下運(yùn)膠帶輸送機(jī)重載啟車飛車的原因分析及處理

王佳 張大海

摘 要：永煤公司新橋煤礦南一采區(qū)膠帶輸送機(jī)為上山下運(yùn)強(qiáng)力膠帶，該部膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)分別采用不同廠家設(shè)備，設(shè)備之間的關(guān)系較為復(fù)雜，系統(tǒng)沒(méi)有形成良好的閉環(huán)控制。空載和輕載時(shí)該系統(tǒng)尚能正常運(yùn)行，當(dāng)膠帶機(jī)由于特殊原因重載停車，再次啟動(dòng)時(shí)膠帶會(huì)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。通過(guò)增加通訊模塊及修改PLC程序，從而對(duì)膠帶機(jī)重載啟車方式進(jìn)行優(yōu)化，避免了重載啟車飛車現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：重載；啟車；飛車；通訊；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TD528.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0104-02

永煤公司新橋煤礦南一采區(qū)膠帶上山全長(zhǎng)1 095 m，最大傾角為18.05 °，平均傾角11.74 °，平均運(yùn)量為800 t/h。該部膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置采用三臺(tái)唐山開(kāi)誠(chéng)型號(hào)為ZJT1-315/1140的四象限315 kW變頻器加南陽(yáng)防爆三臺(tái)250 kW的變頻專用電機(jī)拖動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)為鄒城廣信生產(chǎn)的型號(hào)為KPZ-I-1400/96自冷盤式制動(dòng)裝置。膠帶輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用的是天津華寧KTC101沿線通訊保護(hù)系統(tǒng)。由于該膠帶機(jī)采用了多家不同廠商的設(shè)備配合使用，設(shè)備之間的關(guān)系較為復(fù)雜，系統(tǒng)沒(méi)有形成良好的閉環(huán)控制?？蛰d和輕載時(shí)該系統(tǒng)還能正常起動(dòng)運(yùn)行，但是當(dāng)膠帶機(jī)由于某種原因（如前級(jí)膠帶機(jī)突然停機(jī)、膠帶機(jī)自身保護(hù)動(dòng)作、膠帶機(jī)尾卡矸等）重載停機(jī)后，再次開(kāi)機(jī)時(shí)膠帶會(huì)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象（帶速達(dá)到額定帶速的2～3倍），不能一次性起車成功，此時(shí)變頻器過(guò)載跳電，需多次開(kāi)機(jī)將膠帶上的物料卸去一部分后才能正常起車。

1 重載啟車飛車的原因分析

由于該部膠帶機(jī)采用了多家不同廠商的設(shè)備配合使用，各臺(tái)設(shè)備都有自己小型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間只通過(guò)物理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的連鎖互鎖關(guān)系。膠帶輸送機(jī)正常啟車各臺(tái)設(shè)備之間聯(lián)鎖互鎖及啟車順序圖，如圖1所示。

主控系統(tǒng)向保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)行信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)正常預(yù)警后給主控系統(tǒng)返回一個(gè)正常節(jié)點(diǎn)信號(hào)。主控系統(tǒng)收到保護(hù)系統(tǒng)的正常信號(hào)后給制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)行信號(hào)，制動(dòng)系統(tǒng)液壓站工作制動(dòng)閘塊打開(kāi)，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)液壓站工作壓力達(dá)到設(shè)定壓力 （6 MPa）盤形閘完全敞開(kāi)后給主控系統(tǒng)返回一個(gè)正常節(jié)點(diǎn)信號(hào)。主控系統(tǒng)收到制動(dòng)系統(tǒng)的正常信號(hào)后給變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送運(yùn)行信號(hào)，變頻器帶動(dòng)電機(jī)勻速啟動(dòng)后膠帶機(jī)正常運(yùn)行。南一采區(qū)膠帶機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)系示意圖，如圖2所示。

