帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王延強(qiáng)

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)夏店煤礦，山西 長治 046000）

帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)主要采用的運(yùn)輸設(shè)備，由于其運(yùn)輸距離長、設(shè)備簡單、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛投入應(yīng)用。但在實(shí)際工作當(dāng)中，由于帶式輸送機(jī)拉運(yùn)貨物經(jīng)常處于空載和滿載的交替運(yùn)行狀態(tài)，隨著煤量和矸石多少的變化，當(dāng)處于同一頻率帶動(dòng)的皮帶出現(xiàn)空載時(shí)，仍然以高速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，造成高電能的消耗浪費(fèi)，當(dāng)皮帶機(jī)滿載時(shí)，皮帶下落與托輥接觸，也容易造成邊緣的磨損，縮短使用壽命，因此，通過監(jiān)測皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)載荷量的多少與變化，實(shí)時(shí)調(diào)控皮帶控制電機(jī)頻率，可使運(yùn)行更加高效、節(jié)能，延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本[1]。

1 變頻系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

帶式輸送機(jī)的變頻系統(tǒng)主要通過監(jiān)測運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)上部煤量的載荷大小，及時(shí)自動(dòng)調(diào)整皮帶力矩的輸送，其主要構(gòu)成包括PLC電控系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)兩部分。一般情況下，為了確保皮帶輸送機(jī)的全時(shí)性工作，往往配套安裝有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)主從滾筒的雙驅(qū)動(dòng)模式，有利于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與頻率，驅(qū)動(dòng)滾筒通過專用電纜連接PLC電控系統(tǒng)，確保信號(hào)指令的準(zhǔn)確、快速傳輸。此外，監(jiān)測監(jiān)控功能主要通過雙控系統(tǒng)與高壓、低壓電控箱與變頻電機(jī)相連接來實(shí)現(xiàn)，而連接到保護(hù)裝置與電子秤等系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與控制，如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)連接圖

1.2 原理分析

帶式輸送機(jī)在同一速率狀態(tài)下高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了調(diào)控速度，實(shí)現(xiàn)變速時(shí)和變速后的穩(wěn)定運(yùn)行，需要變頻系統(tǒng)提供巨大的反向力矩以平衡掉調(diào)速過程皮帶自身產(chǎn)生的力矩，因此，變頻器的作用正是如此，而皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)速n與頻率f之間的關(guān)系如式（1）[2]。

式中：

S-轉(zhuǎn)差率；

m-極對數(shù)。

由此關(guān)系可得出，在轉(zhuǎn)差率與極對數(shù)固定的條件下，改變電機(jī)頻率即可改變轉(zhuǎn)速，且二者互為正比關(guān)系，即頻率越高，轉(zhuǎn)速越大；當(dāng)頻率降低衰減時(shí)，電機(jī)可補(bǔ)償提供較大力矩，從而實(shí)現(xiàn)速度的穩(wěn)定調(diào)整。

2 變頻系統(tǒng)的組件配置

2.1 硬件配置

變頻系統(tǒng)主要由PLC智能控制器、顯示屏、溫度傳感器、速度監(jiān)控器、供電保護(hù)裝置及電子秤等硬件組成，以PLC智能控制器為中央樞紐，接收監(jiān)測數(shù)據(jù)分析后，向各個(gè)組件傳遞發(fā)送指令，使其動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程控制，以及對電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制[3]。如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)硬件連接圖

2.2 集成裝置

帶式輸送機(jī)的信息采集器及監(jiān)測監(jiān)控裝置被分布安裝在皮帶運(yùn)行過程的各個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，與重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域，主要測控皮帶容易出現(xiàn)負(fù)載變化的地點(diǎn)，通過各種監(jiān)控器與中央電控系統(tǒng)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻，確保皮帶運(yùn)行速度的平穩(wěn)過度，減少磨損與故障率。如圖3所示。

