CN105048885B - 一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其以一个驱动部的电动机为一组，采集该组中各电动机运行参数，并根据多电动机的主从分布方案，只通过控制各台电动机的旋转角速度，实现各台电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡中的一项或多项。本方法能够实现带式输送机一个驱动部中一组电动机的转矩平衡、速度平衡和负载平衡，可以减少电动机、电动机驱动装置、机械部件的损坏。
Description
技术领域
本发明属于工程技术领域，具体涉及一种带式输送机多电动机驱动控制方法。
背景技术
一般地，一条带式输送机的在一个驱动部(比如头部驱动部，或中间驱动部)布置多台电动机，驱动带式输送机运行。当带式输送机的一个驱动部由2台以上的电动机驱动时，电动机之间会存在主从同步的问题：
1.同一滚筒上两台电动机之间输出力矩不一致，可能会导致电动机损坏或滚筒断轴；
2.平行滚筒之间的电动机输出线速度不一致，可能会导致胶带打滑或胶带断裂；
3.各电动机之间输出负载不一致，可能会导致电动机损坏、机械部件损坏或配电设备保护动作。
由此可见如何使各台电动机的输出力矩、输出转速和输出功率在一定误差范围之内，实现较小的力矩差、较小的速度差和较小的输出功率差，从而保证一组电动机可靠工作，降低电动机故障，减少事故发生，是本领域亟需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有带式输送机中多台电动机驱动时所存在的各电机输出力矩不一致、输出线速度不一致以及输出负载不一致等问题，而提供一种适用于带式输送机一个驱动部的多台电动机的主从控制方法，实现电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，该控制方法以一个驱动部的电动机为一组，采集该组中各电动机运行参数，并根据多电动机的主从分布方案，只通过控制各台电动机的旋转角速度，实现各台电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡中的一项或多项。
优选的，所述主从控制方法对同轴上的电动机之间实现转矩平衡，同时对不同轴上的电动机之间实现速度平衡和负载平衡。且总流程是：先进行转矩平衡，再进行速度平衡，最后进行负载平衡。
优选的，所述多电动机的主从分布方案，以一个驱动部的电动机为一组，该组中电动机的数量为N，2≤N≤4，若以某一电动机为主机，与其同轴的电动机为从机A，与其不同轴但同侧的电动机为从机B，与从机B同轴的电动机为从机C。
优选的，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机与从机A共同驱动带式输送机，或只用从机B与从机C共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机与从机A之间或者从机B与从机C之间进行转矩平衡。
优选的，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机与从机B共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机与从机B之间进行速度平衡和负载平衡。
优选的，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机、从机A与从机B共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机、从机A与从机B之间进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
优选的，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机、从机B与从机C共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机、从机B与从机C之间进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
优选的，所述多电动机的主从分布配置方案中使用主机、从机A、从机B与从机C共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机、从机A、从机B与从机C之间进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
优选的，实现转矩平衡的方法如下：
(1)当有主机和从机A且连接在同一个驱动滚筒上时，实时监控各台电动机的旋转角速度，使从机A输的旋转角速度满足其中为主机的旋转角速度，e1为允许误差范围；
(2)当有从机B和从机C且连接在同一个驱动滚筒上，实时监控各台电动机的旋转角速度，使从机C输出的旋转角速度满足其中为从机B的旋转角速度，e2为允许误差范围。
优选的，实现速度平衡的方法如下：
实时监控各台电动机的旋转角速度，使从机B输出的旋转角速度满足其中为主机的旋转角速度，D1为主机所连接的驱动滚筒直径，D2为从机B所连接的驱动滚筒直径，e3为允许误差范围，D1和D2由输送机的参数决定。
优选的，实现负载平衡的方法如下：
实时监控各台电动机的负载电流，当|i1-i2|＞ei时进行负载平衡；当|i1-i2|＞ei且当i1＞i2，使从机B输出的旋转角速度且
