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                                                 變頻電磁軟起一拖多無擾投切的帶式輸送機(jī)控制應(yīng)用 

1、 概述

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

皮帶輸送機(jī)工作原理：

皮帶輸送機(jī)主要由機(jī)架主體、電氣傳動機(jī)構(gòu)、輸送帶、托輥、滾筒、張緊裝置、機(jī)械減速裝置等組成。根據(jù)用途可分為：重型皮帶輸送機(jī)和輕型皮帶輸送機(jī)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式又可分為：槽形輸送機(jī)和V型輸送機(jī)、平輥輸送機(jī)還有滾筒式皮帶運(yùn)輸機(jī)。它可以將物料在一定的輸送線上進(jìn)行連續(xù)的輸送運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以用來成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，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(yùn)輸，皮帶輸送機(jī)又稱帶式輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)，是一種以摩擦驅(qū)動方式連續(xù)運(yùn)輸物料的機(jī)械。具有適應(yīng)性強(qiáng)、阻力小、壽命長、維修方便、保護(hù)裝置齊全等顯著特點(diǎn)。

皮帶輸送機(jī)適用范圍：

可以用于水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中。根據(jù)輸送工藝要求，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(gè)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(jī)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(shí)也有大量皮帶輸送機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)與銷售和服務(wù)。我們公司與該公司屬戰(zhàn)略合作單位，在以往的皮帶輸送機(jī)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、近年采用了變頻啟動方式。  

大宏立機(jī)器公司生產(chǎn)的皮帶運(yùn)輸機(jī)：TDY系列

TD系列大型皮帶運(yùn)輸機(jī)

該單位在與我公司合作之前，輸送機(jī)設(shè)備與破碎機(jī)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、的啟動方式，少量設(shè)備使用了變頻啟動。

常見帶式輸送機(jī)傳動機(jī)構(gòu)分布圖 

2、1原有啟動方式的常見問題

業(yè)內(nèi)常用的電動機(jī)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(diǎn)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(shí)間和啟動初始力矩對設(shè)備實(shí)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(shí)間平滑啟動，啟動參數(shù)可調(diào)，各項(xiàng)保護(hù)功能與自控功能豐富，并讓設(shè)備運(yùn)行在設(shè)定頻率

帶式輸送機(jī)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(yùn)行方式存在許或多或少的題：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(shí)的保護(hù)功能較為薄弱4、智能化控制水平較低等。

為了解決在該業(yè)的多電機(jī)啟動與工頻切換問題，我們公司與大宏立機(jī)器股份有限公司公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行長期的研究與探討，最終我們建議使用變頻電磁軟啟一拖多控制方案，能完美的解決目前類似設(shè)備的多電機(jī)啟動，工變頻切換，轉(zhuǎn)速跟蹤等啟動問題。

3、設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

系統(tǒng)采用希望森蘭Hope400系列電磁軟啟，Hope400系列電磁軟起動裝置是最新一代用于電機(jī)驅(qū)動的一種變頻機(jī)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(fù)載無沖擊，廣泛用于大功率壓縮機(jī)、皮帶機(jī)、破碎機(jī)、大功率水泵、風(fēng)機(jī)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。

變頻電磁軟啟性能介紹：

1、起動力矩大，能夠輸出150%的起動力矩;

2、起動電流小:起動電流小于120%的額定電流;

3、穩(wěn)定可靠:起動平滑，對負(fù)載無沖擊;

4、無擾投切:通過鎖相環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起動后無擾動切換;

5、性價(jià)比高:體積小、重量輕、性價(jià)比高;

6、長壽命:能夠滿足電機(jī)連續(xù)起動需求，起動次數(shù)不受限制，延長了電機(jī)壽命;

7、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;

8、行業(yè)標(biāo)桿:國內(nèi)首家推出低壓變頻電磁軟啟動裝置;

