變頻器在煤礦井下膠帶輸送機中的應(yīng)用研究

齊利民 趙新奇

（平煤股份四礦，河南 平頂山 476600）

一、變頻器在煤礦井下膠帶輸送機中應(yīng)用的功能優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)模式下，膠帶輸送機通常是以液壓耦合器作為啟動裝置的。此時，基于液壓耦合器的傳動特點，膠帶輸送機在投用運行中難免涉及到空載啟動、功率不平衡等問題，且容易引發(fā)皮帶斷裂、電機損壞等事故，難以達(dá)到經(jīng)濟性、安全性的工作效果。相比之下，將變頻器應(yīng)用到煤礦井下膠帶傳輸機當(dāng)中，能在很大程度上改善傳統(tǒng)時期的弊病問題，從而為煤炭資源運輸乃至整體煤礦作業(yè)的質(zhì)效強化提供支持。具體來講，其功能優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，若采取液壓耦合器下人工控制的傳統(tǒng)方式，膠帶輸送機會在啟停瞬間發(fā)生很大的瞬時電流沖擊現(xiàn)象，進而對輸送機電動機組及其他零件內(nèi)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響，降低輸送機的耐久性與穩(wěn)定性。而在融合變頻技術(shù)后，變頻器可把直流電處理轉(zhuǎn)化為交流電，并為輸送機提供出小電流、慢速度的啟動條件。這樣一來，便不會出現(xiàn)瞬時電流驟升的情況。同時，輸送機在較長的加載周期內(nèi)，會將積蓄在膠帶中的能量進行充分釋放，從而避免橡膠傳送帶受到過大張力影響，出現(xiàn)擠壓、形變、撕裂等故障。

其次，在變頻器的應(yīng)用支持下，膠帶傳輸機可通過驅(qū)動頻率的動態(tài)調(diào)整，將電機轉(zhuǎn)矩保持在相對穩(wěn)定、平衡的狀態(tài)當(dāng)中，進而傳送帶在不穩(wěn)定工況下發(fā)生應(yīng)力堆積。此外，結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗來看，利用變頻技術(shù)將膠帶傳輸機維持于低頻運轉(zhuǎn)，通常能將變頻器輸出力矩控制為額定力矩的兩倍左右，以此進一步為膠帶輸送機的平穩(wěn)加載與安全作業(yè)提供保障。由此，傳送帶在運行過程中可能遭遇的風(fēng)險隱患將顯著減少，采煤作業(yè)對傳送帶的質(zhì)量要求也會隨之降低，相關(guān)人員便能在保證機械應(yīng)用與工作質(zhì)效的前提下，選擇強度適宜、價格更低的傳送帶部件。

最后，在智能控制技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等現(xiàn)代科技蓬勃發(fā)展的背景下，變頻器可表現(xiàn)出智能化、自動化、無極化的變速特點。所以，將變頻器應(yīng)用到煤礦井下膠帶輸送機體系中，還能保證輸送機運行狀態(tài)與具體工況、環(huán)境的動態(tài)匹配，并對故障風(fēng)險進行自動反饋，達(dá)到節(jié)約電能資源、延長設(shè)備壽命、降低故障影響等積極目的。