夏店煤礦井下采用KTC101型控制保護(hù)系統(tǒng)，KTC101-Z型主控變頻器，以及KDW101 型電源箱，在皮帶鋪設(shè)運(yùn)行較平緩的地段安裝電子秤，以監(jiān)測皮帶煤流量與載荷變化，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳輸給PLC電控系統(tǒng)進(jìn)行解碼分析，通過判斷發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)皮帶的智能調(diào)頻[4]。

圖3 電機(jī)集中控制圖

2.3 設(shè)備選用

為了確保變頻器電機(jī)的科學(xué)合理匹配，在各參數(shù)滿足生產(chǎn)需要的前提下，減少能量的過多消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。因此，需選用合適的電機(jī)容量與變頻器容量進(jìn)行配置。其配置原則應(yīng)當(dāng)以負(fù)載變化時(shí)的電機(jī)通過電流量來進(jìn)行選擇，其運(yùn)行方式主要采用“主—從”式來調(diào)節(jié)平衡，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，在供電系統(tǒng)的回路中安裝快速熔斷器，當(dāng)短路電流過載時(shí)能夠及時(shí)切斷電源，保護(hù)變頻器。

2.4 煤流監(jiān)測裝置

系統(tǒng)對煤流量的監(jiān)測主要通過皮帶電子秤的安裝來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)皮帶處于空載和重載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會(huì)觸發(fā)電子秤上的壓力傳感器，空載時(shí)由于皮帶被拉伸，不與傳感器接觸，壓力為零，或數(shù)值較?。划?dāng)重載時(shí)，皮帶附著于托輥，通過自重?cái)D壓，使傳感器捕捉數(shù)據(jù)，進(jìn)而傳送給電控系統(tǒng)，進(jìn)行分析指令，作出是否變頻的指示，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控[5]。

3 系統(tǒng)連接方式

帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻功能的主要輔助系統(tǒng)包括電子秤、變頻器、電控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)分析與編程功能），各部分主要通過與中央控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)多個(gè)端口的同時(shí)接入與工作。在斜井提升過程中，由于皮帶運(yùn)輸使用雙電機(jī)做功的模式，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)各自擁有獨(dú)立的變頻控制器，需在距離提升井口50m處設(shè)置配電硐室，使供電系統(tǒng)的10kV降壓為0.6kV，與皮帶電機(jī)電壓匹配后方可供電使用，如圖4所示。

4 應(yīng)用效果分析

自帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用的半年時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果突出，且電機(jī)調(diào)速平穩(wěn)，皮帶啟動(dòng)時(shí)的電流較少，啟動(dòng)電流對整個(gè)供電系統(tǒng)的沖擊減小。變頻裝置使用后，皮帶電動(dòng)機(jī)及其他設(shè)備的維修工程量下降，從而節(jié)約了大量的人工成本，減輕了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。變頻系統(tǒng)的使用使整個(gè)工序的自動(dòng)化程度及故障保護(hù)水平的程度提高，有效地保證了帶式輸送機(jī)的正?？煽窟\(yùn)行。

帶式輸送機(jī)的電機(jī)功率為5.5kW，變頻系統(tǒng)使用以后，輸送機(jī)的功率僅僅只有額定功率的60%左右，平均每臺(tái)電機(jī)可節(jié)省功率2.2kW左右，礦井每年的工作日按300d機(jī)算，則礦井每年可節(jié)省的電費(fèi)為300×24h×2.2×1.2=1.9008萬元（電費(fèi)按照1.2元/kW·h）計(jì)算，節(jié)能效果理想。

5 結(jié)論

本文對帶式輸送機(jī)現(xiàn)狀與缺點(diǎn)進(jìn)行分析，通過變頻技術(shù)對皮帶運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能調(diào)控，經(jīng)過理論研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化，建立了較為成熟完善的變頻控制系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了對皮帶運(yùn)行速度的平穩(wěn)控制過度，降低了皮帶的磨損以及載荷變化對電機(jī)的損耗，提高了皮帶使用效率，為企業(yè)節(jié)支降耗提供了可參考的經(jīng)驗(yàn)。

圖4 電力控制系統(tǒng)連接圖