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摘要：
采用西门子S7-400冗余PLC做为主控制器，利用Profibus-DP总线通讯组成控制网络。同时长距离圆管带式输送机驱动采用变频电机，选用ABB变频器恒转矩控制，合理的控制策略协调多台电机的同步。皮带保护装置通过DUP-Line总线连接汇入控制系统，通过友好的人机界面实时反馈给运行人员现场系统运行状态。
关键词：
变频器；现场总线；主从控制
1项目概况
漳州古雷码头至腾龙热电厂长距离输煤系统，系统总长6km多（一条圆管式皮带机5800m，两条普通平皮带300m）。项目建成后将完全取代现有汽车由码头至电厂的转运过程，给整个热电厂稳定运行提供燃料保证的同时，也对改善整个工业园区环境起到至关重要的作用。所以要求系统能够处于长时间稳定运行状态，这就要求控制系统稳定可靠，实时反映系统运行状态，为运行人员和检修人员提供准确的运行参数信息。
2系统基本参数说明
*运送物料：原煤*堆积密度：0.8t/m3*运输量：2000t/h*机长：5800m*倾角：2.3°*提升高度：28m*带宽：1900mm*带速：4.5m/s*主机功率：6×800kW*主机电压：690V根据以上设计参数，驱动系统配置为皮带机头尾两端驱动，电机采用无谐波变频器输出驱动。电机功率为每台800kW，考虑到输送机的启动转矩较大，故选用6台容量为1000kVA的变频器；并且每台变频器的的功率单元的电流值选为1020A，而每台电机的额定电流为800A，完全满足输送机机启动时的过载要求。6台变频器采用一拖一方式运行，即用6台变频器分别驱动6台电机。示意图如图1所示。
3管带机驱动控制方式对比
多驱动圆管状带式输送机的驱动控制方式主要分为机械式控制和电气控制启动：机械软起动，主要代表是液力耦合器，这种方式主要的优点是控制点少，由于不需要控制系统控制，减少了控制策略的选择；缺点是调试阶段繁琐，电机同步性差，多台电机间的电流会有不同。电气软启动器：减少液力耦合器，通过电机软启动器来控制电机的启动斜率，几台电机同PLC控制系统协调同步策略。由于减少了液藕，机械维护环节减少；缺点是软启动器可调范围比较小，对于长距离、多台驱动电机的皮带机系统容易出现调整范围不够灵活的情况。变频器控制系统：启动策略可以通过变频器间通讯实现，响应速度快，多台电机间的同步率高，可有效的保护系统在启动阶段对皮带的损害。缺点是相对价格会偏高，配电系统相对复杂一些。
4变频电机同步策略的选择
由于管带机的头部和尾部电机之间是特殊的软连接关系，在直接投网运行时很容易出现两电机输出功率的偏差很大，即所谓的输出功率不平衡的问题。不能处理好这个问题，既对电机产生损害，也对胶带的使用寿命产生影响。在这个项目上我们选用如下同步策略：同驱动滚筒的两台驱动速度同步，不同驱动滚筒的三组驱动力矩同步。电气主回路如图2所示。以TH2转运站尾部两台电机为例，两台变频器之间采用以太网络形成点到点通信，相互之间传送速度和力矩信号，主机1#变频器是速度控制（speed）通过DP网络或直接AI输入点获取系统设定的运行速度，从机2#变频器采用转矩控制（torque），通过以太网通信获取1#主机的实际输出力矩，动态跟随主电机转矩的变化而同步输出相同力矩，保证两台电机负载平衡。在正常的运行范围内，从机的速度调节器（speedcontroler）输出为零，从机时刻跟随主机的转矩给定（torqueref1），保持了负载的平衡。TH4转运站4台电机与TH2相同配置，其中3、4#电机为一组，5、6#电机为一组，分别组成一组主从应用。通过通信功能，可以完美实现每一组电机内部的负载分配和同步。为了实现三组传动点之间的负荷分配，三组变频器中的主机之间可以采用变频器速度同步+力矩跟随方式来完美实现，具体方案如下：1、3、5#变频器同时接受DCS系统或上位机系统发出的相同的启动命令和设定速度，同时，除了1#主机（可以根据工艺需要指定）外，3、5#变频器内部的力矩环PID开始根据实际的输出力矩进行计算，微量调整变频器实际的输出速度，使负载高的变频器输出速度略微降低，减少负载，而负载低的变频器输出速度略微升高，增加负载，以此来实现三组传动点之间的负荷平衡。
5PLC控制系统参与实现变频器的主从控制
PLC控制系统是整个多机驱动带式输送机变频调速系统的重要组成部分，它与变频调速装置配合实现了系统功能。本方案PLC控制系统核心器件采用西门子公司的step7-400H系列PLC，并采用冗余结构，保证系统可靠运行，控制部分主要包含以下设备：2个PLC主站（冗余），3个分布式I/O站和1套组态软件。主站和从站间采用Profibus-DP总线通讯连接，由于头部从站与尾部从站间的距离远，通过光纤链路模块将电信号转化成光信号传输，来保证通讯速率达到要求。同时皮带机各保护仪表及保护装置通过DUP-Line总线编码地址后接入控制系统，很好的实现了对触动保护装置位置定位。快速定位，及时处理，减轻了运行、检修人员日常巡检的工作量。
结语
总之目前国内长距离皮带输送机越来越多，合理选择控制系统既有利于系统稳定可靠运行，也有利于降低皮带带强，降低造价。本项目选择变频器驱动电机，很好的解决了多台电机间的功率同步、速度一致的问题。也有效抑制带式输送机动态张力波可能对输送带和机械设备造成的危害，延长输送机使用寿命，增加输送系统的安全性和可靠性。因此变频调速控制系统在长运距带式输送机中可以逐渐得到应用。
作者：王珺 单位：福建龙净环保股份有限公司物料输送事业部
参考文献
[1]谭栋才.基于总线通信变频多点驱动控制系统在长距离下运式带式输送机上的应用[C].第三届全国煤炭工业生产一线青年技术创新论坛，2008