当|i1-i2|＞ei且i1＜i2，使主机输出的旋转角速度且其中i1为主机所在驱动滚筒上的各电动机的负载电流的平均值，当该滚筒上只有一台电动机时，i1为主机的输出电流；其中i2为从机B所在驱动滚筒上的各电动机的负载电流的平均值，当该滚筒上只有一台电动机从机B时，i1为从机B的输出电流，ei为电流的允许误差。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：方法能够实现带式输送机一个驱动部中一组电动机的转矩平衡、速度平衡和负载平衡，可以减少电动机、电动机驱动装置、机械部件的损坏。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为一个带式输送机驱动部的布置示意图；
图2为本发明中主从控制方法实现转矩平衡的流程图；
图3为本发明中主从控制方法实现转速平衡的流程图；
图4为本发明中主从控制方法实现负载平衡的流程图；
图5为本发明中转矩平衡、转速平衡和负载平衡的总流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对带式输送机在一个驱动部(比如头部驱动部，或中间驱动部)布置多台电动机，驱动带式输送机运行的情况，本发明通过一主从控制器用于采集各电动机运行参数，包括输出角速度、输出电流等，并根据相应的控制方案发出控制指令，控制各台电动机的旋转角速度，实现转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
为了实现精确控制，对带式输送机驱动部的多台电动机进行设定：
将带式输送机一个驱动部的电动机定义为一组，该组中电动机的数量为N，2≤N≤4；N＝2，N＝3，N＝4时会有不同的驱动布置方案。
同时，确定该组中主驱动滚筒上连接的一台电动机为主机，与主机同轴的电动机为从机A，与主机不同轴但同侧的电动机为从机B，与从机B同轴的电动机为从机C。但是各台电动机作为主机和从机不是固定的，但主机一旦确定，则主机与从机之间的相对关系是固定的。具体而言，主机可以是一组电机中的任意一台，其余三台从机按与主机的相对位置关系确定，并将确定的驱动配置方案设定在主从控制器中。
针对如此布置的多台电动机，使用一台主从控制器，根据其内设置的带式输送机驱动部电动机的驱动配置方案，确定对应的主从控制方法，对配置的电动机发出控制指令，按需实现各电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
基于上述原理，本发明提供的具体方案如下：
参见图1，其所示为带式输送机的在一个驱动部(比如头部驱动部，或中间驱动部)布置多台电动机的示意图。该方案中，共布置4台电动机(101)、(102)、(103)、(104)，该四台电动机(101)、(102)、(103)、(104)受控于一台主从控制器(201)。
在该组电动机中主驱动滚筒上连接的一台电动机为主机(101)，与主机同轴的电动机为从机A(102)，与主机(101)不同轴但同侧的电动机为从机B(103)，与从机B(103)同轴的电动机为从机C(104)。
对于上述的四个电动机的驱动配置方案，具体有如下几种可能驱动配置方案：
可能的驱动部电动机配置方案1：
该方案中只使用主机(101)与从机A(102)共同驱动带式输送机，即只使用一个驱动滚筒，则从机B(103)和从机C(104)不出现。在此配置方案下，主机(101)与从机A(102)之间可以进行转矩平衡。
若该方案中只使用从机B(103)和从机C(104)共同驱动带式输送机，即只使用一个驱动滚筒，则主机(101)与从机A(102)不出现。在此配置方案下，从机B(103)和从机C(104)之间可以进行转矩平衡。
由于当驱动部只使用一个驱动滚筒时，不存在两个平行的驱动滚筒，不需要实现速度平衡。
可能的驱动部电动机配置方案2：
该方案中只使用主机(101)与从机B(103)共同驱动带式输送机，即使用两个驱动滚筒，从机A(102)和从机C(104)不出现。在此配置方案下，主机(101)与从机B(103)之间可以进行速度平衡和负载平衡。
可能的驱动部电动机配置方案3：
该方案中只使用主机(101)、从机A(102)与从机B(103)共同驱动带式输送机，即使用两个驱动滚筒，从机C(104)不出现。在此配置方案下，主机(101)、从机A(102)与从机B(103)之间可以进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
可能的驱动部电动机配置方案4：
该方案中只使用主机(101)、从机B(103)与从机C(104)共同驱动带式输送机，即使用两个驱动滚筒，从机A(102)不出现。在此配置方案下，主机(101)、从机B(103)与从机C(104)之间可以进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
可能的驱动部电动机配置方案5：
该方案中使用主机(101)、从机A(102)、从机B(103)与从机C(104)共同驱动带式输送机，即使用两个驱动滚筒。在此配置方案下，主机(101)、从机A(102)、从机B(103)与从机C(104)之间可以进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
针对上述电动机的各种驱动部配置方案，主从控制器(201)通过实时检测每一台电动机的转速和电流，并使用且只使用电动机旋转的角速度这一变量作为被控对象，对相应的电动机的旋转角速度进行实时控制，继而实现各台电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡中的一项或多项。
