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皮带生产线的主动控制策略

        发布时间:2014-07-08  13:17:18      来源:http://www.shusongjish.com/ 作者:昱音机械

        由于皮带生产线的输送带粘弹性性质和各种阻力的作用,皮带生产线的驱动控制系统是一个复杂的机电系统。其中存在一个关健问题,即皮带生产线的功率平衡控制问题。针对多电机驱动皮带生产线需要协调控制的特点,对进行变频调速的多台变频器采用主从控制技术,即可实现各电机之间的功率平衡,并且能有效的减小启动电流冲击及机械冲击,降低企业生产成本,提高煤矿生产效率。

        皮带生产线是一种摩擦驱动以连续方式输送物料的输送机械,主要是由机架、输送带、滚筒、托辊、张紧装置、传动装置进行组合而成的。它可以进行将物料在一定的输送线上,由最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程,它既可以进行碎散物料的输送,也可以进行成件物品的输送。除了纯粹的物料输送之外,还可以与各工业企业生产流程的工艺过程的要求进行相配合,并且形成有节奏的流水作业输送线。

       皮带生产线有着连续输送物料,大运量、长距离并且运行可靠等特点,非常易于实现自动化和集中化控制,是目前煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关健设备。随着高效开采工艺的发展,皮带生产线偏向着长距离、大运量、高带速、大功率的大型化方向发展。大型皮带生产线的输送线路长、输送量大,使得单条皮带生产线的装机功率越来越大,以致单台电机已不能产生皮带生产线所需的驱动力。因此,现场大型皮带生产线的驱动装置多采用多电机多点驱动的方式,这样可以在很大程度上减少皮带所需的强度,降低企业生产成本,降低电网电压的峰值,同时也有利于设备的小型化,提高企业经济效益。


  主从控制是指以需要同步的几个驱动单元中的一个驱动单元的相关参数作为其他驱动单元的跟踪对象而进行控制并达到同步驱动的控制形式。即选择驱动系统中的一台电动机作为主机,其余电动机作为从机。主机以用户给定的速度等给定值作为参考值,在运行过程中跟踪系统给定值;从机不再跟踪系统给定值而是以主机的转矩等输出值作为自己的参考值,在运行过程中跟踪主机的相关参数。这样,多台电机并不是分别跟踪系统的给定值,而是从机跟踪主机,使得多台电机实现同步协调控制和功率平衡。

    在多电机主从控制系统中,传动系统由几个驱动单元共同驱动,各驱动单元的电动机轴通过不同的方式相互连接。其连接方式分为两种:刚性连接和柔性连接,本文主要分析刚性连接方式。所谓刚性连接,是指几个不同电动机轴之间通过减速器、齿轮、链条等硬连接方式进行连接的。在这种连接方式中,只要其中一台电动机运行,另外一台或几台电动机也将被动运行,主机和从机的机械结构连接保证了速度同步。

  ABB公司ACS800系列变频器主从控制技术的核心控制原理是直接转矩控制。当主从机为刚性连接时,主机采用速度控制模式,从机采用转矩控制模式。图2为主从机为刚性连接时,从机跟随主机转矩给定的控制原理图。

  主机采用速度控制模式,从机采用转矩控制模式。主机转速控制器比较转速给定值与编码器实测的转速实际值,通过PI调节器得到初始转矩给定值,该初始值经过频率限幅、直流电压限幅、功率限幅和转矩限幅后,得到最终转矩给定值。该转矩给定值在转矩滞环比较器内同转矩实际值进行比较,同时定子磁链给定值在磁链滞环比较器内同定子磁链实际值进行比较,就可以得到最优的PWM开关信号,并通过驱动逆变器的开关器件达到调节电机转速的目的。与此同时,主机速度控制器得到的最终转矩给定值同样作为从机的转矩给定值,使得主从机能够均衡分配负载,实现功率平衡。

  由于从机采用转矩控制模式,那么从机的转速将由主机速度和机械耦合度共同决定。当主从机机械耦合度较高时,从机速度能够与主机保持一致;当主从机机械耦合度较低时,从机速度将不能与主机保持一致。此时,从机的实际负载转矩将由于机械原因而减小,从机的实际负载转矩将小于来自主机的最终转矩给定值,这将导致从机转速迅速升高,直到达到其转速的限幅值。这样,从机控制模式将由转矩控制模式变为速度控制模式,从机转速限幅值为其速度给定值。在实际应用中,在从机速度环增加窗口控制功能(Window Control)以防止出现上述情况。当主从机机械耦合度变差时,从机转速升高,当其超过窗口控制功能所设定的转速范围后,窗口控制功能将激活从机转速控制器中的PI调节器输出转矩给定值,并将该转矩给定值与主机转矩给定值的和作为新的从机转矩给定值,以此来保证从机转速被限制在窗口控制功能设定的限制范围之内。http://www.shusongjish.com/生产线技术整理发布。






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