 裝置。

　　通過利用希望森蘭Hope400系列電磁軟起結(jié)合PLC 系統(tǒng)進行邏輯控制，達成帶式輸送機在多電機啟動時實現(xiàn) 多機啟動、工變頻切換、轉(zhuǎn)速跟蹤啟動等功能，變頻電磁 軟啟一拖一典型控制方案如圖2所示。

　　4 變頻電磁軟啟的工變頻切換方式與原理

　　希望森蘭Hope400系列變頻電磁軟起的工變頻切換過程，與多年前在其他行業(yè)(大多在水泵一拖多中應(yīng)用)的變頻甩工頻切換方式既然不同。

　　上述一臺變頻器一拖多變頻切工頻應(yīng)用的切換方式 為：變頻器啟動電動機達到50Hz或設(shè)定頻率后，通過內(nèi) 部簡易PLC與IPD的檢測運輸回饋再進行邏輯控制，將變 頻工作回路的電動機投切到工頻，從而達到一臺變頻器一 拖多的啟動效果，只需一臺電動機保持變頻調(diào)速調(diào)節(jié)負荷量工作。

　　優(yōu)點是：能實現(xiàn)對負載一拖多的自動投切，能達到無 人值守滿足用戶工藝需求。

　　缺點是：也這種切換方式最致命的弊端，由于是變頻 器工作到50Hz或指定到達頻率后，通過接觸器旁路方式 直接投切到工頻，這種投切方式相當(dāng)于直接把電動機甩到 工頻電網(wǎng)，對電網(wǎng)和電氣設(shè)備的沖擊非常大，甚至有時候 沖擊電流會大于直接啟動電流(電動機在慣性運轉(zhuǎn)處于發(fā) 電狀態(tài)，工頻投入時相序與相位很難100%匹配)所以對 電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊非常大。

　　變頻電磁軟起的工作原理截然不同，通過自身軟硬件 達到先變頻啟動再投入工頻并聯(lián)運行，再斷開變頻輸出， 真正實現(xiàn)了對電網(wǎng)和設(shè)備的無擾投切功能。

　　空氣開關(guān)合上為變頻和工頻回 路送電，KM3吸合變頻器得電，變頻器啟動。此時變頻 器內(nèi)部I/O擴展模塊檢測工頻電網(wǎng)的相序與相位為工頻投 入并聯(lián)運行做準備，當(dāng)變頻機構(gòu)工作達到50Hz，KM2吸 合讓工頻與變頻同事并網(wǎng)帶動負載。待負載工作穩(wěn)定后變 頻器裝置斷開，從而實現(xiàn)工變頻的無擾投切流程。

　　目前在行業(yè)內(nèi)三相交流異步電機軟起動裝置大多數(shù) 還以軟啟動器為主，軟啟動器裝置對電機起動電流有一定 局限性，但通常起動電流在電機額定電流的2 - 3倍以上。 當(dāng)用戶前變壓器容量較小，或起動過程中電機不允許有較 大振動，起動后運行在50Hz(工頻)時，采用變頻電磁起 動方式為最佳選擇，為了進一步降低能耗，提高系統(tǒng)可靠 性，變頻電磁軟起動裝置，可以滿足用戶類似的需求。

　　集合上述變頻電磁軟起動裝置的功能，與成都大宏立 機器公司研發(fā)團隊一起，希望森蘭開發(fā)出一套完整的變頻 電磁軟起一拖多工變頻切換控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)工變頻無擾 投切控制方案，目前已被用于各類礦山與工廠物料輸送設(shè)備中。

　　其中每條線可獨立啟動運行，共用了2臺55KW與3臺45KW電機驅(qū)動。 1 - 2號線協(xié)同一個工作段位運行，3 -4號線協(xié)同另一個工 作段位運行，5號線獨立工位運行，其整個電路控制需要 實現(xiàn)一臺變頻電磁軟起，分別啟動這5臺設(shè)備后進行無擾 投切到工頻再帶載運行。