Hope400S系列變頻電磁軟起

通過利用希望森蘭Hope400系列電磁軟起結(jié)合PLC系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制，達(dá)成帶式輸送機(jī)在多電機(jī)啟動時(shí)實(shí)現(xiàn)多機(jī)啟動，工變頻切換，轉(zhuǎn)速跟蹤啟動等功能，主要構(gòu)成電路如下。

變頻電磁軟啟一拖一典型控制方案如圖所示 

變頻電磁軟啟的工變頻切換方式與原理：

SVD400S系列變頻電磁軟啟的工變頻切換過程，與多年前我們在其他行業(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(jī)達(dá)到50Hz或設(shè)定頻率后，通過內(nèi)部簡易PLC與IPD的檢測運(yùn)輸回饋再進(jìn)行邏輯控制，將變頻工作回路的電動機(jī)投切到工頻，從而達(dá)到一臺變頻器一拖多的啟動效果，只需一臺電動機(jī)保持變頻調(diào)速調(diào)節(jié)負(fù)荷量工作。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)對負(fù)載一拖多的自動投切，能達(dá)到無人值守滿足用戶工藝需求。

缺點(diǎn)：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(dá)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(jī)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(shí)候沖擊電流會大于直接啟動電流（電動機(jī)在慣性運(yùn)轉(zhuǎn)處于發(fā)電狀態(tài)，工頻投入時(shí)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。

變頻電磁軟啟的工作原理截然不同，通過自身軟硬件達(dá)到先變頻啟動再投入工頻并聯(lián)運(yùn)行，再斷開變頻輸出，真正實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)和設(shè)備的無擾投切功能。

工作流程如上圖所示：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(shí)變頻器內(nèi)部I/O擴(kuò)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(yùn)行做準(zhǔn)備，當(dāng)變頻機(jī)構(gòu)工作達(dá)到50Hz，KM2吸合讓工頻與變頻同事并網(wǎng)帶動負(fù)載。待負(fù)載工作穩(wěn)定后變頻器裝置斷開，從而實(shí)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(jī)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(jī)起動電流有一定局限性，但通常起動電流在電機(jī)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(jī)不允許有較大振動，起動后運(yùn)行在50Hz(工頻)時(shí)，采用變頻電磁起動方式為最佳選擇，為了進(jìn)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(jī)器公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)一起，我們開發(fā)出一套完整的，變頻電磁軟一拖多工變頻切換控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)工變頻無擾投切的控制方案及圖紙，目前已用于各類礦山與工廠物料輸送設(shè)備。

變頻電磁軟啟裝置主供電圖

帶式輸送機(jī)電動機(jī)主電路1-1

帶式輸送機(jī)電動機(jī)主電路1-2

變頻電磁軟啟參數(shù)設(shè)置一覽表

輸送機(jī)系統(tǒng)工作流程描述：

以上為五條帶式輸送生產(chǎn)線示意圖，其中每條線可獨(dú)立啟動運(yùn)行，共用了2臺55KW與3臺45KW電機(jī)驅(qū)動。1-2號線協(xié)同一個(gè)工作段位運(yùn)行，3-4號線協(xié)同另一個(gè)工作段位運(yùn)行，5號線獨(dú)立工位運(yùn)行，其整個(gè)電路控制需要實(shí)現(xiàn)一臺變頻電磁軟啟，分別啟動這5臺設(shè)備后進(jìn)行無擾投切到工頻再帶載運(yùn)行。

設(shè)備啟動注意事項(xiàng)：根據(jù)生產(chǎn)工藝流程及控制部分設(shè)計(jì)原理，必須在每條線每臺電機(jī)啟動后再能啟動下一臺電機(jī)，不能同時(shí)啟動多臺電機(jī)，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(hù)程序，保證軟硬件都能達(dá)成電機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)啟動。（不能同時(shí)啟動多臺電機(jī)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(jī)1的電動機(jī)以變頻模式啟動到工頻達(dá)到50Hz后，再將電機(jī)輸出端切換到工頻電路，此時(shí)變頻電磁軟啟裝置處于閑置狀態(tài)，再啟動輸送機(jī)2工段的電機(jī)，第二臺電機(jī)啟動完畢后再投切到工頻，此時(shí)變頻電磁軟啟閑置，一號生產(chǎn)線的啟動流程完成，即可加載投入生產(chǎn)。

