帶式輸送機(jī)變頻跟隨控制技術(shù)的研究與運(yùn)用

林麗鳳，紀(jì)玉華，孫友森，徐偉同，王建華

(1.棗莊礦業(yè)集團(tuán) 付村煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277605；2.棗莊礦業(yè)集團(tuán)煤質(zhì)管理處，山東 棗莊 277000；3.棗莊礦業(yè)集團(tuán) 柴里煤礦，山東 棗莊 277000)

帶式輸送機(jī)變頻跟隨控制技術(shù)的研究與運(yùn)用

林麗鳳1，紀(jì)玉華2，孫友森2，徐偉同1，王建華3

(1.棗莊礦業(yè)集團(tuán) 付村煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277605；2.棗莊礦業(yè)集團(tuán)煤質(zhì)管理處，山東 棗莊 277000；3.棗莊礦業(yè)集團(tuán) 柴里煤礦，山東 棗莊 277000)

為了解決付村選煤廠帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度不能依據(jù)實(shí)際運(yùn)輸量及時(shí)調(diào)節(jié)的問(wèn)題，結(jié)合問(wèn)題原因分析，采用變頻跟隨控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。生產(chǎn)實(shí)踐表明：該技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的合理控制，有效解決了輕載恒速和空載運(yùn)行帶來(lái)的電能浪費(fèi)問(wèn)題，達(dá)到了膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)整體節(jié)能的目標(biāo)。

帶式輸送機(jī)；變頻跟隨控制技術(shù)；運(yùn)行速度

付村選煤廠是一座洗選能力為2.40 Mt/a的礦井型選煤廠，生產(chǎn)系統(tǒng)由原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)、動(dòng)篩排矸系統(tǒng)、跳汰分選系統(tǒng)、重介分選系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)組成。選煤廠是廠礦聯(lián)合型企業(yè)的重要生產(chǎn)部門(mén)，也是耗能大戶。目前，節(jié)能降耗已成為我國(guó)的基本國(guó)策，從管理與技術(shù)角度降低電能損耗是選煤廠的重要節(jié)能降耗途徑。與我國(guó)眾多選煤廠一樣，帶式輸送機(jī)也是付村選煤廠的主要運(yùn)輸設(shè)備，使用數(shù)量較多，配套電機(jī)的功率較大。在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著煤炭運(yùn)輸量的變化實(shí)際所需功率相差較大，而其始終按照額定功率運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備電能損耗嚴(yán)重。為了提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率，付村選煤廠將PLC控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的變頻跟隨控制。

1 存在問(wèn)題與原因分析

付村選煤廠采用數(shù)量眾多的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常存在“大馬拉小車(chē)”，甚至“空跑”的現(xiàn)象，即當(dāng)帶式輸送機(jī)所需功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于配套電機(jī)的額定功率時(shí)，其始終按照額定功率運(yùn)行。帶式輸送機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于輕載狀態(tài)，造成了很大的電能浪費(fèi)。

為了解決帶式輸送機(jī)的輕載運(yùn)行問(wèn)題，該選煤廠采用變頻控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了改造。但是改造后的帶式輸送機(jī)只是簡(jiǎn)單的按照設(shè)定頻率啟動(dòng)，當(dāng)其運(yùn)行速度達(dá)到設(shè)定速度時(shí)，就會(huì)按照設(shè)定頻率運(yùn)行；之后無(wú)論煤炭運(yùn)輸量或多或少，變頻器不再對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致即使膠帶上煤炭較少或沒(méi)有煤炭時(shí)，帶式輸送機(jī)也以較高的速度運(yùn)行，這種空載、輕載造成的電能浪費(fèi)很?chē)?yán)重。另外，如果帶式輸送機(jī)輕載時(shí)的運(yùn)行速度較高，很容易出現(xiàn)磨料、跑料的問(wèn)題，也容易對(duì)其自身造成損傷[1-4]。

2 改造方案

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)選煤廠的帶式輸送機(jī)一般均采用工頻拖動(dòng)，由于配套的電動(dòng)機(jī)沒(méi)有采用軟啟停方式，導(dǎo)致設(shè)備相應(yīng)部位磨損嚴(yán)重。此外，由于電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在工頻狀態(tài)運(yùn)行，電能損耗較大，大功率帶式輸送機(jī)的電能損耗更大。為此，采用變頻跟隨控制技術(shù)和PLC控制系統(tǒng)對(duì)這部分耗能設(shè)備進(jìn)行合理的技術(shù)改造。

