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(jiǎn)單、易于維護(hù)，能方便地實(shí)現(xiàn)程序化和自動(dòng)化控制。運(yùn)用輸送帶的連續(xù)與間歇性運(yùn)動(dòng)來(lái)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(duì)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(dòng)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(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(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(dòng)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(zhǎng)、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(chǎng)及選礦廠中。根據(jù)輸送工藝要求，可以單臺(tái)輸送，也可多臺(tái)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(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(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(dòng)方式均采用較為傳統(tǒng)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(shè)備使用了變頻啟動(dòng)。
常見(jiàn)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分布圖
2、1原有啟動(dòng)方式的常見(jiàn)問(wèn)題
業(yè)內(nèi)常用的電動(dòng)機(jī)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(shè)置啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)初始力矩對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)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(jù)設(shè)定時(shí)間平滑啟動(dòng)，啟動(dòng)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(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(duì)設(shè)備的啟動(dòng)與常規(guī)控制，但在設(shè)備長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中，用戶與設(shè)備制造商也發(fā)現(xiàn)上述幾種啟動(dòng)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(dòng)對(duì)電網(wǎng)與設(shè)備的沖擊較大3、啟動(dòng)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(dòng)與工頻切換問(wèn)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(zhǎng)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(dòng)，工變頻切換，轉(zhuǎn)速跟蹤等啟動(dòng)問(wèn)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(dòng)裝置是最新一代用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一種變頻機(jī)構(gòu)裝置，與傳統(tǒng)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(tǒng)軟啟動(dòng)的三分之一，起動(dòng)過(guò)程平滑，對(duì)負(fù)載無(wú)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(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(yīng)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(wěn)定可靠:起動(dòng)平滑，對(duì)負(fù)載無(wú)沖擊;
4、無(wú)擾投切:通過(guò)鎖相環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)后無(wú)擾動(dòng)切換;
5、性價(jià)比高:體積小、重量輕、性價(jià)比高;
6、長(zhǎng)壽命:能夠滿足電機(jī)連續(xù)起動(dòng)需求，起動(dòng)次數(shù)不受限制，延長(zhǎng)了電機(jī)壽命;
7、功能兼容:不需要改變?cè)泄虘B(tài)軟起動(dòng)裝置邏輯，與原系統(tǒng)完全兼容;
8、行業(yè)標(biāo)桿:國(guó)內(nèi)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(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(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)多機(jī)啟動(dòng)，工變頻切換，轉(zhuǎn)速跟蹤啟動(dòng)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：
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?cè)谄渌袠I(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(tái)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(dòng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到50Hz或設(shè)定頻率后，通過(guò)內(nèi)部簡(jiǎn)易PLC與IPD的檢測(cè)運(yùn)輸回饋再進(jìn)行邏輯控制，將變頻工作回路的電動(dòng)機(jī)投切到工頻，從而達(dá)到一臺(tái)變頻器一拖多的啟動(dòng)效果，只需一臺(tái)電動(dòng)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(duì)負(fù)載一拖多的自動(dòng)投切，能達(dá)到無(wú)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(guò)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(dòng)機(jī)甩到工頻電網(wǎng)，對(duì)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(huì)大于直接啟動(dòng)電流（電動(dòng)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(duì)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(guò)自身軟硬件達(dá)到先變頻啟動(dòng)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(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的無(wú)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(dòng)。此時(shí)變頻器內(nèi)部I/O擴(kuò)展模塊檢測(cè)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(dòng)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(wú)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(dòng)裝置大多數(shù)還以軟啟動(dòng)器為主，軟啟動(dòng)器裝置對(duì)電機(jī)起動(dòng)電流有一定局限性，但通常起動(dòng)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(dòng)過(guò)程中電機(jī)不允許有較大振動(dòng)，起動(dòng)后運(yùn)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(tǒng)可靠性，變頻電磁軟起動(dòng)裝置，可以滿足用戶類似的需求。
集合上述變頻電磁軟起動(dòng)裝置的功能，與成都大宏立機(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(wú)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(dòng)機(jī)主電路1-1
帶式輸送機(jī)電動(dòng)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(dòng)運(yùn)行，共用了2臺(tái)55KW與3臺(tái)45KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)。1-2號(hào)線協(xié)同一個(gè)工作段位運(yùn)行，3-4號(hào)線協(xié)同另一個(gè)工作段位運(yùn)行，5號(hào)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(tái)變頻電磁軟啟，分別啟動(dòng)這5臺(tái)設(shè)備后進(jìn)行無(wú)擾投切到工頻再帶載運(yùn)行。
設(shè)備啟動(dòng)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(tái)電機(jī)啟動(dòng)后再能啟動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)，不能同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)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(duì)點(diǎn)啟動(dòng)。（不能同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的要求）
以一號(hào)生產(chǎn)線的啟動(dòng)流程為例：要求首先變頻電磁軟啟將輸送機(jī)1的電動(dòng)機(jī)以變頻模式啟動(dòng)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(dòng)輸送機(jī)2工段的電機(jī)，第二臺(tái)電機(jī)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(hào)生產(chǎn)線的啟動(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(cè)輸出到電動(dòng)機(jī)三相電流的相序與相位進(jìn)行存儲(chǔ)，在通過(guò)數(shù)字I/O擴(kuò)展模塊，檢測(cè)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(duì)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(duì)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(jī)構(gòu)硬件電路不造成沖擊導(dǎo)致主器件損壞）
二號(hào)生產(chǎn)線、三號(hào)生產(chǎn)線都采用相同的啟動(dòng)模式達(dá)成，這樣整條生產(chǎn)線的電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)多臺(tái)電機(jī)。
2、每臺(tái)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(tái)電機(jī)能獨(dú)立檢測(cè)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(tái)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(cè)點(diǎn)能獨(dú)立體現(xiàn)是那一臺(tái)電機(jī)故障（方便檢修）
7、操作機(jī)構(gòu)要做出每臺(tái)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(tái)面控制機(jī)構(gòu)的布局
4、效果與優(yōu)劣勢(shì)分析
通過(guò)上述內(nèi)容我們對(duì)此用法的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)反饋，總結(jié)了對(duì)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(duì)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(tái)電機(jī)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(duì)設(shè)備與電網(wǎng)的沖擊，變頻電磁軟啟啟動(dòng)不受次數(shù)限制、
C、傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)、液力偶合器、液粘軟啟動(dòng)裝置，是一種降轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)方式，起動(dòng)力矩小，起動(dòng)電流大，不利于滿足重載起動(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(yùn)行，啟動(dòng)效率高，與變頻器應(yīng)用解決方案相比，對(duì)電網(wǎng)沒(méi)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(duì)每臺(tái)電機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻啟動(dòng)與變頻調(diào)速控制、也是一大遺憾，目前在機(jī)械傳動(dòng)行業(yè)利用變頻調(diào)速器啟動(dòng)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(yǔ)
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(dòng)裝置已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)控制領(lǐng)域中，它啟動(dòng)平滑的調(diào)速優(yōu)勢(shì)，高可靠性，啟動(dòng)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(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(yīng)用體驗(yàn)，已取代了大多數(shù)傳統(tǒng)的啟動(dòng)與調(diào)速方式，在一定的程度上提高了設(shè)備的自動(dòng)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(zhǎng)設(shè)備使用壽命，變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用推動(dòng)了整個(gè)電氣傳動(dòng)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、《Hope400S電磁軟起用戶手冊(cè)》 希望森蘭科技股份有限公司
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