1、 概述
皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易于維護，能方便地實現(xiàn)程序化和自動化控制。運用輸送帶的連續(xù)與間歇性運動來輸送固態(tài)物料、顆狀物品，其運行速度高、平穩(wěn)，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、電氣傳動機構(gòu)、輸送帶、托輥、滾筒、張緊裝置、機械減速裝置等組成。根據(jù)用途可分為：重型皮帶輸送機和輕型皮帶輸送機。根據(jù)結(jié)構(gòu)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上進行連續(xù)的輸送運輸。帶式輸送機既可以進行碎散物料的輸送，也可以用來成件物品的輸送。除進行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸，皮帶輸送機又稱帶式輸送機、膠帶輸送機，是一種以摩擦驅(qū)動方式連續(xù)運輸物料的機械。具有適應(yīng)性強、阻力小、壽命長、維修方便、保護裝置齊全等顯著特點。
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(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、礦井地面運輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中。根據(jù)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(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，同時也有大量皮帶輸送機設(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系統(tǒng)中。
常用的啟動方式有：軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置、近年采用了變頻啟動方式。
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(shè)備與破碎機設(shè)備啟動方式均采用較為傳統(tǒng)的：軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動、的啟動方式，少量設(shè)備使用了變頻啟動。
常見帶式輸送機傳動機構(gòu)分布圖
2、1原有啟動方式的常見問題
業(yè)內(nèi)常用的電動機啟動方式主要有以下5種：全壓直接啟動、Y-Δ啟動、自耦減壓啟動、軟啟動器啟動、變頻啟動
降壓啟動有、星/三角和自耦降壓啟動，缺點是啟動力矩小，僅適用于無載或輕載啟動。
軟啟動、可以設(shè)置啟動時間和啟動初始力矩對設(shè)備實現(xiàn)軟啟動與軟停止，并能限制啟動電流。
變頻啟動、能根據(jù)設(shè)定時間平滑啟動，啟動參數(shù)可調(diào)，各項保護功能與自控功能豐富，并讓設(shè)備運行在設(shè)定頻率
帶式輸送機行業(yè)采用的啟動方式有軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置等方式，雖然能得到對設(shè)備的啟動與常規(guī)控制，但在設(shè)備長期應(yīng)用過程中，用戶與設(shè)備制造商也發(fā)現(xiàn)上述幾種啟動運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、啟動對電網(wǎng)與設(shè)備的沖擊較大3、啟動設(shè)備時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)的多電機啟動與工頻切換問題，我們公司與大宏立機器股份有限公司公司的設(shè)計團隊，進行長期的研究與探討，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)備的多電機啟動，工變頻切換，轉(zhuǎn)速跟蹤等啟動問題。
3、設(shè)計方案的實施
系統(tǒng)采用希望森蘭Hope400系列電磁軟啟，Hope400系列電磁軟起動裝置是最新一代用于電機驅(qū)動的一種變頻機構(gòu)裝置，與傳統(tǒng)的固態(tài)軟起動裝置相比，起動力矩更大，起動電流只有傳統(tǒng)軟啟動的三分之一，起動過程平滑，對負載無沖擊，廣泛用于大功率壓縮機、皮帶機、破碎機、大功率水泵、風(fēng)機類等重載設(shè)備起動，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、起動力矩大，能夠輸出150%的起動力矩;
2、起動電流小:起動電流小于120%的額定電流;
3、穩(wěn)定可靠:起動平滑，對負載無沖擊;
4、無擾投切:通過鎖相環(huán)技術(shù)，實現(xiàn)起動后無擾動切換;
5、性價比高:體積小、重量輕、性價比高;
6、長壽命:能夠滿足電機連續(xù)起動需求，起動次數(shù)不受限制，延長了電機壽命;
7、功能兼容:不需要改變原有固態(tài)軟起動裝置邏輯，與原系統(tǒng)完全兼容;
8、行業(yè)標桿:國內(nèi)首家推出低壓變頻電磁軟啟動裝置;
Hope400S系列變頻電磁軟起
通過利用希望森蘭Hope400系列電磁軟起結(jié)合PLC系統(tǒng)進行邏輯控制，達成帶式輸送機在多電機啟動時實現(xiàn)多機啟動，工變頻切換，轉(zhuǎn)速跟蹤啟動等功能，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程，與多年前我們在其他行業(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：變頻器啟動電動機達到50Hz或設(shè)定頻率后，通過內(nèi)部簡易PLC與IPD的檢測運輸回饋再進行邏輯控制，將變頻工作回路的電動機投切到工頻，從而達到一臺變頻器一拖多的啟動效果，只需一臺電動機保持變頻調(diào)速調(diào)節(jié)負荷量工作。
優(yōu)點：能實現(xiàn)對負載一拖多的自動投切，能達到無人值守滿足用戶工藝需求。
缺點：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)于直接把電動機甩到工頻電網(wǎng)，對電網(wǎng)和電氣設(shè)備的沖擊非常大，甚至有時候沖擊電流會大于直接啟動電流（電動機在慣性運轉(zhuǎn)處于發(fā)電狀態(tài)，工頻投入時相序與相位很難100%匹配）所以對電網(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，通過自身軟硬件達到先變頻啟動再投入工頻并聯(lián)運行，再斷開變頻輸出，真正實現(xiàn)了對電網(wǎng)和設(shè)備的無擾投切功能。
