长距离多驱动带式输送机控制系统设计

长距离多驱动带式输送机控制系统设计
【摘要】近年来超长距离带式输送机的设计和应用越来越多，由于距离的增加和地形的变化，使输送机的驱动方式有着多种多样的变化，其中多点驱动的输送机越来越常见，本文以大唐锡林浩特矿业公司东二号露天煤矿二期工程剥离系统B1106带式输送机为例进行说明。

【关键词】变频器；PLC；PROFIBUS-DP；PROFINET
一、设备概述
B1106带式输送机属二期工程的剥离带式输送机，水平机长1228m，由5台1800kw电机驱动；其中头部1#电机和头部2#电机为同轴驱动电机，头部3#电机和头部4#电机为同轴驱动电机，尾部为单驱动电机。

二、控制系统硬件
根据配电方案，其机头机尾分别设移动变电站为头部驱动电机和尾部驱动电机配电，根据驱动方案设计，头尾驱动电机均采用西门子罗宾康型变频器，控制器需提供PROFINET和Profibus-DP主站通信接口。

三、网络通信
头部S7-300控制器通过PROFIBUS-DP网络控制输送机头部的4台驱动电机，尾部S7-300控制器通过PROFIBUS-DP网络控制尾部的1台驱动电机。

头部和尾部的控制器通过PROFINET光纤网络互相通信。

控制网络系统图见插图。

1、PROFIBUS-DP（以下简称DP）驱动控制系统采用了DP和ProfiNET相结合的控制网络；DP作为高效的工业通信协议，DP通信协议只用到了OSI模型的第一层、第二层和第七层，通过协议模型的简化，提高了数据传输效率，这样的改进符合自动化实时性高的特点，DP可以组成庞大的控制网络，其每个网段可有127个节点，根据介质和距离不同，其传输速率可达9.6k/s～12M/s。

DP 主要采用了RS-485传输技术，作为常用的串行通信协议，其使用双绞线作为传输介质，这样的传输设备结构简单，成本低廉；此外RS485的二线差分平衡传输方式具有的另一优点是抗干扰性很强。

2、PROFINET PROFINET是1999年PI开始开发的工业以太网技术，其在通信速率、数据传输量等方面都远远超过DP，而且网络拓扑形式也多种多样，此外PROFINET的IRT技术使循环周期达到250μs，这也是DP不能达到的。

PROFINET技术由PROFINET IO和PROFINET CBA组成，PROFINET IO 用于对现场的分布式IO的控制，与原来DP在现场级的作用基本相同，PROFINET CBA用于控制器与控制器之间的通信，其下属的IO设备控制信息已在各自的控制内完成。

四、变频器控制方式
胶带输送机负载情况比较复杂，总体上表现为电动机转子输出轴上的恒转矩负载。

带式输送机的负载由摩擦力产生，因此需要较大的起动力矩。

采用速度闭环矢量控制方式，可获得全速度范围的高精度调速性能及动态性能，并具有极佳的低速性能。

带式输送机的启动命令由头部PLC发出，分别经DP和PROFINET 传给头部驱动的变频器和尾部驱动的变频器。

在启动和运行过程中所有驱动电机应尽可能保证转矩平衡即出力相同，该任务由设在头部的S7-300控制器完成，其实现方法可分为2种，一种为速度给定控制，另一种为速度跌落控制。

速度给定控制是将头部驱动的1#电机设定为主驱动电机，在启动过程中，头部S7-300控制器实时的读取变频器的瞬时转矩，并通过DP传给2#、3#和4#驱动变频器，通过PROFINET传给尾部的S7-300，尾部控制器再通过DP传给5#驱动变频器，以此保证各驱动电机的功率平衡；此外还需通过速度限制来保证设备的安全。

速度跌落控制是罗宾康变频器本身集成的控制功能，其主要用于变频器驱动多台电机耦合到同一负载，需要实现负载电流均衡的场合。

速度跌落量与变频器负载电流成正比，变频器负载电流越大，速度跌落越多；变频器负载电流越小，速度跌落越少；速度跌落越少的变频器将承担越多的负载，由此实现变频器和电机之间的平衡。

五、结论
在驱动方面由于其增加了预张紧的启动过程，增加了启动时间，对变频器的低速控制性能的要求也更高，所以需采用高性能的调速驱动方方式，如速度闭环矢量控制。

同时多机驱动应采用适当的速度跟随控制策略，这样就可以取得理想的速度同步和功率平衡效果。

在通信及控制方面，由于采用了目前先进的总线控制技术，使得变频器驱动控制及同步控制的信息传输更为快捷，得益于PROFINET高达100M/s的带宽和IRT毫秒级的循环时间，使之能够在上层网络彻底代替PROFIBUS-DP，达到多条长距离输送机系统控制的通信干网的要求。

本设计采用的变频器与PLC相结合的电控方式，与调速型液力耦合器相比，它具有系统设备维护量小，对电机的转速及转矩控制精确，环保节能等诸多优势，适合目前矿山及其它行业的长距离多驱动带式输送机使用。

参考文献
[1]SIMOVERT MASTERDRIVES VC DA652007.10
[2]王永华.现场总线技术及其应用教程（第2版）.机械工业出版社，2012。