1、鋼繩芯膠帶輸送機概況
    鋼繩芯膠帶輸送機作為礦山的長距離運輸設備，己越來越廣泛地應用于水泥礦山行業。1983年由日本引進的長達4 000m的鋼繩芯膠帶輸送機首先在冀東水泥廠投入生產。1988年5月，由我國自行設計、制造的長達3 647m的鋼繩芯膠帶輸送機在福建省順昌水泥廠成功投入生產。其后，許多大中型水泥廠相繼有長距離鋼繩芯膠帶輸送機投入使用。
    我廠石灰石礦山往廠區輸送石灰石采用鋼繩芯膠帶輸送機，由南京水泥工業設計研究院設計，沈陽礦山機械廠制造。機長3 647m，膠帶為GX2500 8800鋼繩芯膠帶，抗拉強度2 500N/mm，厚28mm，膠帶運行速度2. 50m/s，設計輸送量為600t/h。
    輸送機采用三套驅動裝置，電動機為繞線式感應電機(JR126 -6)。驅動裝置布置形式為“2+1”，即機頭2臺、機尾l臺。電機轉子回路中串聯固體電阻，以解決多機功率平衡問題。為了減少起動時的沖擊使膠帶機起動更為平穩可靠，本機采用切換電阻起動。切換電阻由二進制編碼程序控制，這樣可以用少量接觸器組合成多個切換級數，達到平穩起動的目的。編碼器的起動分2級預備級、14級加速級和1級短路級共17級組成。3臺電機的電控柜內，各裝有9只轉子接觸器，作為電機的轉子電路，按二進制編碼起動變換電阻。每臺電機選用12箱ZX - 15型鐵鉻鋁電阻作為起動電阻。起動加速時間約30~ 50s。起動電流400A以上（電流表量程為400A），電流沖擊強烈。
    該機因為頭尾高差大，物料在輸送帶上具有很大的勢能。輸送機在空載運行時電流較大，負載運行時電流變小。負載越大，電流越小。當下坡段有物料而其他區段無物料時電流最小。相反，當下坡段無物料而其他區段有物料時電流最大（惡劣工況）。
    原設計方案在電動機起動方面采用了二進制編碼程序控制，但起動電阻畢竟是分級切除，每次切除就躍升一個加速度，產生的沖擊對膠帶壽命影響較大。經過10年的運行，膠帶己出現脫層、中間接頭斷裂現象，存在安全隱患，影響正常生產。因此1998年，我廠決定對該輸送機進行大修，更換膠帶前對其拖動方式進行改造，采用軟起動方式進行起動控制。
2、方案選擇
    在選擇膠帶強度時，加速度的大小對它影響很大。設計計算表明（表1），如果采用軟起動，且加速度控制在0. 051TI／S2以下，原GX2500膠帶可用抗拉強度1 600N/mm.厚度17mm的ST1600膠帶代替，而各項安全指標仍然符合設計規范，有些反而有所改善，而膠帶投資將大大減少，長距離鋼繩芯膠帶運輸機采用軟起動的經濟意義重大。
    軟起動要求加速度變化平穩，在起動的全過程速度曲線呈“S”形。
    選擇能夠軟起動且加速度小于0. 051JI／S2的起動裝置是改造成功與否的關鍵。在改造前，有兩所大學、一所設計院、一所研究所向我們提供了三種方案：
    ①采用繞線感應電動機，定子側加軟起動柜，轉子側加頻敏變阻器。
    ②采用繞線感應電動機，加液體電阻起動柜。
    ③采用繞線感應電動機，加變頻器起動。
    對上述方案，我們考察了有關使用單位，認為：
    方案①能實現“S”形軟起動，加速度也能控制在0.05m／S2以內。但起動電流太大，電機發熱嚴重；產品屬研究開發之中，未標準化，配件采購難，可靠性不理想。
