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【摘 要】变频器在国内煤矿的应用主要集中在皮带输送机上，本文针对煤矿皮带机对变频器的特殊要求，探讨了煤矿皮带机选用变频器的原则，结合主井皮带机机械系统与主井皮带机电控系统的论述，对电控系统的自动化控制的实现方案进行了阐述。
【关键词】煤矿皮带系统；变频器；自动化控制
1、引言
随着电力电子技术的进步，变频器在煤矿皮带机场合的应用日渐成熟，针对皮带机系统多台电机协同控制的特点，采用多台变频器主从控制技术进行变频调速，能有效地提高煤矿生产效率、减小起动电流冲击及机械冲击、实现各电机之间的功率平衡。本文以某煤矿主井皮带机系统为例，详细阐述主井皮带机变频调速系统的实现方案。
2、系统介绍
2.1主井皮带机电控系统
该煤矿主井皮带机采用双滚筒、三驱模式。针对上述皮带机机械系统，设计了如图1所示的主井皮带机电控系统。
如图1所示，高压开关柜采用一备一用的双进线形式，进线电压等级为10kV，PT柜用于监测进线电压，馈出l连接10kV/660V的l#变压器原边，馈出2连接10kV/660v的2#变压器原边，馈出3连接10kv/380v的3#变压器原边；l#变压器副边给l#变频器BP1、2#变频器BP2供电，2#变压器副边给3#变频器BP3供电，3#变压器副边给低压配电柜供电；低压配电柜给工艺控制柜(PLC柜)及其他外围设备供电；1#、2#、3#变频器分别驱动电机A、B、C。
2.2变频调速系统
如图1所示，电控系统采用3台ABB公司生产的ACS80一04系列变频器BP1、BP2、BP3，分别拖动电机A、B、C。
ACS800一04变频器采用直接转矩控制。其控制思想为：结合检测的直流母线电压及变频器逆变部分三相开关管状态进行电压重构，得到定子三相电压；将重构得到的定子三相电压及检测的定子三相电流送至磁链模型及转矩模型中，可得定子磁链及转矩的实际值；在滞环比较器中，将定子磁链及转矩实际值分别与相应的给定值进行比较，得到PWM信号，驱动逆变部分功率器件的开通与关断，产生输出电压的SVPWM波形，控制电机变频调速。优点是在加减速或负载变化的动态过程中，可获得快速的转矩响应；选用定子磁链作为被控量，磁链模型不受转子参数的影响，增强系统的鲁棒性。
2.3自动化控制系统
煤矿主井皮带机自动化控制系统采用Siemans公司生产的S7-300可编程序控制器，通过CPU315-2PN/DP模块中MPI/DP端与变频器BP1、BP2、BP3及触摸屏TP170A组成ProfibusDP网络进行通讯，并对变频器BP1、BP2、BP3进行控制、过程数据采集监视。
3、系统实现方案
3.1变频器主从控制方式
由图1皮带机机械系统可知：电机A、B、C通过两个滚筒共同拖动一条皮带运行，电机A、B之间属于刚性连接，电机A、C之间属于柔性连接。在皮带机全速段運行过程中，应保证三台电机输出的转矩、转速均相同，进而保证三台电机输出功率相同。为此，需对三台变频器进行主从控制。
现场设置变频器BP1为主机，BP2、BP3为从机。电机A、B之间为刚性连接，此时机械结构已保证两电机的转速同步，故BP2从机采用转矩控制模式，即跟随BPI主机的转矩给定，以保证两电机承担的负载转矩平衡，进而达到功率平衡；电机A、C之间为柔性连接，此时机械结构已不能保证电机A、C同步运行的要求，此时BP3从机采用转速控制模式时，即跟随BP1主机的转速给定，同时需利用转矩下垂特性以保证电机A、C电机承受的负载转矩平衡，根据现场实际运行情况，可在参数60.06DROOPRATE中定义合适的下垂速率降。
3.2主从机通讯实现方案