2.1 控制原理

運(yùn)煤量的有效采集是帶式輸送機(jī)跟隨控制實(shí)現(xiàn)的先決條件，對(duì)運(yùn)煤量的及時(shí)采集、傳送、處理是變頻器對(duì)其運(yùn)行速度合理調(diào)整的依據(jù)。為此，為帶式輸送機(jī)安裝實(shí)時(shí)稱(chēng)重儀器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)煤量的及時(shí)、有效檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)分析、延時(shí)，最后確定每臺(tái)帶式輸送機(jī)變頻器的輸出電壓和輸出頻率，確保每臺(tái)帶式輸送機(jī)根據(jù)運(yùn)煤量的需要運(yùn)行，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約電能，減少設(shè)備磨損，延長(zhǎng)使用壽命的效果[5-6]。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量與輸出頻率的關(guān)系。為實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)變頻跟隨控制，需要根據(jù)運(yùn)煤量調(diào)整其運(yùn)行速度。當(dāng)運(yùn)煤量一定時(shí)，帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度與輸出頻率成正比，據(jù)此可以確定其輸出頻率。為了保證帶式輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要建立運(yùn)煤量與輸出頻率的模糊控制表，以確定運(yùn)煤量與輸出頻率之間的一一映射關(guān)系。如果帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量在某個(gè)范圍內(nèi)變化，控制系統(tǒng)不會(huì)立即對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)整；但是如果帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量超出變化范圍，控制系統(tǒng)就會(huì)按照預(yù)設(shè)控制規(guī)則調(diào)整輸出頻率。

(2)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度、運(yùn)煤量與輸出頻率的關(guān)系。對(duì)于同一臺(tái)帶式輸送機(jī)而言，運(yùn)行速度、瞬時(shí)運(yùn)煤量與輸出頻率之間存在一定的比例關(guān)系，據(jù)此在控制系統(tǒng)內(nèi)建立運(yùn)行速度與輸出頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(3)根據(jù)運(yùn)煤量和第一臺(tái)帶式輸送機(jī)的輸出頻率，確定其運(yùn)行速度，隨后建立每臺(tái)帶式輸送機(jī)延時(shí)調(diào)速的時(shí)間表。

假設(shè)帶式輸送機(jī)膠帶的長(zhǎng)度為mi，運(yùn)行速度為vi，i為膠帶編號(hào)，取1、2、3……n。那么，第二臺(tái)帶式輸送機(jī)調(diào)速的延時(shí)時(shí)間為t2=m1/v1+中間設(shè)備延時(shí)時(shí)間1，第三臺(tái)帶式輸送機(jī)調(diào)速的延時(shí)時(shí)間為t3=t2+m2/v2+中間設(shè)備延時(shí)時(shí)間2，第n臺(tái)帶式輸送機(jī)調(diào)速的延時(shí)時(shí)間為tn=tn-1+mn-1/vn-1+中間設(shè)備延時(shí)時(shí)間(n-1)，中間設(shè)備延時(shí)時(shí)間為煤流自上一級(jí)膠帶流至下一級(jí)膠帶的時(shí)長(zhǎng)。

當(dāng)運(yùn)煤量發(fā)生變化時(shí)，可編程控制器根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系，首先調(diào)整首臺(tái)帶式輸送機(jī)的工作頻率，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間調(diào)整相應(yīng)帶式輸送機(jī)的工作頻率。此時(shí)，整個(gè)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行頻率的調(diào)整依據(jù)均為運(yùn)煤量，從而保證每臺(tái)帶式輸送機(jī)運(yùn)行在其實(shí)時(shí)負(fù)載對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)頻率。

2.2 軟硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由安裝在帶式輸送機(jī)上的皮帶秤、測(cè)速傳感器、變頻器、PLC四部分組成，其中首個(gè)帶式輸送機(jī)安裝有皮帶秤，其他帶式輸送機(jī)安裝有測(cè)速傳感器，皮帶秤和測(cè)試傳感器均連接到對(duì)應(yīng)的儀表上，再經(jīng)集線器連入變頻跟隨調(diào)節(jié)系統(tǒng)的服務(wù)器；PLC與變頻器連接，在系統(tǒng)中起到兩個(gè)作用，一是采集變頻器的頻率信號(hào)，并將其傳送給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，二是根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需求控制變頻器輸出，進(jìn)而改變帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度。

