DTL140/32/110型煤礦用帶式輸送機控制系統(tǒng)技術(shù)改造及其應(yīng)用效果

暴躍新

（山西晉煤集團(tuán)沁水胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城048214）

引言

煤礦機電設(shè)備中，帶式輸送機是其中不可或缺的運輸裝備[1]。由于帶式輸送機在煤礦中應(yīng)用廣泛，數(shù)量也相對較多，所以其消耗的電能占據(jù)煤礦電能消耗的很大一部分，限制了煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升[2]。在國家提倡節(jié)能減排的大背景下，采取有效措施降低帶式輸送機的能源消耗具有重要意義[3]。另外，帶式輸送機在啟動過程中，皮帶速度出現(xiàn)急劇變化，會影響皮帶的使用壽命，并對設(shè)備造成一定沖擊，影響設(shè)備運行的穩(wěn)定性[4]。當(dāng)前階段變頻技術(shù)發(fā)展較為成熟，在很多工業(yè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，具有節(jié)能減排、調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)勢[5-6]。本研究對某煤礦中使用的帶式輸送機控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，主要是添加了變頻技術(shù)，可以實現(xiàn)帶式輸送機啟動過程的軟啟動，不僅降低了煤礦企業(yè)的能源消耗，同時還有效緩解了帶式輸送機啟動過程中的沖擊振動問題。

1 帶式輸送機基本情況概況

某煤礦中使用的帶式輸送機型號為DTL140/32/110，該型號帶式輸送機使用的皮帶型號為St/S630，為鋼絲繩芯，具有抗靜電阻燃功能，皮帶寬度為1.4 m，抗拉強度可以達(dá)到630 N/mm。帶式輸送機的運輸角度為15°，距離為750 m左右，輸送速度和輸送量分別為3 m/s和1 500 t/h。驅(qū)動滾筒直徑為0.8 m，采用3臺電機同時進(jìn)行驅(qū)動，使用的電機型號為YB2315S-4，功率大小為160 kW，供電電壓為6 kV。此外，帶式輸送機還配套有減速器、制動器和液壓張緊裝置，型號分別為ZSY400-25、BYWZ5-400/80和DYL-03-5/6。圖1所示為改造前的帶式輸送機控制系統(tǒng)工作原理框圖。

圖1 改造前的帶式輸送機控制系統(tǒng)工作原理框圖

但是帶式輸送機沒有使用變頻技術(shù)，這使得其在運行時存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，啟動過程容易對設(shè)備造成沖擊。沒有變頻技術(shù)時，帶式輸送機在啟動過程中，電機轉(zhuǎn)速在極短時間內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，帶動滾筒表面線速度瞬間從0增加到系統(tǒng)設(shè)定的3 m/s。由于設(shè)備在靜止?fàn)顟B(tài)下存在很大的慣性，這種速度突變對皮帶以及設(shè)備都會造成較大的沖擊，嚴(yán)重影響皮帶的使用壽命，加劇設(shè)備的振動現(xiàn)象。尤其是在重載啟動時，這種現(xiàn)象更為明顯。第二，帶式輸送機啟動過程比較突然，未做到循序漸進(jìn)，存在電能浪費的現(xiàn)象。這些問題的存在，不僅增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時還對輸送機造成了較大沖擊，增加了設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，縮短了設(shè)備的使用壽命。因此，煤礦企業(yè)在分析以上實際情況的基礎(chǔ)上，決定對帶式輸送機進(jìn)行技術(shù)改造，增加設(shè)置變頻器，實現(xiàn)輸送機的軟啟動。

2 帶式輸送機技術(shù)改造方案

2.1 技術(shù)改造基本要求分析

本次對帶式輸送機進(jìn)行變頻技術(shù)改造的基本要求主要包含以下幾點：第一，對電機啟動過程電流值進(jìn)行控制，避免啟動過程中產(chǎn)生的瞬間大電流對供電電路產(chǎn)生不良影響，同時還可以提升機電設(shè)備運行的穩(wěn)定性和使用壽命；第二，對帶式輸送機啟動過程中的速度進(jìn)行控制，實現(xiàn)設(shè)備的軟啟動，避免硬啟動對設(shè)備造成的沖擊，以提升設(shè)備的使用壽命，尤其是可以顯著延長皮帶的使用時間。

2.2 技術(shù)改造總體方案

鑒于原有的帶式輸送機沒有使用變頻技術(shù)，在實踐應(yīng)用中存在一些問題，不利于保證整個采煤過程的穩(wěn)定性。因此本次技術(shù)改造主要是增加設(shè)置了礦用本安型變頻調(diào)速器。圖2所示為改造后的帶式輸送機工作原理框圖。從圖中可以看出，與原工作原理框圖相比較，改造后的帶式輸送機控制系統(tǒng)包含有變頻器、變頻控制器、顯示器和操作臺。變頻器是本次技術(shù)改造的核心，其型號根據(jù)帶式輸送機的實際參數(shù)合理選用。電動機轉(zhuǎn)速、皮帶運行速度等都可以通過專業(yè)的傳感器進(jìn)行檢測，這些參數(shù)是進(jìn)行變頻調(diào)速的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)可以展示在顯示器中，以便工作人員實時查看帶式輸送機的運行狀態(tài)。

