Abstract: This article gave the presentation of the multi-drive application of long belt conveyors with Schneider Electric Altivar Process ATV960 drives in Liuzhou steelworks. For instance, the competition analysis between the traditional equipment, Variable Fluid (Hydraulic) Coupling and the AC drives, the various drive solution of multi-motor and the unique point of Schneider Electric Altivar Process ATV960 enclosure drives in this project.

Key words: Altivar process drives; Master/Slave; D2D

【中图分类号】TN773 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）05-0000-00

1 项目背景介绍

    随着柳钢生产扩大所需要的铁矿石等各种物料需求量的增加，原有在厂区内用汽车送料已经无法满足生产的需要，同时汽车运输物料造成厂区内道路扬尘污染严重，基于以上原因，公司决定建设矿石物流工程，通过长的管带机实现远距离输送物料，将原、燃料转供至A区烧结料场、A区炼铁料场、B区烧结料场及老区烧结料场。既提高卸车设备作业率，又提高原料一次到位率，减少原料二次转运产生的扬尘污染 。管带机的电气拖动与控制经过与设计院相关沟通采用低压变频频器控制。

2 项目概况分析

（1）主设备要求可靠性高，连续、稳定运行

    管带机作为钢厂铁前工艺主设备，关系到铁精矿粉和富铁矿粉等烧结原料供应、混匀处理以及全厂后续生产线正常运行。保证管带机连续、稳定地运行是此项目的关键所在。

（2）主设备自身的保护

    管带机自身投资巨大，总长度1.5km，并有超过20°左右下降斜坡。采用2台355kW交流异步电机同时驱动，电机到驱动器电缆布线距离超过150m。如何降低管带机驱动电机、齿轮箱机械部分造成损害的风险以及防止电机反转、机械卡死等突发原因造成皮带被拉断等运行事故都是方案设计的重点

（3）多机传动、力矩的分配和平衡

    由于电机参数和变频器参数不可能完全做到一致，变频器的速度（力矩给定）也存在差异和不同步。两台以上电机同时拖动刚性负载一定存在力矩上的差异，同时拖动柔性负载一定存在速度上的差异。如何动态地平均分配电机力矩、避免出力不均造成的系统震荡和不稳定是对变频器产品自身功能上的要求

（4）电气设备自身环境适应能力

    冶金工业场合多粉尘，并要应对夏季个别高温、湿热等极端天气情况。要求电气和控制设备本身具备相应的环境适应能力。

3 配电、传动及自控整体方案

3.1 供电设计与电能质量分析

考虑到两台变频器功率较大，为避免对10V电网相邻设备的干扰，采用独立变压器（1250kVA）对AC变频器供电。一台总进线开关2000A MT masterpact，两台1000A MT masterpact分别对两台400kW ATV960C40Q4X3供电，如图1所示。

如图3所示仿真计算结果THDv(总谐波电压)＝1.3145％满足IEEE519（8％）和GBT 14549-93（5%）要求，对周边电网影响在正常范围以内。THDi（总电流谐波）＝30.6014％符合IEC 61000-3-12（48%）要求，对自身供电变压器影响在正常范围之内。

3.2 变频器配置与选型

针对柳钢矿石物流园管带机的具体情况：

（1）1.5km长皮带传输；

（2）电机到配电室布线距离超过150米；

（3）20度下降斜坡；

（4）355kW 双电机同时驱动。

我们选用了施耐德电气御程系列ATV960工程型变频器。基本配置：谐波抑制电抗器、EMC ClassA滤波器、LCD图形显示终端；内置dv/dt电抗器，外置斩波制动单元和制动电阻。以满足上述现场情况要求。

其中，ATV960系列变频器是施耐德电气最新推出的最高端的变频器，具有一系列的特点：

（1）业界唯一标配3C3、3S3恶劣环境认证；

（2）集成Modbus、工业以太网通讯，其中以太网采用双网口结构，方便菊花链、环形连接。并采用内置网页服务器。可实时远程操作及监控、智能调整设备最佳运行点及设备生命周期内的能耗监控；

（3）集成交流电抗器（ATV960系列），更有效抑制谐波影响；

（4）标配EMC滤波器，抑制变频器辐射和传输干扰；

（5）标配中文高级图形显示终端（IP 65防护等级，mini-USB端口数据传输，数据成功率测量功能，实现能耗实时监测存储及复制功能）；

（6）扫描面板生成的动态二维码，可即时了解并处理实时警报及故障；

（7）355kW及以上的变频柜，内置输出滤波器；

（8）变频器带有时间挫，可记录故障发生的时间，有利于故障的分析。

内置的dv/dt电抗器可以将电压上升斜率钳制在500V/μs以内，满足300米以内电机电缆长度要求。斩波制动单元的最大持续制动功率达到100kW；峰值制动功率达到210kW，完全满足管带机下降斜坡发电状态时，再生制动的要求。