系統(tǒng)的控制軟件每隔一段時(shí)間采集皮帶秤和測(cè)速傳感器的數(shù)據(jù)，再將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中的控制表作模糊比較，計(jì)算出當(dāng)前煤炭質(zhì)量下的膠帶最優(yōu)運(yùn)行速度，并將其換算為每條膠帶的輸出頻率，然后通過(guò)PLC將每條膠帶的適宜頻率寫(xiě)入變頻器，進(jìn)而改變帶式輸送機(jī)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該選煤廠的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該控制系統(tǒng)用在由多臺(tái)有關(guān)聯(lián)關(guān)系的設(shè)備組成的運(yùn)輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件依據(jù)模糊控制算法，檢測(cè)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度與運(yùn)煤量是否為最優(yōu)匹配，如果二者為最優(yōu)匹配，控制系統(tǒng)不作任何處理；如果二者不是最優(yōu)匹配，控制系統(tǒng)就會(huì)立即做出相應(yīng)處理。具體處理過(guò)程為：控制系統(tǒng)發(fā)送配套電動(dòng)機(jī)的預(yù)置電壓和輸出頻率給對(duì)應(yīng)變頻器，通過(guò)變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度的合理調(diào)控。帶式輸送機(jī)變頻跟隨控制系統(tǒng)的應(yīng)用，有效解決了輕載恒速和空載運(yùn)行造成的電能浪費(fèi)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)整體節(jié)能的目的[6-7]。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 效益分析

變頻跟隨控制技術(shù)投入使用后，在帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量少時(shí)，其運(yùn)行速度隨之下降，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件的磨損程度大幅降低，設(shè)備使用壽命得以延長(zhǎng)；此外，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊大大減小，電網(wǎng)的功率因數(shù)得到有效提高，無(wú)功損耗降低[8-10]。

付村選煤廠對(duì)四臺(tái)帶式輸送機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，其額定功率分別為75、80、80、110 kW，按照每天運(yùn)轉(zhuǎn)10 h計(jì)算，技術(shù)改造前四臺(tái)帶式輸送機(jī)每天的耗電量為3 450 kW·h；變頻跟隨控制系統(tǒng)投入使用后，每天的耗電量為936 kW·h，因此每天可節(jié)約電能2 514 kW·h。按照每年運(yùn)行200 a、電價(jià)0.6元/( kW·h)計(jì)算，全年可節(jié)約電費(fèi)30.16萬(wàn)元。變頻跟隨控制系統(tǒng)的工程造價(jià)如表1所示。

表1 變頻跟隨控制系統(tǒng)工程造價(jià)

由表1可知：該系統(tǒng)的工程總造價(jià)為191 010元，每年節(jié)約的電費(fèi)為30.16萬(wàn)元，回收期約為7.5個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，節(jié)能降耗成為企業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)心的問(wèn)題。付村選煤廠針對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，采用變頻跟隨控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了改造，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。據(jù)實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，變頻跟隨控制技術(shù)投入使用后，每年可為該選煤廠帶來(lái)30多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能效果顯著。

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Research and application of frequency control technology of belt conveyor

LIN Li-feng1, JI Yu-hua2, SUN You-sen2, XU Wei - tong1, WANG Jian-hua3

(1. Fucun Coal Industry Company, Zaozhuang Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277605,China; 2. Coal Quality Management Department, Zaozhuang Coal Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277000,China; 3. Chaili Coal mine, Zaozhuang Coal Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277000, China)

To regulate running speed of belt conveyor in time based on actual amount of carrying in Fucun coal preparation plant, frequency control technology is employed by analysis of the causes. The application shows that it can control motor speed of belt conveyor appropriately, solving the problem of no-load operation and constant speed at a little load, which save energy of the whole conveying system.

belt conveyor; frequency control technology; running speed

1001-3571(2015)05-0088-03

TD948.9

B

2015-09-06

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.023

林麗鳳(1977—)，女，黑龍江省綏化市人，工程師，從事選煤生產(chǎn)管理工作。

E-mail：fcllf@foxmail.com Tel：0632-4067621