此種邏輯關(guān)系存在一定的弊端，膠帶輸送機(jī)在空載或輕載正常起車時(shí)，設(shè)備能正常運(yùn)行。當(dāng)重載起車時(shí)，系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)必須在制動(dòng)系統(tǒng)液壓站工作壓力達(dá)到設(shè)定壓力盤形閘完全打開(kāi)后變頻器才能起動(dòng)。但是在盤形閘打開(kāi)的過(guò)程中，因?yàn)槟z帶自身及煤的自重，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的重力，當(dāng)該重力大于盤形閘的制動(dòng)力矩時(shí)膠帶就會(huì)開(kāi)始向下滑動(dòng)，且速度越來(lái)越快。當(dāng)制度閘液壓站工作壓力達(dá)到設(shè)定壓力，盤形閘完全打開(kāi)后，膠帶帶速已經(jīng)達(dá)到5～6 m/s，此時(shí)變頻器啟動(dòng)，變頻器頻率由0HZ緩慢上升，由于電機(jī)已經(jīng)超速轉(zhuǎn)動(dòng)，附加在電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差相差過(guò)大，電機(jī)電流過(guò)載，變頻器保護(hù)動(dòng)作膠帶機(jī)起車失敗。

通過(guò)對(duì)膠帶機(jī)重載起車原因進(jìn)行分析得出：南一采區(qū)膠帶輸送機(jī)重載飛車是由于變頻器與盤形制動(dòng)器兩者起動(dòng)時(shí)間配合不當(dāng)造成。

2 解決方案制定與論證

解決方案：解決該問(wèn)題關(guān)鍵就是使變頻器與盤式制動(dòng)器兩者啟動(dòng)時(shí)間有效配合。

制定方案一：通過(guò)增加軸編碼器來(lái)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或者膠帶機(jī)滾筒在重載起車時(shí)的動(dòng)態(tài)。重載起車過(guò)程中，當(dāng)盤形閘微微打開(kāi)，膠帶剛剛開(kāi)始下滑，驅(qū)動(dòng)電機(jī)或滾筒就會(huì)通過(guò)軸編碼器將運(yùn)行信號(hào)發(fā)送至主控站PLC，主控系統(tǒng)馬上給變頻器發(fā)送啟動(dòng)指令（由于電機(jī)剛開(kāi)始低速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差很小，變頻器不會(huì)過(guò)載）。電機(jī)在變頻器的拖動(dòng)下加速到額定轉(zhuǎn)速，膠帶機(jī)正常起車。

需用材料：礦用本安型軸編碼器一個(gè)（約5 000元）。

西門子高速計(jì)數(shù)模塊FM350-1一塊（約8 000元）。

通信控制線纜100 m（約500元）。

制定方案二：現(xiàn)場(chǎng)觀察在重載起車時(shí)盤形制動(dòng)器收到開(kāi)閘命令后，在開(kāi)閘過(guò)程中膠帶開(kāi)始下滑時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)液壓站的制動(dòng)壓力（貼閘壓力），在此壓力下盤形制動(dòng)器的制動(dòng)力矩約等于膠帶下滑的重力。此時(shí)變頻器啟動(dòng)電機(jī)也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)載現(xiàn)象，膠帶機(jī)也可以正常起車，此方案需要在制動(dòng)系統(tǒng)控制柜增加EM277通訊處理模塊與主控系統(tǒng)通信，主控系統(tǒng)通過(guò)通信數(shù)據(jù)采集制動(dòng)系統(tǒng)液壓站的實(shí)時(shí)壓力，監(jiān)測(cè)貼閘壓力適時(shí)啟動(dòng)變頻器。

需用材料：西門子通訊模塊EM277（約1 500元）。

通信控制線纜20 m（約100元）。

通過(guò)論證得出結(jié)論：方案一與方案二相比較實(shí)現(xiàn)的功能基本相同，但方案一需要的費(fèi)用較多且對(duì)原系統(tǒng)改動(dòng)較大，所以決定使用方案二來(lái)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

3 方案實(shí)施

①現(xiàn)場(chǎng)觀察在重載起車時(shí)盤形制動(dòng)器開(kāi)閘過(guò)程中膠帶開(kāi)始下滑時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)液壓站的制動(dòng)壓力（貼閘壓力）約為2.5 MPa，為保證可靠，計(jì)劃在程序中設(shè)置重載時(shí)變頻啟動(dòng)壓力為 2.0 MPa。