多台ACS800变频器采用主从控制方式时，需为每台变频器配置一块RDCO板，它们之间通过光纤进行通讯。主机通过光纤向从机发送一个16位的控制字和一个16位的转速或转矩给定值，实现对从机的控制。一般情况下，从机不通过主从通讯链路向主机发送任何反馈数据，而将从机的故障信号连至主机的运行使能信号端，形成联锁。一旦发生故障，联锁将同时停止主机和从机的运行。
3.3自动化控制系统实现
如图1所示，自动化控制系统采用S7一300可编程序控制器对变频器进行控制PLC只向BP1主机发送信号，BP1主机再通过主从通讯链路(光纤通讯)对BP2、BP3从机进行控制；同时，主从机的过程数据反馈至PLC系统中，并在触摸屏TP170A中进行显示，以实现变频器数据的监视。
变频器通过RPBA一01ProfibusDP适配器模块与S7一300组成ProfibusDP网络。变频器参数98.07可选择通讯协议，参数组51COMMMODDATA月队中可设置通讯类型、站点地址、波特率。本方案中通讯协议为ABBDrives协议，通讯类型为PPO4，主从地址分别为3、4、5，波特率均为500Kbps。
在STEP7编程软件中，需进行DP网络硬件配置。安装RPBA一01GSD文件(ABB_0812.GSD)，选择Opera-tionmode(ABBDrives)，设置与变频器中相对应的通讯类型(PPO4)、主从站点地址(3、4、5)、波特率(500Kbps)。
此时，即完成PLC与变频器之间的通讯设置。通过PLC向BP1主机发送控制字47FH和转速给定，观察所有电机是否启动并最终按给定转速匀速运行；若需正常停车时，向BP1主机发送控制字476H，观察所有电机是否按所选择的停车方式正常停车；若需紧急停车时，向BP1主机发送控制字470H，观察所有电机是否紧急停车。
4、结语
总之，本电控系统在该煤矿运行两个月以来，状况良好。各种工况下，三台变频器输出转矩、转速、功率均平衡。因此，针对煤矿皮带机系统，采用多台变频器主从控制技术是一种理想方案。
参考文献
[l]陈伯时.电力拖动自动控制系统(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]ABB公司.ACS80O标准控制程序固件手册[Z].ABB公司,2010.
【关键词】煤矿皮带系统；变频器；自动化控制
1、引言
随着电力电子技术的进步，变频器在煤矿皮带机场合的应用日渐成熟，针对皮带机系统多台电机协同控制的特点，采用多台变频器主从控制技术进行变频调速，能有效地提高煤矿生产效率、减小起动电流冲击及机械冲击、实现各电机之间的功率平衡。本文以某煤矿主井皮带机系统为例，详细阐述主井皮带机变频调速系统的实现方案。
2、系统介绍
2.1主井皮带机电控系统
该煤矿主井皮带机采用双滚筒、三驱模式。针对上述皮带机机械系统，设计了如图1所示的主井皮带机电控系统。
如图1所示，高压开关柜采用一备一用的双进线形式，进线电压等级为10kV，PT柜用于监测进线电压，馈出l连接10kV/660V的l#变压器原边，馈出2连接10kV/660v的2#变压器原边，馈出3连接10kv/380v的3#变压器原边；l#变压器副边给l#变频器BP1、2#变频器BP2供电，2#变压器副边给3#变频器BP3供电，3#变压器副边给低压配电柜供电；低压配电柜给工艺控制柜(PLC柜)及其他外围设备供电；1#、2#、3#变频器分别驱动电机A、B、C。
2.2变频调速系统
如图1所示，电控系统采用3台ABB公司生产的ACS80一04系列变频器BP1、BP2、BP3，分别拖动电机A、B、C。
ACS800一04变频器采用直接转矩控制。其控制思想为：结合检测的直流母线电压及变频器逆变部分三相开关管状态进行电压重构，得到定子三相电压；将重构得到的定子三相电压及检测的定子三相电流送至磁链模型及转矩模型中，可得定子磁链及转矩的实际值；在滞环比较器中，将定子磁链及转矩实际值分别与相应的给定值进行比较，得到PWM信号，驱动逆变部分功率器件的开通与关断，产生输出电压的SVPWM波形，控制电机变频调速。优点是在加减速或负载变化的动态过程中，可获得快速的转矩响应；选用定子磁链作为被控量，磁链模型不受转子参数的影响，增强系统的鲁棒性。
