1、 概述
皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，設備結構簡(jiǎn)單、易于維護，能方便地實(shí)現程序化和自動(dòng)化控制。運用輸送帶的連續與間歇性運動(dòng)來(lái)輸送固態(tài)物料、顆狀物品，其運行速度高、平穩，噪音低，并可以對輸送物料的位置達成上下高低傳送。
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(dòng)機構、輸送帶、托輥、滾筒、張緊裝置、機械減速裝置等組成。根據用途可分為：重型皮帶輸送機和輕型皮帶輸送機。根據結構形式又可分為：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(xiàn)上進(jìn)行連續的輸送運輸。帶式輸送機既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以用來(lái)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(guò)程的要求相配合，形成有節奏的流水作業(yè)運輸，皮帶輸送機又稱(chēng)帶式輸送機、膠帶輸送機，是一種以摩擦驅動(dòng)方式連續運輸物料的機械。具有適應性強、阻力小、壽命長(cháng)、維修方便、保護裝置齊全等顯著(zhù)特點(diǎn)。
皮帶輸送機適用范圍：
可以用于水平運輸或傾斜運輸，使用非常方便，普遍應用于現代化的各種工業(yè)企業(yè)中，如：礦山的井下巷道、礦井地面運輸系統、露天采礦場(chǎng)及選礦廠(chǎng)中。根據輸送工藝要求，可以單臺輸送，也可多臺組成或與其他輸送設備組成水平或傾斜的輸送系統，以滿(mǎn)足不同布置形式的作業(yè)線(xiàn)需要。已成為整個(gè)行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節中的重要設備之一。
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，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(hù)提供砂石成套生產(chǎn)線(xiàn)、環(huán)保智能砂石破碎工廠(chǎng)和綠色材料科技園三類(lèi)產(chǎn)品，同時(shí)也有大量皮帶輸送機設備的生產(chǎn)與銷(xiāo)售和服務(wù)。我們公司與該公司屬戰略合作單位，在以往的皮帶輸送機系統中。
常用的啟動(dòng)方式有：軟啟動(dòng)、液力偶合器、液粘軟啟動(dòng)裝置、近年采用了變頻啟動(dòng)方式。
大宏立機器公司生產(chǎn)的皮帶運輸機：TDY系列
TD系列大型皮帶運輸機
該單位在與我公司合作之前，輸送機設備與破碎機設備啟動(dòng)方式均采用較為傳統的：軟啟動(dòng)、液力偶合器、液粘軟啟動(dòng)、的啟動(dòng)方式，少量設備使用了變頻啟動(dòng)。
常見(jiàn)帶式輸送機傳動(dòng)機構分布圖
2、1原有啟動(dòng)方式的常見(jiàn)問(wèn)題
業(yè)內常用的電動(dòng)機啟動(dòng)方式主要有以下5種：全壓直接啟動(dòng)、Y-Δ啟動(dòng)、自耦減壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)器啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)
降壓?jiǎn)?dòng)有、星/三角和自耦降壓?jiǎn)?dòng)，缺點(diǎn)是啟動(dòng)力矩小，僅適用于無(wú)載或輕載啟動(dòng)。
軟啟動(dòng)、可以設置啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)初始力矩對設備實(shí)現軟啟動(dòng)與軟停止，并能限制啟動(dòng)電流。
變頻啟動(dòng)、能根據設定時(shí)間平滑啟動(dòng)，啟動(dòng)參數可調，各項保護功能與自控功能豐富，并讓設備運行在設定頻率
帶式輸送機行業(yè)采用的啟動(dòng)方式有軟啟動(dòng)、液力偶合器、液粘軟啟動(dòng)裝置等方式，雖然能得到對設備的啟動(dòng)與常規控制，但在設備長(cháng)期應用過(guò)程中，用戶(hù)與設備制造商也發(fā)現上述幾種啟動(dòng)運行方式存在許或多或少的題：1、不同的系統應用繁瑣程度不一2、啟動(dòng)對電網(wǎng)與設備的沖擊較大3、啟動(dòng)設備時(shí)的保護功能較為薄弱4、智能化控制水平較低等。
為了解決在該業(yè)的多電機啟動(dòng)與工頻切換問(wèn)題，我們公司與大宏立機器股份有限公司公司的設計團隊，進(jìn)行長(cháng)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(lèi)似設備的多電機啟動(dòng)，工變頻切換，轉速跟蹤等啟動(dòng)問(wèn)題。
3、設計方案的實(shí)施
系統采用希望森蘭Hope400系列電磁軟啟，Hope400系列電磁軟起動(dòng)裝置是最新一代用于電機驅動(dòng)的一種變頻機構裝置，與傳統的固態(tài)軟起動(dòng)裝置相比，起動(dòng)力矩更大，起動(dòng)電流只有傳統軟啟動(dòng)的三分之一，起動(dòng)過(guò)程平滑，對負載無(wú)沖擊，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(lèi)等重載設備起動(dòng)，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)域應用。