　　設(shè)備啟動注意事項：根據(jù)生產(chǎn)工藝流程及控制部分設(shè) 計原理，必須在每條線每臺電機啟動后再能啟動下一臺電 機，不能同時啟動多臺電機，二次控制電路中有PLC參與 程序控制，也寫入了相關(guān)設(shè)備互鎖關(guān)聯(lián)保護程序，保證軟 硬件都能達成電機點對點啟動(不能同時啟動多臺電機的 要求)。

　　以一號生產(chǎn)線的啟動流程為例：要求首先變頻電磁軟 啟將輸送機1的電動機以變頻模式啟動到工頻達到50Hz 后，再將電機輸出端切換到工頻電路，此時變頻電磁軟起 裝置處于閑置狀態(tài)，再啟動輸送機2工段的電機，第二臺 電機啟動完畢后再投切到工頻，此時變頻電磁軟起閑置， 一號生產(chǎn)線的啟動流程完成，即可加載投入生產(chǎn)。

　　工作中變頻電磁軟起會通過自身軟硬件功能，檢測輸 出到電動機三相電流的相序與相位進行存儲，在通過數(shù)字 I/O擴展模塊，檢測此時工頻三相電源的相序與相位進行 讀取，在2秒內(nèi)就可完成兩組數(shù)據(jù)信息的讀取與對比，變 頻機構(gòu)輸出50Hz并穩(wěn)定運行短暫時間后，機構(gòu)將立即進 入變頻切換工頻狀態(tài)，工頻電路中的接觸器吸合與變頻機 構(gòu)輸出并聯(lián)運行(變頻機構(gòu)在工頻接觸器合并接入前必須 將自身的相序與相位角度100%與工頻電源相序相位角度重疊，其目的是實現(xiàn)對工變頻切換時的勿擾動投切，同時 也保證了變頻器機構(gòu)硬件電路不造成沖擊，導(dǎo)致主器件損壞)。

　　二號生產(chǎn)線、三號生產(chǎn)線都采用相同的啟動模式達成，這樣整條生產(chǎn)線的電機啟動流程就完成，工廠的輸送系統(tǒng)全部開啟。

　　5 效果與優(yōu)劣勢分析

　　通過上述內(nèi)容根據(jù)實際現(xiàn)場反饋，總結(jié)出了對該應(yīng)用 的如下優(yōu)缺點。

　　(1)優(yōu)點

　　A、降低電力系統(tǒng)總投資，提高系統(tǒng)綜合能源使用效 率，對電網(wǎng)容量要求小，降低整個系統(tǒng)使用成本。

　　B、解決了多臺電機啟動難問題，采用軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動對設(shè)備與電網(wǎng)的沖擊，變頻電磁軟啟啟動不受次數(shù)限制。

　　C、傳統(tǒng)的軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置，是一種降轉(zhuǎn)矩的起動方式，起動力矩小，起動電流大，不利于滿足重載起動需求;而采用電磁軟起動裝置，很好地解決了上述問題。

　　D、變頻電磁軟起動裝置起動完成，可以完全退出運行，啟動效率高，與變頻器應(yīng)用解決方案相比，對電網(wǎng)沒有任何諧波污染。

　　(2)缺點

　　雖然從經(jīng)濟角度看設(shè)備總投入是有大幅度降低，但不能對每臺電機同時實現(xiàn)變頻啟動與變頻調(diào)速控制也是一大遺憾，目前在機械傳動行業(yè)利用變頻調(diào)速器啟動調(diào)速運行的案例比比皆是，也已得到了業(yè)內(nèi)的普遍肯定和認可。

　　6 結(jié)束語

　　隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速的技術(shù)已非常成熟，變頻調(diào)速及啟動裝置已被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)的驅(qū)動與傳動控制領(lǐng)域中，它具備調(diào)速啟動平滑、可靠性高、啟動轉(zhuǎn)矩大、控制精度高、達成節(jié)能效果、提高設(shè)備自動化控制水平等優(yōu)點，在電氣傳動控制行業(yè)中得到了很好的應(yīng)用體驗，已取代了大多數(shù)傳統(tǒng)的啟動與調(diào)速方式，并在一定程度上有效地降低了系統(tǒng)能耗及機械維護成本，延長了設(shè)備使用壽命，變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用推動了整個電氣傳動行業(yè)的新發(fā)展。

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