3.3 现场数据采集和中控远程控制

柳钢管带机远程控制系统，采用施耐德电气PlantStruxure系统平台。该控制平台集成了Modicon PAC可编程自动化控制器、Vijeo Citect工程师站以及高可靠性的双冗余Ethernet 控制网络。即拥有传统DCS的多路模拟量回路、高级控制算法、安全性等优势又兼具PLC的灵活、高效和开放性。其中管带机变频器现场数据和中控远程控制命令、联锁信号通过Modicon S908远程I/O模块进行采集和执行。

4 传动应用分析

4.1 传统液力耦合器和交流变频驱动的对比分析

传统液力耦合启动和变频启动对比如表1所示。

由表1可见，对于皮带机驱动应用，交流变频方案优势明显。即节能降耗，同时拥有更好的启动效果和系统响应速度。另外在使用维护方面，变频驱动相比于液力耦合传动方式更加方便、成熟。

4.2 多机传动的实现方式

对于多台电机协同驱动的控制方案有很多种。比较成熟的方案如下：

（1）负荷平衡+转矩限幅（自动分配力矩）；

（2）主从控制（闭环应用）；

（3）御程特有的D2D同步。

4.3 三种方案的比较

负荷平衡是最简单使用的一种方案。在现实中使用较多。因为简单，可靠，2台（多台）变频器之间没有联系，只是把速度与启停命令同时给定即可，只是较多人员不太习惯而已。

主从控制，就是把主机的转矩送给从机，从机依次作为转矩控制。主从变频器有关主从参数设置如图4所示。

由于转矩控制的精度问题，此种模式下，一般要使用闭环才能达到要求。而现场的编码器容易出问题，因此，此方案对现场的要求较高。

御程特有的D2D方案。由于御程ATV900系列标配了双以太网接口，使用以太网通讯，可以轻松地实现一主十从的同步模式。电机连接模式也分为刚性和弹性。使得控制更精准。

    针对本案，考虑到设备的安全性和系统的稳定性。我们采用了御程特有的经典控制方案。其基本原理如图5所示，ATV900系列变频器自带2个以太网口，如果总共只有2台变频器。那么用一根普通的网线将两台变频器的以太网口连接上即可，网线插到变频器自带2个以太网口上任意一个均可。如果超过2台变频器做主从，那么采用菊花链的方式将变频器串起来即可。4.4 御程ATV960同步的参数设置

（1）按照电机铭牌参数设置变频器，设置加减速时间；

（2）由于使用以太网通讯，启停命令，给定频率均配置选择通讯，控制模式选择组合通道；

（3）变频器主从设置，设置完毕以下参数后变频器断电再重新上电。

主机参数设置如表2所示。

4.5 调试步骤

御程系列变频器的调试非常简单。当主从变频器的同步建立好后，从变频器不需要速度给定。启动步骤：先把从变频器启动，无论给定频率是多少，变频器不会有频率输出，此时显示主从同步就绪。主变频器的频率给定有以太网给定，只要启动主变频器，主从变频器就会自动同步运转起来。

详细的步骤如下：

（1）通过以太网将从变频器的频率给为任意（或不给定），此时变频器的主从信息是：主从未就绪。通过以太网启动变频器，变频器显示RUN，无频率输出（无论给定频率多少）；正常情况下，在显示器里查看主/从功能状态，会显示主/从就绪。注意：从变频器不要速度给定。主从变频器启动步骤如图6所示（仅是示例）。

（2）从变频器未运行时，主变频器的主从信息是主从警告。通过以太网将主变频器的频率给为需要的速度，通过以太网启动主变频器，正常情况下，主变频器和从变频器都按照给定的速度运行。切同步效果很好。显示器里查看主/从功能状态，会显示主/从运行中。主从变频器启动前状态如图7所示。主变频启动后状态如图8所示。

5 结束语

施耐德ATV960系列变频器在柳钢矿石物流园管带机的应用，自投产1年多以来，运行情况较好。在管带机不带料运行时，2台变频器的转矩输出值在20%～30%2；在带料运行时，转矩输出值在40%～60%，2台变频器的输出转矩基本保持一致，保证了设备能够高效、持久、平稳、可靠地运行，同步性能较佳，取得了良好的经济效益。

参考文献

[1]施耐德电气ATV900变频器产品目录[Z]. 2015版.

[2]施耐德电气ATV900变频器编程手册[Z]. 2017版.