2.3自动化控制系统
煤矿主井皮带机自动化控制系统采用Siemans公司生产的S7-300可编程序控制器，通过CPU315-2PN/DP模块中MPI/DP端与变频器BP1、BP2、BP3及触摸屏TP170A组成ProfibusDP网络进行通讯，并对变频器BP1、BP2、BP3进行控制、过程数据采集监视。
3、系统实现方案
3.1变频器主从控制方式
由图1皮带机机械系统可知：电机A、B、C通过两个滚筒共同拖动一条皮带运行，电机A、B之间属于刚性连接，电机A、C之间属于柔性连接。在皮带机全速段運行过程中，应保证三台电机输出的转矩、转速均相同，进而保证三台电机输出功率相同。为此，需对三台变频器进行主从控制。
现场设置变频器BP1为主机，BP2、BP3为从机。电机A、B之间为刚性连接，此时机械结构已保证两电机的转速同步，故BP2从机采用转矩控制模式，即跟随BPI主机的转矩给定，以保证两电机承担的负载转矩平衡，进而达到功率平衡；电机A、C之间为柔性连接，此时机械结构已不能保证电机A、C同步运行的要求，此时BP3从机采用转速控制模式时，即跟随BP1主机的转速给定，同时需利用转矩下垂特性以保证电机A、C电机承受的负载转矩平衡，根据现场实际运行情况，可在参数60.06DROOPRATE中定义合适的下垂速率降。
3.2主从机通讯实现方案
多台ACS800变频器采用主从控制方式时，需为每台变频器配置一块RDCO板，它们之间通过光纤进行通讯。主机通过光纤向从机发送一个16位的控制字和一个16位的转速或转矩给定值，实现对从机的控制。一般情况下，从机不通过主从通讯链路向主机发送任何反馈数据，而将从机的故障信号连至主机的运行使能信号端，形成联锁。一旦发生故障，联锁将同时停止主机和从机的运行。
3.3自动化控制系统实现
如图1所示，自动化控制系统采用S7一300可编程序控制器对变频器进行控制PLC只向BP1主机发送信号，BP1主机再通过主从通讯链路(光纤通讯)对BP2、BP3从机进行控制；同时，主从机的过程数据反馈至PLC系统中，并在触摸屏TP170A中进行显示，以实现变频器数据的监视。
变频器通过RPBA一01ProfibusDP适配器模块与S7一300组成ProfibusDP网络。变频器参数98.07可选择通讯协议，参数组51COMMMODDATA月队中可设置通讯类型、站点地址、波特率。本方案中通讯协议为ABBDrives协议，通讯类型为PPO4，主从地址分别为3、4、5，波特率均为500Kbps。
在STEP7编程软件中，需进行DP网络硬件配置。安装RPBA一01GSD文件(ABB_0812.GSD)，选择Opera-tionmode(ABBDrives)，设置与变频器中相对应的通讯类型(PPO4)、主从站点地址(3、4、5)、波特率(500Kbps)。
此时，即完成PLC与变频器之间的通讯设置。通过PLC向BP1主机发送控制字47FH和转速给定，观察所有电机是否启动并最终按给定转速匀速运行；若需正常停车时，向BP1主机发送控制字476H，观察所有电机是否按所选择的停车方式正常停车；若需紧急停车时，向BP1主机发送控制字470H，观察所有电机是否紧急停车。
4、结语
总之，本电控系统在该煤矿运行两个月以来，状况良好。各种工况下，三台变频器输出转矩、转速、功率均平衡。因此，针对煤矿皮带机系统，采用多台变频器主从控制技术是一种理想方案。
参考文献
[l]陈伯时.电力拖动自动控制系统(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]ABB公司.ACS80O标准控制程序固件手册[Z].ABB公司,2010.