    方案②能實現一定的軟起動，加速度也可以控制在0. 051TI／S2以內。但膠帶速度從0~2. 5m/s的起動全過程中，只有1. 65~2.25m/s范圍內是可控制的，其他區域不能控制。嚴格說，此方案無法實現“S”形軟起動。
    方案③對我廠來說是比較熟悉的。我廠已有十多年使用變頻裝置的實踐經驗。變頻控制可靠性好，維修量少。而變頻器的特點之一是能實現軟起動，允許起動時間較長，加速度可控制在0. 051TI／S2以下。所以，從性能上講，方案③是最佳選擇。
    對三種方案進行經濟對比，報價結果見表2。
    表2中，方案①、②報價未包括供電配電柜費用。方案③所選用的ABB公司產品性能較好，價格較高；如選用韓國或日本產品，報價均在30萬元左右。所以，從經濟上分析，方案③并不存在明顯的不足之處。
    我廠在充分研究分析上述三種方案后，認為采用變頻起動裝置是比較理想的方案。
    1999年2月，礦山鋼繩芯輸送機安裝2臺ABB公司的ACS600 SINGLE DRIVE變頻起動系統，投入生產獲得成功。各項技術指標符合設計要求，極大地改善了輸送機起動性能，實現了“S”形曲線軟起動。
3、變頻起動應用效果
    改造采用ABB變頻器實行軟起動，對機頭原有2臺驅動裝置（電機、減速機）保留外，其他所有配電、控制和驅動裝置全部不再利用。2臺繞線式感應電動機轉子線路短接，作為鼠籠電機使用。
    該變頻器屬直接轉矩控制，主要性能參數見表3，主電路控制原理如圖1所示。
    該裝置能提供可控且平穩的最大起動轉矩，最大轉矩能達到200%額定轉矩。電機定子磁通和轉矩作為主要的控制變量。ACS600靜態速度控制精度為標稱速度的0. 1%到0.5%；使用主／從應用宏，提供高性能的負荷平衡能力。本系統每臺電機采用1臺功率為160kW的變頻器驅動，可輸出150%的額定轉矩60s，其瞬時過載電流為200%。整個控制系統采用日本歐姆龍PLC控制，功能強，可靠性高；采用觸摸式液晶顯示終端作為人機界面，全中文顯示，并具有故障自診斷功能，可直觀地顯示系統的工作狀態、報警信息、故障處理，操作簡單。變頻控制系統主要的硬件配置見表4。
    本系統投入生產20d后，由產品供應單位和我廠工程技術人員共同對該系統各項性能、參數進行了測定，達到了以下要求：
    1)能夠平穩起動，實現“S”形曲線軟起動。
    2)加速度控制在0. 05m／S2以下。
    圖2、3分別為膠帶帶載起動和停機的速度變化圖。從圖中速度曲線可以看出：①該系統能夠平穩起動，實現“S”形曲線軟起動要求；②起動時間約130s，加速度變化平穩，平均加速度在0. 021TI／S2以下。起動過程中，電流很小（見表5），電機溫度變化也很小。
    改造后采用2臺電機驅動，電機電流一般在200A左右（2臺合計）。改造前3臺電機電流合計一般在300A左右。改造前，機頭2臺電機電流大小相差20~ 40A左右，改造后僅為2~3A左右，說明變頻控制的2臺電機負載平衡效果非常好。
    1999年6月，我廠在起動裝置改造成功的基礎上，對礦山鋼繩芯膠帶輸送機進行大修，膠帶全部更新，用ST1600 8800厚17mm膠帶代替原來的GX2500 8800厚28mm膠帶，按出廠標價節約近259萬元，實際中標價則節約了300萬元（見表6）。
4、結語
    對長距離鋼繩芯膠帶運輸機采用變頻軟起動可以實現起動平穩、加速度小、無沖擊力的“S”形速度曲線起動，對降低膠帶投資作用十分顯著，同時減小對膠帶接頭的沖擊，對延長膠帶壽命有利。