變頻電磁軟啟性能介紹：
1、起動(dòng)力矩大，能夠輸出150%的起動(dòng)力矩;
2、起動(dòng)電流小:起動(dòng)電流小于120%的額定電流;
3、穩定可靠:起動(dòng)平滑，對負載無(wú)沖擊;
4、無(wú)擾投切:通過(guò)鎖相環(huán)技術(shù)，實(shí)現起動(dòng)后無(wú)擾動(dòng)切換;
5、性?xún)r(jià)比高:體積小、重量輕、性?xún)r(jià)比高;
6、長(cháng)壽命:能夠滿(mǎn)足電機連續起動(dòng)需求，起動(dòng)次數不受限制，延長(cháng)了電機壽命;
7、功能兼容:不需要改變原有固態(tài)軟起動(dòng)裝置邏輯，與原系統完全兼容;
8、行業(yè)標桿:國內首家推出低壓變頻電磁軟啟動(dòng)裝置;
Hope400S系列變頻電磁軟起
通過(guò)利用希望森蘭Hope400系列電磁軟起結合PLC系統進(jìn)行邏輯控制，達成帶式輸送機在多電機啟動(dòng)時(shí)實(shí)現多機啟動(dòng)，工變頻切換，轉速跟蹤啟動(dòng)等功能，主要構成電路如下。
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：
希望森蘭Hope400系列變頻電磁軟啟的工變頻切換過(guò)程，與多年前我們在其他行業(yè)（大多在水泵一拖多中應用）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用的切換方式為：變頻器啟動(dòng)電動(dòng)機達到50Hz或設定頻率后，通過(guò)內部簡(jiǎn)易PLC與IPD的檢測運輸回饋再進(jìn)行邏輯控制，將變頻工作回路的電動(dòng)機投切到工頻，從而達到一臺變頻器一拖多的啟動(dòng)效果，只需一臺電動(dòng)機保持變頻調速調節負荷量工作。
優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現對負載一拖多的自動(dòng)投切，能達到無(wú)人值守滿(mǎn)足用戶(hù)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或指定到達頻率后，通過(guò)接觸器旁路方式直接投切到工頻，這種投切方式相當于直接把電動(dòng)機甩到工頻電網(wǎng)，對電網(wǎng)和電氣設備的沖擊非常大，甚至有時(shí)候沖擊電流會(huì )大于直接啟動(dòng)電流（電動(dòng)機在慣性運轉處于發(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)和設備的沖擊非常大。
變頻電磁軟啟的工作原理截然不同，通過(guò)自身軟硬件達到先變頻啟動(dòng)再投入工頻并聯(lián)運行，再斷開(kāi)變頻輸出，真正實(shí)現了對電網(wǎng)和設備的無(wú)擾投切功能。
工作流程如上圖所示：空氣開(kāi)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(dòng)。此時(shí)變頻器內部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，當變頻機構工作達到50Hz，KM2吸合讓工頻與變頻同事并網(wǎng)帶動(dòng)負載。待負載工作穩定后變頻器裝置斷開(kāi)，從而實(shí)現工變頻的無(wú)擾投切流程。
目前在行業(yè)內三相交流異步電機軟起動(dòng)裝置大多數還以軟啟動(dòng)器為主，軟啟動(dòng)器裝置對電機起動(dòng)電流有一定局限性，但通常起動(dòng)電流在電機額定電流的2~3倍以上。當用戶(hù)前變壓器容量較小，或起動(dòng)過(guò)程中電機不允許有較大振動(dòng)，起動(dòng)后運行在50Hz(工頻)時(shí)，采用變頻電磁起動(dòng)方式為最佳選擇，為了進(jìn)一步降低能耗，提高系統可靠性，變頻電磁軟起動(dòng)裝置，可以滿(mǎn)足用戶(hù)類(lèi)似的需求。
集合上述變頻電磁軟起動(dòng)裝置的功能，與成都大宏立機器公司研發(fā)團隊一起，我們開(kāi)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，可實(shí)現工變頻無(wú)擾投切的控制方案及圖紙，目前已用于各類(lèi)礦山與工廠(chǎng)物料輸送設備。
變頻電磁軟啟裝置主供電圖
帶式輸送機電動(dòng)機主電路1-1
帶式輸送機電動(dòng)機主電路1-2
變頻電磁軟啟參數設置一覽表
輸送機系統工作流程描述：
以上為五條帶式輸送生產(chǎn)線(xiàn)示意圖，其中每條線(xiàn)可獨立啟動(dòng)運行，共用了2臺55KW與3臺45KW電機驅動(dòng)。1-2號線(xiàn)協(xié)同一個(gè)工作段位運行，3-4號線(xiàn)協(xié)同另一個(gè)工作段位運行，5號線(xiàn)獨立工位運行，其整個(gè)電路控制需要實(shí)現一臺變頻電磁軟啟，分別啟動(dòng)這5臺設備后進(jìn)行無(wú)擾投切到工頻再帶載運行。