②在制動(dòng)系統(tǒng)控制柜內(nèi)添加西門子EM277通信模塊并接線。

③將西門子EM277通信模塊的通信線與主控系統(tǒng)西門子S7-300PLC的CPU相聯(lián)通。

④在主控系統(tǒng)西門子S7-300PLC增加控制程序。

⑤為保證修改后的系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后不影響膠帶機(jī)正常運(yùn)行，需將操作臺(tái)上的備用旋鈕連接至PLC上的數(shù)字量輸入點(diǎn)I3.7來(lái)對(duì)新增加的PLC程序進(jìn)行投切。

4 實(shí)施效果

當(dāng)膠帶上滿負(fù)荷時(shí)重載停機(jī)，此時(shí)將操作臺(tái)上的旋鈕打到閉合位置，主控PLC運(yùn)行重載起車程序。按下膠帶機(jī)啟動(dòng)按鈕后，制動(dòng)器液壓站電機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)液壓站壓力達(dá)到預(yù)設(shè)貼閘壓力值時(shí)，變頻器按程序設(shè)計(jì)啟動(dòng)，膠帶機(jī)按變頻器預(yù)設(shè)加速度緩慢起動(dòng)，查看電機(jī)運(yùn)行電流均正常。變頻器達(dá)到額定頻率后主驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，膠帶機(jī)正常起車。

5 效益分析與計(jì)算

5.1 安全效益

下運(yùn)膠帶機(jī)重載起車時(shí)由于膠帶自重及煤重在慣性作用下，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的下滑力，膠帶運(yùn)行速度過(guò)快，對(duì)機(jī)頭設(shè)備及機(jī)架等沖擊力較大，容易造成設(shè)備損壞，電機(jī)燒毀，嚴(yán)重影響我礦主煤流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。損壞的設(shè)備與更換設(shè)備帶來(lái)生產(chǎn)影響損失更加不可估量。下運(yùn)膠帶輸送機(jī)重載啟車飛車的處理，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，有效解決了膠帶機(jī)在重載時(shí)需多次開(kāi)機(jī)才能起動(dòng)問(wèn)題，節(jié)省了寶貴的生產(chǎn)時(shí)間與電力，達(dá)到很好的節(jié)能效果。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

膠帶機(jī)重載停車后需要多次才能起動(dòng)，每次重載起車大約需要使用20 min。按每天出現(xiàn)一次重載停機(jī)計(jì)算，每年多增加重載起車時(shí)間為120 h（5 d）。

每年節(jié)省電費(fèi)：重載起車過(guò)程中電量消耗為正常開(kāi)機(jī)時(shí)2倍以上，南一采區(qū)三臺(tái)電機(jī)功率為3×250 kW，每小時(shí)使用電量約750 kW·h，每kW·h按0.31元計(jì)算：

節(jié)省電費(fèi)為：120 h×750 kW·h×0.31=27 900元

該部正常運(yùn)輸時(shí)煤量約為500 t/h，每天膠帶機(jī)運(yùn)行14 h計(jì)算，每年節(jié)約時(shí)間可產(chǎn)煤14×500×5=35 000 t，噸煤價(jià)格約為420元/t，每年節(jié)約時(shí)間可生產(chǎn)原煤價(jià)值為：35 000×420元/t=1470.萬(wàn)元。

產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為：1 470+2.79=1 472.79萬(wàn)元。

6 結(jié) 語(yǔ)

下運(yùn)膠帶輸送機(jī)重載啟車飛車原因分析及處理，使得膠帶機(jī)重載起車時(shí)運(yùn)行更穩(wěn)定，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。為安全生產(chǎn)提供保障。同時(shí)也解決了重載開(kāi)機(jī)時(shí)的膠帶機(jī)飛速下滑對(duì)機(jī)械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的沖擊問(wèn)題，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。節(jié)省了寶貴的生產(chǎn)時(shí)間與電力，達(dá)到很好的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉懷遠(yuǎn).大功率下運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)技術(shù)的幾點(diǎn)淺析[J].科技探索，

2014，（1）.