工作中變頻電磁軟啟會通過自身軟硬件功能，檢測輸出到電動機(jī)三相電流的相序與相位進(jìn)行存儲，在通過數(shù)字I/O擴(kuò)展模塊，檢測此時(shí)工頻三相電源的相序與相位進(jìn)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(jī)構(gòu)輸出50Hz并穩(wěn)定運(yùn)行短暫時(shí)間后，機(jī)構(gòu)將立即進(jìn)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(jī)構(gòu)輸出并聯(lián)運(yùn)行（變頻機(jī)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(shí)現(xiàn)對工變頻切換時(shí)的勿擾動投切，同時(shí)也保證了變頻器機(jī)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(dá)成，這樣整條生產(chǎn)線的電機(jī)啟動流程就完成，工廠的輸送系統(tǒng)全部開啟。

電路中的注意事項(xiàng)：

1、不能同時(shí)啟動多臺電機(jī)。

2、每臺電機(jī)工頻輸入側(cè)必須加裝綜合保護(hù)裝置(熱保護(hù)器）

3、單臺電機(jī)能獨(dú)立檢測運(yùn)行電流。

4、變頻電磁軟啟選型一定要大于系統(tǒng)中功率最大的一臺電機(jī)功率

5、在電路中最好增加一套相序保護(hù)裝置，能精準(zhǔn)判斷電源輸入是否缺相。

6、保護(hù)電路中電機(jī)故障檢測點(diǎn)能獨(dú)立體現(xiàn)是那一臺電機(jī)故障（方便檢修）

7、操作機(jī)構(gòu)要做出每臺電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的指示（工頻與變頻運(yùn)行狀態(tài)的指示）

操作臺面控制機(jī)構(gòu)的布局

4、效果與優(yōu)劣勢分析

通過上述內(nèi)容我們對此用法的實(shí)際現(xiàn)場反饋，總結(jié)了對該應(yīng)用的如下優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

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(gè)系統(tǒng)使用成本、

B、解決了多臺電機(jī)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，很好的解決了上述問題、

D、變頻電磁軟起動裝置起動完成，可以完全退出運(yùn)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、

缺點(diǎn)：

雖然從經(jīng)濟(jì)角度看設(shè)備總投入是有大幅度降低，但不能對每臺電機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻啟動與變頻調(diào)速控制、也是一大遺憾，目前在機(jī)械傳動行業(yè)利用變頻調(diào)速器啟動調(diào)速運(yùn)行的案例比比皆是，也得到業(yè)內(nèi)應(yīng)用的肯定認(rèn)可。

5、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)速及啟動裝置已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)驅(qū)動與傳動控制領(lǐng)域中，它啟動平滑的調(diào)速優(yōu)勢，高可靠性，啟動轉(zhuǎn)矩大，高控制精度，且能達(dá)到節(jié)能效果，提高設(shè)備自動化控制水平等優(yōu)點(diǎn)，在電氣傳動控制行業(yè)中得到了很好的應(yīng)用體驗(yàn)，已取代了大多數(shù)傳統(tǒng)的啟動與調(diào)速方式，在一定的程度上提高了設(shè)備的自動化水平，有效降低系統(tǒng)的能耗及機(jī)械的維護(hù)成本，延長設(shè)備使用壽命，變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用推動了整個(gè)電氣傳動行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

1、《變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)》2011年機(jī)械工業(yè)出版社出版     作者：石秋潔

2、《變頻器技術(shù)及應(yīng)用》2021年機(jī)械工業(yè)出版社出版   作者：姜慧 、張虹

3、《SVD400S電磁軟起用戶手冊》                上海索緯斯節(jié)能技術(shù)有限公司