二、變頻器在煤礦井下膠帶輸送機中應(yīng)用的實踐要點

（一）膠帶輸送機控制機制的綜合運用

現(xiàn)階段，為了達(dá)到更好的變頻效果，通常依托PLC技術(shù)或PID技術(shù)進行膠帶輸送機的運行控制。

其中，PLC技術(shù)主要以位于中控室的PLC控制系統(tǒng)為核心，并通過安裝在變頻器中的組態(tài)軟件對皮帶輸送機實施動態(tài)監(jiān)控。在此背景下,PLC系統(tǒng)在獲得監(jiān)控軟件傳回的工況信息后，便會將其與預(yù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)程序進行比對，并據(jù)此向變頻器發(fā)出啟停指令，以此驅(qū)動膠帶輸送機的電機組進行勻速啟動、同步控制等操作。同時，PLC系統(tǒng)還具備可靠的信息記錄與風(fēng)險告警功能。當(dāng)通過監(jiān)控組件感應(yīng)到膠帶輸送機存在過載、過流、皮帶跑偏、皮帶堆煤等故障問題后，PLC系統(tǒng)可在引導(dǎo)變頻器發(fā)出停機動作的同時，發(fā)出界面提示、信息傳輸?shù)葓缶盘?，以此提醒相關(guān)人員及時進入煤礦井下施工現(xiàn)場，對膠帶輸送機進行維修處理。此外，市面上一些基于PLC技術(shù)的變頻器還配備有煤流感應(yīng)裝置，可支持PLC系統(tǒng)根據(jù)傳送帶上方煤炭流量的具體情況，對傳送帶的運行速度實施自動化、適宜化調(diào)整，以確保膠帶輸送機運行功率與施工需求的充分匹配，達(dá)到保質(zhì)、節(jié)能的機械設(shè)備應(yīng)用效果。

PID技術(shù)則以膠帶輸送機的電機運行狀態(tài)作為感應(yīng)對象，再通過變頻器對膠帶輸送機的工況進行自動控制。在設(shè)備的運行實踐中，裝載于變頻器的PID單片機會對輸送機電機組在電流、電壓、轉(zhuǎn)矩等方面的實際輸出值進行采集，并運算其與給定值之間的偏差，從而依據(jù)這一偏差發(fā)出調(diào)整指令，使電機始終維持在標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定的狀態(tài)當(dāng)中。在調(diào)整完成后，PID單片機會進一步采集電機組的輸出數(shù)據(jù)，并由此形成線性的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對膠帶輸送機的持續(xù)控制，避免其出現(xiàn)空載、過載等負(fù)面現(xiàn)象。

但需要注意的是，在引入自動控制機制的同時，相關(guān)人員仍應(yīng)保留膠帶輸送機原有的啟動電氣柜作為工頻旁路。這樣一來，即便變頻器本身出現(xiàn)了故障問題，相關(guān)人員也能利用傳統(tǒng)手段進行膠帶輸送機的應(yīng)急控制，從而實現(xiàn)人工操作與自動機制的“雙保險”。

（二）膠帶輸送機控制參數(shù)的合理設(shè)計

在明確選擇變頻器的技術(shù)類型后，相關(guān)人員還需對其控制參數(shù)、控制流程進行合理設(shè)計，以確保變頻器及控制系統(tǒng)保有科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化的運行依據(jù)。例如，某基于PLC變頻器的膠帶輸送機控制設(shè)計部分如下：

第一，對膠帶輸送機進行通電檢查，在確認(rèn)啟動條件充分滿足后，有PLC系統(tǒng)向變頻器發(fā)出指令，驅(qū)動電機組運行。當(dāng)電機組的運行頻率由0Hz勻速爬升至50Hz時，停止頻率增長，此時傳送帶的傳動速度為每秒4.5m；第二，當(dāng)通過GEJ30、GSC200、GUJ30等傳感裝置檢測到輸送機存在探桿軸轉(zhuǎn)角度超過10°、動輪速度低于標(biāo)準(zhǔn)值25%、發(fā)生堆煤故障等情況時，PLC系統(tǒng)分別采取界面及指示燈告警、切斷電源、延遲滾球閉合等指令策略；第三，在停機情況下，通過傳感器對傳送帶進行檢測，若確認(rèn)煤料全部卸載完成，則勻速將輸送機電機組頻率由50Hz降至0Hz，最終進行閘瓦抱閘。

三、結(jié)論

總而言之，將變頻器應(yīng)用到煤礦井下皮帶輸送機的優(yōu)化改造當(dāng)中，能顯著提高皮帶輸送機的控制優(yōu)質(zhì)性與運行標(biāo)準(zhǔn)性，從而使皮帶輸送機持續(xù)處在安全、高效、經(jīng)濟的良性工作狀態(tài)當(dāng)中，為煤礦施工提供出理想化的設(shè)備支持。