具体的，根据实际驱动需求，在主从控制器(201)内设定对应的电动机驱动部配置方案(参见上述五个驱动部电动机配置方案)，主从控制器(201)根据内部设定的电动机驱动部配置方案，确定需要实现各台电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡中的一项或多项，再通过实时检测一台电动机的转速和电流，据此实时控制各台电动机的旋转角速度，对应实现各台电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡中的一项或多项。其中，对同轴上的电动机之间实现转矩平衡，同时对不同轴上的电动机之间实现速度平衡和负载平衡。优选的主从控制过程是：先进行转矩平衡，再进行速度平衡，最后进行负载平衡。
该主从控制器(201)可以使用专用控制器构成，也可以使用PLC、嵌入式计算机构成，通过相应的软件系统来实现相应的控制工艺。
另外，主从控制器(201)可以为变频器的某控制器，但需具备同时采集4台电动机参数(如旋转角速度、电流等)，同时对4台电动机的驱动装置发出指令的功能。此处的电动机的驱动装置可以是液力耦合器、VOITH耦合器、CST(可控软启动器)或变频器中的一种。对于4台电动机旋转角速度，可通过角速度采集传感器来采集，具体可以使用轴编码器。
参见图2，其所示为本发明中主从控制器(201)控制同一滚筒上两台电动机实现转矩平衡的流程图。
其中，当有主机(101)与从机A(102)且连接在同一个驱动滚筒上时(参见图2左侧流程图)时，主从控制器(201)首先采集主机(101)的旋转角速度与从机A(102)的旋转角速度
接着，计算若此式为真，则不调整从机A(102)的旋转角速度若此式为假，则比较与
当时，控制增加当时，控制减小e1为允许误差范围；
经过判断后，可以控制主机(101)与从机A(102)之间的转矩关系，实现主机(101)与从机A(102)之间转矩平衡。
当有从机B和从机C且连接在同一个驱动滚筒上时，主从控制器(201)首先采集从机B(103)的旋转角速度和从机C(104)的旋转角速度
接着，计算若此式为真，则不调整从机C(104)输出的旋转角速度若此式为假，则比较与
若时，控制增加当时，控制减小e2为允许误差范围；
经过判断后，可以控制从机B(103)和从机C(104)之间的转矩关系，实现从机B(103)和从机C(104)之间转矩平衡。
参见图3，其所示为主从控制器(201)控制不同滚筒上两台电动机实现转速平衡的流程图。
以主机(101)与从机B(103)驱动为例。主从控制器(201)首先采集主机(101)的旋转角速度与从机B(103)的旋转角速度
接着，计算若此式为真，则不调整从机B(103)的旋转角速度若此式为假，则比较与当时，控制增加当时，控制减小
由此判断控制，实现不同滚筒上两台电动机之间的转速平衡，其中D1为主机(101)所连接的驱动滚筒直径，D2为从机B(103)所连接的驱动滚筒直径，e3为允许误差范围，D1和D2由输送机的参数决定。
参见图4，其所示为主从控制器(201)控制不同滚筒实现负载平衡的流程图。
主从控制器(201)首先实时监测i1和i2，并计算比较|i1-i2|与ei；
当|i1-i2|＞ei时进行负载平衡，此时，若i1＞i2，主从控制器(201)发出控制指令，使从机B(103)输出的旋转角速度增加，使得且若i1＜i2，主从控制器(201)发出控制指令，使主机(101)输出的旋转角速度减小，使得且
由此判断控制，实现不同滚筒上的负载平衡，其中i1为主机(101)所在驱动滚筒上的各电动机的负载电流的平均值，当该滚筒上只有一台电动机时，i1为主机(101)的输出电流；其中i2为从机B(102)所在驱动滚筒上的各电动机的负载电流的平均值，当该滚筒上只有一台电动机从机B(102)时，i1为从机B(102)的输出电流，ei为电流的允许误差。
针对上述方案，以下通过一具体实例来进一步的说明本方案。
该实例中通过主从控制器(201)根据带式输送机驱动部多台电动机不同驱动配置方案执行三种可选的平衡方案(转矩平衡、转速平衡和负载平衡)。
在执行控制前，在主从控制器(201)内设定对应的电动机驱动部配置方案(参见上述五个驱动部电动机配置方案)，由此整个控制过程如下(参见图5)：
步骤1，主从控制器(201)首先采集各电动机运行参数，并调取内部的设定的电动机驱动部配置方案，据此确定此时带式输送机驱动部各电动机配置方案(参见上述五个驱动部电动机配置方案)。
步骤2，主从控制器(201)根据确定的驱动配置方案，首先判断是否需要执行转矩平衡，若不需要执行，则转入步骤(7)；若需要这转入步骤(3)。
步骤3，主从控制器(201)根据确定的驱动配置方案，是否需要在主机(101)与从机A(102)之间执行转矩平衡控制；若需要，则转入步骤(4)；若不需要，则转入步骤(5)。
步骤4，主从控制器(201)根据实时检测的主机(101)与从机A(102)的运行参数，通过调整从机A(102)的旋转角速度，实现主机(101)与从机A(102)之间的转矩平衡(具体判断控制过程如上所述)。
步骤5，主从控制器(201)根据确定的驱动配置方案，是否需要在从机B(103)与从机C(104)之间执行转矩平衡控制；若需要，则转入步骤(6)；若不需要，则转入步骤(7)。
步骤6，主从控制器(201)根据实时检测的从机B(103)与从机C(104)的运行参数，通过调整从机C(104)的旋转角速度，实现从机B(103)与从机C(104)之间的转矩平衡(具体判断控制过程如上所述)。
步骤7，主从控制器(201)根据确定的驱动配置方案，判断是否需要执行速度平衡，若需要，转入步骤(8)；若不需要，则转入步骤(9)。
