一种双电机驱动机构保护装置的研制

◎ 王康兴

（连云港东粮码头有限公司，江苏 连云港 222000）

1 项目建立背景

连云港东粮码头有限公司是一家散货装卸码头公司，共有32#、33#两个泊位，其中32 泊位采用3 台青岛海西MQ25-39 门座起重机进行抓料卸船，粮食经岸臂皮带机BC1 进入筒仓，33 泊位则是通过2 台装卸两用机取料至3#、4#皮带机进入流程线，在船舶满仓时，每个泊位的平均工作效率可达到1 000 t·h-1。由于铁合金、化肥等散杂货的原因，其中33 泊位的两条卸船线占据了东粮公司83%的散粮作业任务，所以3#、4#皮带机的设备完好率直接关系到东粮公司的生产效率以及生产总量。

2 项目意义

双电机驱动机构以首尾分散的形式共同驱动同一大型或长距离设备，可降低单电机的电机功率，使设备小型化，给设备的运输、安装尤其是设备维护保养带来方便，其次是采用分散驱动的方式使设备分散受力，整个设备的驱动平衡性相比单电机大大提高。

然而，双电机驱动结构驱动设备也存在2 个缺陷：①增加一台电机，随之而来的设备故障隐患点也随之增加。②单个电机驱动的故障会导致整条皮带机线停机或故障，并且增加损坏另一台电机的几率。所以，必须加强对此类设备的检查及保养，随之而来的就是管理成本的增加。

3 双电机驱动机构的运行分析

当双电机驱动设备所有机构处于正常状态时，整个电机驱动系统处于一个自动调节的稳定状态。而当某个节点出现问题，如电机1 的减速机与联轴器（本公司所用的为轮胎联轴器）断开，设备的稳定状态即被打破，电机1 的联轴器不再具备带动负载的能力，电机1 就开始处于空载运行，而电机2 在单点（首端或末端）带起整个皮带机线的负载，一方面对电机2的整个驱动机构带来机械上的损伤，如减速机的超温、减速机的底座断裂、联轴器的断裂、轴承故障等比较严重的故障，另一方面皮带机的受力平衡被打破，可能会造成皮带机的跑偏、撕裂故障，造成传递物料的撒漏、造成更大的经济损失。总之，这些运行状态下发生的故障如果不及时进行反映，会使整个原本简单的故障复杂化，扩大了损失范围，增大了维修及材料成本。所以将整个双电机驱动机构的设备状态进行实时的反映，将设备隐患及故障在萌芽状态时就充分暴露出来对于设备的保障及管理是非常重要的。

3.1 现有的双电机生产设备存在的技术问题

现有的双电机生产设备存在：①无法实现电流的实时监控。②无法对皮带机的防撕裂做到双重保护。③无法实现对双电机设备的故障检测及预测。④无法实现对双电机系统设备的电动机保护。⑤无法实现对双电机系统设备的驱动结构的保护。

3.2 该技术问题产生的原因

只利用了电流表的检测功能，未形成电气系统的闭环控制，导致在人力缺乏的情况下对双电机系统无法做到实时的保护。

3.3 研发目的

①实现电流的实时监控和闭环控制。②对皮带机的防撕裂做到双重保护。③实现对双电机设备的故障检测及预测。④实现对双电机系统设备的电动机保护。

4 技术方案

4.1 构成部件

构成部件包括电流互感器、三相电流表（MODBUS-RTU 通讯协议）和网关（modbus-rtu 转tcpIP）、工控机。

4.2 主要结构和原理

①基于双电机驱动的皮带机电机的动力柜控制电路，进行线路改造，将老式机械式电流表更换为带有MODBUS-RTU 通讯协议的多功能电流表。②通过工业串口服务器或网口通讯模块（带modbus-rtu 转tcpIP 功能），将电流表采集到的数据传输至工控机中。③工控机内传输的数据通过施耐德编程软件（unityPro xl）进行读取并通过函数功能块转换成真值，并通过施耐德上位机软件（Citect）的电流表插件实际显示到上位机界面，使中控操作人员准确观察到皮带机设备的实际电流，间接反映出流量情况，整个装置的系统图见图1。

图1 双电机保护装置系统图

另外，由于采集到的是两个电机的电流，于是将这两个电流值通过下位机软件（unityPro xl）进行编程，主要运用SUB_REAL、GE_REAL、ABS_REAL 函数功能块，实现两个电流值的差值运算，使双电机电流值在＞50 A 时进行报警，＞80 A 的时候发出停机信号，保护皮带机的双电机系统。

5 有益效果

①节省了人力，通过自动化控制的方式，将以前的开环控制增加了反馈，变为闭环控制，避免了通过增加人力去实际观察设备的实际运转情况。②实时反映了设备的实际运转情况，有效地检测出双电机系统下电动机驱动结构可能会发生的故障，如联轴器断裂、破损等情况，同时避免了在单电机运转带动负载情况时，对此运转电机进行了保护，降低了设备的故障率和维修成本。③由于及时的检测出设备的潜在故障，可以降低散粮流程线的故障率，减少设备的维修时间。单台电机更换时间平均为半个工班（6 h），更换电机人次平均为5 人/次，减少降低了30 工时/次。

6 项目推广

从2019 年项目开展以来，通过针对性的设备保障进一步的工作，东粮公司皮带机线的故障率显著降低，并有效警示预测性地解决了如电机主断路器故障等设备隐患。公司的生产经营面貌，对安全、效率的把控提升到一个全新的水平，为公司的提质增效打下扎实的基础。本保护系统也可推广至多电机或单电机的电动机保护中，目前已列入公司计划，将设备保障工作提高一个新的台阶。