圖2 改造后的帶式輸送機控制系統(tǒng)工作原理框圖

另外，變頻啟動系統(tǒng)還具備有自動檢測功能，可以對啟動系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行自動檢測，確保系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，避免變頻啟動系統(tǒng)自身故障問題對帶式輸送機運行的穩(wěn)定性造成不利影響。

3 技術(shù)改造方案中使用的主要硬件

3.1 變頻器的選型

本次技術(shù)改造采用的變頻器為東芝三菱MVG—2000/10/6k型號，每臺電機需要配備一臺變頻器。為確保帶式輸送機的穩(wěn)定運行，三臺電機的運行速度必須保持同步，同時還要確保功率平衡。為實現(xiàn)電機同步運動，需要對三臺變頻器進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制。將其中一臺變頻器設(shè)置為主變頻器，另外兩臺變頻器設(shè)置為從變頻器。變頻控制器只需對主變頻器進(jìn)行控制即可，從變頻器的輸出電壓頻率根據(jù)主變頻器進(jìn)行關(guān)聯(lián)調(diào)節(jié)。通過這樣的方式就實現(xiàn)了三臺電機運行速度的同步，且可以保證功率平衡。

變頻器是整個變頻啟動系統(tǒng)的核心裝置。進(jìn)行技術(shù)改造后，系統(tǒng)增加了故障檢測程序，可以實現(xiàn)變頻器故障的自動診斷?；趯嵺`經(jīng)驗可知，變頻器常見的故障類型主要包括過載、短路、過電壓和欠電壓等?；诠收显\斷程序可以自動判斷變頻器在運行過程中存在的故障問題，并對外發(fā)出警報，以提示工作人員進(jìn)行及時處理。通過這樣的措施能夠提升變頻器裝置運行的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 傳感器的選型

本系統(tǒng)中使用的傳感器主要有兩種，即帶速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，作用分別是實時監(jiān)測皮帶的運行速度和電機的輸出轉(zhuǎn)速。這兩個參數(shù)可以為帶式輸送機的軟啟動提供數(shù)據(jù)支撐。其中，速度傳感器選用的是GSC10型，屬于礦用本安型設(shè)施，在甲烷、粉塵等復(fù)雜環(huán)境下也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測量。轉(zhuǎn)速傳感器選用的是GSG1000型，同樣為礦用本安型設(shè)置，可以對電機輸出軸的轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行實時準(zhǔn)確檢測。帶式輸送機在啟動過程中可以利用兩個傳感器檢測數(shù)據(jù)，并將得到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)阶冾l控制器中。變頻器基于實際狀態(tài)調(diào)整輸出電壓頻率，進(jìn)而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整，達(dá)到輸送機軟啟動的目的。

4 技術(shù)改造應(yīng)用效果分析

4.1 帶式輸送機運行穩(wěn)定性分析

基于改造后的變頻啟動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)帶式輸送機的軟啟動，本研究中設(shè)定的是“拋物線”型啟動模式。將傳感器采集得到的帶式輸送機實際啟動過程運行速度，與系統(tǒng)設(shè)定的“拋物線”型啟動速度相比較，發(fā)現(xiàn)兩者之間吻合得非常好，誤差控制在了小于0.5%范圍內(nèi)。軟啟動模式可以有效降低帶式輸送機在啟動過程中皮帶的張力大小，降低沖擊過程對皮帶造成的損傷，提升皮帶使用壽命，同時還緩解了設(shè)備啟動過程中的振動問題，降低了設(shè)備出現(xiàn)故障問題的概率，提升了設(shè)備啟動過程的穩(wěn)定性，為煤礦開采過程的順利推進(jìn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過變頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠顯著降低帶式輸送機的電能消耗。技術(shù)改造后帶式輸送機的功率因素超過了0.9，即增大了有功功率的比例，降低了無功功率比例，使得帶式輸送機的電能利用率得到提升。如圖3所示為對帶式輸送機進(jìn)行技術(shù)改造前后連續(xù)6個月的電能消耗情況統(tǒng)計?；趫D中數(shù)據(jù)可以計算得到，改造前平均每個月消耗的電能為95 314 kW·h，改造后平均每個月的電能消耗為87 418 kW·h。改造后每個月可以節(jié)省的電能為7 896 kW·h，則每年可以節(jié)省的電量為94 752 kW·h。按照0.65元/（kW·h）的用電價格進(jìn)行計算，則每年可以節(jié)省的電費為61 588.8元。

圖3 帶式輸送機改造前后的電量消耗情況

5 結(jié)論

某煤礦將先進(jìn)的變頻技術(shù)應(yīng)用到對其DTL140/32/110型帶式輸送機的技術(shù)改造當(dāng)中，使得帶式輸送機啟動過程實現(xiàn)了軟啟動，有效降低了啟動過程對皮帶以及設(shè)備造成的沖擊，提升了皮帶和設(shè)備的使用壽命，同時還在一定程度上節(jié)省了電能，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。