步骤(8)，主从控制器(201)实时检测的各电动机的运行参数，通过调整从机B(103)的旋转角速度，实现主机(101)所在滚筒与从机B(103)所在滚筒之间的速度平衡(具体判断控制过程如上所述)。
步骤(9)，主从控制器(201)根据确定的驱动配置方案，判断是否需要执行负载平衡，若需要转入步骤(10)；若不需要，转入步骤(11)。
步骤(10)，主从控制器(201)实时检测的各电动机的运行参数，通过调整主机(101)输出的旋转角速度或从机B(103)输出的旋转角速度，实现主机(101)所在滚筒与从机B(103)所在滚筒之间的负载平衡(具体判断控制过程如上所述)。
步骤(11)，主从控制器(201)根据设定的控制方案，判断整个控制过程是否结束，若没有结束，转入步骤(2)，进行下一周期的平衡控制；若此次控制过程结束，则转入步骤(12)。
步骤(13)，主从控制器(201)控制带式输送机驱动部的电动机停止工作。
由上可知，本方案能够准确实现带式输送机驱动部中一组电动机的转矩平衡、速度平衡和负载平衡，可以减少电动机、电动机驱动装置、机械部件的损坏。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其特征在于，所述控制方法以一个驱动部的电动机为一组，采集该组中各电动机运行参数，并根据多电动机的主从分布方案，只通过控制各台电动机的旋转角速度，实现一个驱动部中一组电动机中各台电动机之间的转矩平衡、速度平衡和负载平衡中的一项或多项；所述主从控制方法对同轴上的电动机之间实现转矩平衡，同时对不同轴上的电动机之间实现速度平衡和负载平衡，所述多电动机的主从分布方案，以一个驱动部的电动机为一组，该组中电动机的数量为N，2≤N≤4，若以某一电动机为主机，与其同轴的电动机为从机A，与其不同轴但同侧的电动机为从机B，与从机B同轴的电动机为从机C；
且所述主从控制方法的总流程是：先进行转矩平衡，再进行速度平衡，最后进行负载平衡；其中，实现转矩平衡的方法如下：
(1)当有主机和从机A且连接在同一个驱动滚筒上时，实时监控各台电动机的旋转角速度，使从机A输的旋转角速度满足其中为主机的旋转角速度，e1为允许误差范围；
(2)当有从机B和从机C且连接在同一个驱动滚筒上，实时监控各台电动机的旋转角速度，使从机C输出的旋转角速度满足其中为从机B的旋转角速度，e2为允许误差范围；
实现速度平衡的方法如下：
实时监控各台电动机的旋转角速度，使从机B输出的旋转角速度满足其中为主机的旋转角速度，D1为主机所连接的驱动滚筒直径，D2为从机B所连接的驱动滚筒直径，e3为允许误差范围，D1和D2由输送机的参数决定；
实现负载平衡的方法如下：
实时监控各台电动机的负载电流，当|i1-i2|＞ei时进行负载平衡；当|i1-i2|＞ei且当i1＞i2，使从机B输出的旋转角速度且
当|i1-i2|＞ei且i1＜i2，使主机输出的旋转角速度且其中i1为主机所在驱动滚筒上的各电动机的负载电流的平均值，当该滚筒上只有一台电动机时，i1为主机的输出电流；其中i2为从机B所在驱动滚筒上的各电动机的负载电流的平均值，当该滚筒上只有一台电动机从机B时，i1为从机B的输出电流，ei为电流的允许误差。
2.根据权利要求1所述的一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其特征在于，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机与从机A共同驱动带式输送机，或只用从机B与从机C共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机与从机A之间或者从机B与从机C之间进行转矩平衡。
3.根据权利要求1所述的一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其特征在于，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机与从机B共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机与从机B之间进行速度平衡和负载平衡。
4.根据权利要求1所述的一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其特征在于，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机、从机A与从机B共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机、从机A与从机B之间进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
5.根据权利要求2所述的一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其特征在于，所述多电动机的主从分布配置方案中只使用主机、从机B与从机C共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机、从机B与从机C之间进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
6.根据权利要求1所述的一种带式输送机多电动机驱动的主从控制方法，其特征在于，所述多电动机的主从分布配置方案中使用主机、从机A、从机B与从机C共同驱动带式输送机，在此配置方案下，主机、从机A、从机B与从机C之间进行转矩平衡、速度平衡和负载平衡。
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