設備啟動(dòng)注意事項：根據生產(chǎn)工藝流程及控制部分設計原理，必須在每條線(xiàn)每臺電機啟動(dòng)后再能啟動(dòng)下一臺電機，不能同時(shí)啟動(dòng)多臺電機，二次控制電路中有PLC參與程序控制，也寫(xiě)入了相關(guān)設備互鎖關(guān)聯(lián)保護程序，保證軟硬件都能達成電機點(diǎn)對點(diǎn)啟動(dòng)。（不能同時(shí)啟動(dòng)多臺電機的要求）
以一號生產(chǎn)線(xiàn)的啟動(dòng)流程為例：要求首先變頻電磁軟啟將輸送機1的電動(dòng)機以變頻模式啟動(dòng)到工頻達到50Hz后，再將電機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(dòng)輸送機2工段的電機，第二臺電機啟動(dòng)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(xiàn)的啟動(dòng)流程完成，即可加載投入生產(chǎn)。
工作中變頻電磁軟啟會(huì )通過(guò)自身軟硬件功能，檢測輸出到電動(dòng)機三相電流的相序與相位進(jìn)行存儲，在通過(guò)數字I/O擴展模塊，檢測此時(shí)工頻三相電源的相序與相位進(jìn)行讀取，在2秒內就可完成兩組數據信息的讀取與對比，變頻機構輸出50Hz并穩定運行短暫時(shí)間后，機構將立即進(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構輸出并聯(lián)運行（變頻機構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)現對工變頻切換時(shí)的勿擾動(dòng)投切，同時(shí)也保證了變頻器機構硬件電路不造成沖擊導致主器件損壞）
二號生產(chǎn)線(xiàn)、三號生產(chǎn)線(xiàn)都采用相同的啟動(dòng)模式達成，這樣整條生產(chǎn)線(xiàn)的電機啟動(dòng)流程就完成，工廠(chǎng)的輸送系統全部開(kāi)啟。
電路中的注意事項：
1、不能同時(shí)啟動(dòng)多臺電機。
2、每臺電機工頻輸入側必須加裝綜合保護裝置(熱保護器）
3、單臺電機能獨立檢測運行電流。
4、變頻電磁軟啟選型一定要大于系統中功率最大的一臺電機功率
5、在電路中最好增加一套相序保護裝置，能精準判斷電源輸入是否缺相。
6、保護電路中電機故障檢測點(diǎn)能獨立體現是那一臺電機故障（方便檢修）
7、操作機構要做出每臺電機運行狀態(tài)的指示（工頻與變頻運行狀態(tài)的指示）
操作臺面控制機構的布局
4、效果與優(yōu)劣勢分析
通過(guò)上述內容我們對此用法的實(shí)際現場(chǎng)反饋，總結了對該應用的如下優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
A、降低電力系統總投資，提高系統綜合能源使用效率，對電網(wǎng)容量要求小，降低整個(gè)系統使用成本、
B、解決了多臺電機啟動(dòng)難問(wèn)題，采用軟啟動(dòng)、液力偶合器、液粘軟啟動(dòng)對設備與電網(wǎng)的沖擊，變頻電磁軟啟啟動(dòng)不受次數限制、
C、傳統的軟啟動(dòng)、液力偶合器、液粘軟啟動(dòng)裝置，是一種降轉矩的起動(dòng)方式，起動(dòng)力矩小，起動(dòng)電流大，不利于滿(mǎn)足重載起動(dòng)需求;而采用電磁軟起動(dòng)裝置，很好的解決了上述問(wèn)題、
D、變頻電磁軟起動(dòng)裝置起動(dòng)完成，可以完全退出運行，啟動(dòng)效率高，與變頻器應用解決方案相比，對電網(wǎng)沒(méi)有任何諧波污染、
缺點(diǎn)：
雖然從經(jīng)濟角度看設備總投入是有大幅度降低，但不能對每臺電機同時(shí)實(shí)現變頻啟動(dòng)與變頻調速控制、也是一大遺憾，目前在機械傳動(dòng)行業(yè)利用變頻調速器啟動(dòng)調速運行的案例比比皆是，也得到業(yè)內應用的肯定認可。
5、結束語(yǔ)
隨著(zhù)電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調速的技術(shù)已非常成熟，變頻調速及啟動(dòng)裝置已廣泛應用在各行各業(yè)驅動(dòng)與傳動(dòng)控制領(lǐng)域中，它啟動(dòng)平滑的調速優(yōu)勢，高可靠性，啟動(dòng)轉矩大，高控制精度，且能達到節能效果，提高設備自動(dòng)化控制水平等優(yōu)點(diǎn)，在電氣傳動(dòng)控制行業(yè)中得到了很好的應用體驗，已取代了大多數傳統的啟動(dòng)與調速方式，在一定的程度上提高了設備的自動(dòng)化水平，有效降低系統的能耗及機械的維護成本，延長(cháng)設備使用壽命，變頻調速裝置的應用推動(dòng)了整個(gè)電氣傳動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。
參考文獻：
1、《變頻器應用基礎》2011年機械工業(yè)出版社出版 作者：石秋潔
2、《變頻器技術(shù)及應用》2021年機械工業(yè)出版社出版 作者：姜慧 、張虹
3、《Hope400S電磁軟起用戶(hù)手冊》 希望森蘭科技股份有限公司
四川省成都市西航港經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區空港二路1599號
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