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。此時變頻器內(nèi)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(dāng)變頻機構(gòu)工作達到50Hz，KM2吸合讓工頻與變頻同事并網(wǎng)帶動負載。待負載工作穩(wěn)定后變頻器裝置斷開，從而實現(xiàn)工變頻的無擾投切流程。
目前在行業(yè)內(nèi)三相交流異步電機軟起動裝置大多數(shù)還以軟啟動器為主，軟啟動器裝置對電機起動電流有一定局限性，但通常起動電流在電機額定電流的2~3倍以上。當(dāng)用戶前變壓器容量較小，或起動過程中電機不允許有較大振動，起動后運行在50Hz(工頻)時，采用變頻電磁起動方式為最佳選擇，為了進一步降低能耗，提高系統(tǒng)可靠性，變頻電磁軟起動裝置，可以滿足用戶類似的需求。
集合上述變頻電磁軟起動裝置的功能，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)，可實現(xiàn)工變頻無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
帶式輸送機電動機主電路1-1
帶式輸送機電動機主電路1-2
變頻電磁軟啟參數(shù)設(shè)置一覽表
輸送機系統(tǒng)工作流程描述：
以上為五條帶式輸送生產(chǎn)線示意圖，其中每條線可獨立啟動運行，共用了2臺55KW與3臺45KW電機驅(qū)動。1-2號線協(xié)同一個工作段位運行，3-4號線協(xié)同另一個工作段位運行，5號線獨立工位運行，其整個電路控制需要實現(xiàn)一臺變頻電磁軟啟，分別啟動這5臺設(shè)備后進行無擾投切到工頻再帶載運行。
設(shè)備啟動注意事項：根據(jù)生產(chǎn)工藝流程及控制部分設(shè)計原理，必須在每條線每臺電機啟動后再能啟動下一臺電機，不能同時啟動多臺電機，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)保護程序，保證軟硬件都能達成電機點對點啟動。（不能同時啟動多臺電機的要求）
以一號生產(chǎn)線的啟動流程為例：要求首先變頻電磁軟啟將輸送機1的電動機以變頻模式啟動到工頻達到50Hz后，再將電機輸出端切換到工頻電路，此時變頻電磁軟啟裝置處于閑置狀態(tài)，再啟動輸送機2工段的電機，第二臺電機啟動完畢后再投切到工頻，此時變頻電磁軟啟閑置，一號生產(chǎn)線的啟動流程完成，即可加載投入生產(chǎn)。
工作中變頻電磁軟啟會通過自身軟硬件功能，檢測輸出到電動機三相電流的相序與相位進行存儲，在通過數(shù)字I/O擴展模塊，檢測此時工頻三相電源的相序與相位進行讀取，在2秒內(nèi)就可完成兩組數(shù)據(jù)信息的讀取與對比，變頻機構(gòu)輸出50Hz并穩(wěn)定運行短暫時間后，機構(gòu)將立即進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(gòu)輸出并聯(lián)運行（變頻機構(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，其目的是實現(xiàn)對工變頻切換時的勿擾動投切，同時也保證了變頻器機構(gòu)硬件電路不造成沖擊導(dǎo)致主器件損壞）
二號生產(chǎn)線、三號生產(chǎn)線都采用相同的啟動模式達成，這樣整條生產(chǎn)線的電機啟動流程就完成，工廠的輸送系統(tǒng)全部開啟。
電路中的注意事項：
1、不能同時啟動多臺電機。
2、每臺電機工頻輸入側(cè)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(tǒng)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能獨立體現(xiàn)是那一臺電機故障（方便檢修）
7、操作機構(gòu)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(gòu)的布局
4、效果與優(yōu)劣勢分析
通過上述內(nèi)容我們對此用法的實際現(xiàn)場反饋，總結(jié)了對該應(yīng)用的如下優(yōu)缺點
優(yōu)點：
A、降低電力系統(tǒng)總投資，提高系統(tǒng)綜合能源使用效率，對電網(wǎng)容量要求小，降低整個系統(tǒng)使用成本、
B、解決了多臺電機啟動難問題，采用軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動對設(shè)備與電網(wǎng)的沖擊，變頻電磁軟啟啟動不受次數(shù)限制、
C、傳統(tǒng)的軟啟動、液力偶合器、液粘軟啟動裝置，是一種降轉(zhuǎn)矩的起動方式，起動力矩小，起動電流大，不利于滿足重載起動需求;而采用電磁軟起動裝置，很好的解決了上述問題、
D、變頻電磁軟起動裝置起動完成，可以完全退出運行，啟動效率高，與變頻器應(yīng)用解決方案相比，對電網(wǎng)沒有任何諧波污染、
缺點：
雖然從經(jīng)濟角度看設(shè)備總投入是有大幅度降低，但不能對每臺電機同時實現(xiàn)變頻啟動與變頻調(diào)速控制、也是一大遺憾，目前在機械傳動行業(yè)利用變頻調(diào)速器啟動調(diào)速運行的案例比比皆是，也得到業(yè)內(nèi)應(yīng)用的肯定認可。
5、結(jié)束語
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)速及啟動裝置已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)驅(qū)動與傳動控制領(lǐng)域中，它啟動平滑的調(diào)速優(yōu)勢，高可靠性，啟動轉(zhuǎn)矩大，高控制精度，且能達到節(jié)能效果，提高設(shè)備自動化控制水平等優(yōu)點，在電氣傳動控制行業(yè)中得到了很好的應(yīng)用體驗，已取代了大多數(shù)傳統(tǒng)的啟動與調(diào)速方式，在一定的程度上提高了設(shè)備的自動化水平，有效降低系統(tǒng)的能耗及機械的維護成本，延長設(shè)備使用壽命，變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用推動了整個電氣傳動行業(yè)的發(fā)展。
參考文獻：
1、《變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)》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(yīng)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)濟開發(fā)區(qū)空港二路1599號
電話：400-619-6968
傳真：028-85962488
郵箱：markd@dlhope.com
