變頻器在井下強力皮帶輸送機中的運用研究

湯守義（開灤集團公司錢家營礦業(yè)分公司，河北　唐山　063000）

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變頻器在井下強力皮帶輸送機中的運用研究

湯守義
（開灤集團公司錢家營礦業(yè)分公司，河北唐山063000）

摘要：關于低壓軟啟動控制的井下皮帶輸送機，其技術(shù)問題我們對設備進行了專項研究，發(fā)現(xiàn)其效率略低，而且對公司電氣環(huán)境的運行情況也有一定影響，如果其工作狀態(tài)不穩(wěn)定會影響公司電氣網(wǎng)絡的正常運行。本論文研究的問題是充分發(fā)揮變頻器技術(shù)在控制方面的優(yōu)勢，代替原有皮帶運輸機的驅(qū)動系統(tǒng)以達到優(yōu)化工作效果的目的，本文介紹了我們對皮帶輸送機驅(qū)動方式的優(yōu)化思路，介紹了使用變頻技術(shù)為控制因素的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和設備運行效果得到的提升，對公司礦井原煤輸送環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量起到的優(yōu)化作用。在保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，通過科技水平為企業(yè)創(chuàng)造價值。

關鍵詞：變頻器；改造；皮帶輸送機；調(diào)速

煤礦運煤主要使用的運輸機屬于膠帶運輸機，傳統(tǒng)煤炭運輸載體，大多數(shù)使用的技術(shù)是低壓軟啟動技術(shù)，這種技術(shù)不但應用于煤炭，而且也應用于其他很多行業(yè)，當年這個技術(shù)主要核心是建立在固態(tài)繼電器的位移的技術(shù)基礎上，通過這個技術(shù)來實現(xiàn)電壓提升的控制，通過電壓的控制來控制速度。

皮帶運輸機正常工作需要皮帶和機械相配合，由于變頻器的加入，皮帶不再會產(chǎn)生較大的前后位移，因此也能大幅度地節(jié)約皮帶的使用，以往皮帶出現(xiàn)問題產(chǎn)生的不僅僅是皮帶費用，同時產(chǎn)生的是人力資源成本，擾亂生產(chǎn)計劃的損失很難計算，井下設備質(zhì)量的重要性關系著整個公司的運行。

1. 現(xiàn)有煤炭輸送機控制系統(tǒng)的優(yōu)化思路

1.1 目前設備控制系統(tǒng)改造思路

變頻器的工作原理是集成大功率高壓晶體管的技術(shù)和電子控制技術(shù)。通過改變交流電機的幅值，以及改變交流電機的頻率，使電機的磁場周期發(fā)生變化，來實現(xiàn)電氣控制的目的。曾經(jīng)的控制系統(tǒng)原理比較復雜，但是使用變頻器以后調(diào)速方面的控制變得更簡單，而且維修和維護也更簡單。

變頻器主要是服務于異步電動機通過調(diào)頻調(diào)壓完成電力變換。該技術(shù)的核心構(gòu)成可以大致分為電壓型和電流型，能夠?qū)㈦妷涸从芍绷髯兂山涣?，即為電壓型。能夠?qū)㈦娏髟吹闹绷髯兂山涣?，即為電流型。變頻器可以很容易地實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制，這樣就使得生產(chǎn)過程越是復雜的條件，工作就越穩(wěn)定越靈活，不會產(chǎn)生因為特殊情況產(chǎn)生的不可逆操作。加減速時間也可調(diào)整，這樣就會讓設備更容易適應各種負載裝填，例如負載的形狀，重量，重心等因素都可以靈活應對?？梢栽诟咚龠\轉(zhuǎn)的前提下穩(wěn)定運行，這一個特點使變頻器適應大多數(shù)領域，產(chǎn)生了不可替代的競爭優(yōu)勢，代表了效率和質(zhì)量，也就代表了企業(yè)的效益。

目前行業(yè)內(nèi)控制皮帶運輸機主要的控制系統(tǒng)都是由變頻器來負責核心的控制部分，因為其優(yōu)勢明顯，適應行業(yè)已經(jīng)成為沒有爭議的主流操作技術(shù)，隨著生產(chǎn)效率要求不斷地提高和行業(yè)的競爭煤炭的產(chǎn)量速度不斷上升，對于電機來講負荷不斷增加，總工作時間增加，維修維護時間減少等實際問題一直考驗著我們的生產(chǎn)設備，而技術(shù)就是設備工作的核心。在煤炭產(chǎn)量低峰時段，操作工程師可自己調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速達到節(jié)能減排的作用，達到降低成本，增加效益的目的。

1.2控制系統(tǒng)設計

為了正常地執(zhí)行生產(chǎn)任務，控制系統(tǒng)的設計考慮到了工作的安全性，執(zhí)行過程的準確性，設備維護的故障率。皮帶運輸機的控制系統(tǒng)盡量集成化網(wǎng)絡化，使用現(xiàn)代化的工作方式進行操作和管理。系統(tǒng)采用集散式控制方法，使用二級分布式計算機來實現(xiàn)控制執(zhí)行。系統(tǒng)具備自動檢測相關參數(shù)的功能，控制數(shù)據(jù)和工作數(shù)據(jù)可以正常顯示。并且在工作通過對關鍵控制點的監(jiān)控起到保護報警的作用。

系統(tǒng)包含操作站和現(xiàn)場控制站?，F(xiàn)場控制站采用西門子S7-200系列產(chǎn)品作為控制核心。由變頻器、現(xiàn)場的控制站和操作站通過PLC通信技術(shù)組成DP網(wǎng)絡，現(xiàn)場控制站非常關鍵，他的正常工作和操作站配合，完成整個工作網(wǎng)絡的正常運行，系統(tǒng)在工作中不斷通過傳感器進行取樣，將信號反饋包括控制信號傳遞都依賴于此。

現(xiàn)有行業(yè)內(nèi)的工作模式為：在工作現(xiàn)場設置3臺變頻器，變頻器一當做主機，變頻器二，變頻器三對變頻器一起到輔助作用，其目的是保證控制系統(tǒng)正常工作重點是控制系統(tǒng)的精準度。主控制點為主機操作員通過控制主機達到系統(tǒng)運行的目的，主機負責控制所有變頻器從而控制轉(zhuǎn)速。如果某一臺分機發(fā)生故障，輸送機的控制權(quán)限自動轉(zhuǎn)移到其他沒有故障的機器上進行。如果主機有故障產(chǎn)生，其他兩臺分機就自動銜接了工作任務。從風險上把故障率壓到最低，保證生產(chǎn)正常運行。

2. 使用變頻器的設備硬件簡介

2.1采用變頻器的必要性

由于變頻器作為電力控制設備，可以使皮帶輸送機啟動、加速、降速、停止的速度變化非常柔和。在傳統(tǒng)的采煤工作模式中，當操作工要使皮帶輸送機開機工作的時候，從開動環(huán)節(jié)就會感到整個設備頓挫感很強，本身對設備也是一種傷害，加速，降速，停機都不穩(wěn)定。皮帶機的傳動機構(gòu)磨損嚴重，導致連帶不良效果嚴重。變頻器有較好的保護功能，對于設備來講，過流保護，過壓保護以及過載保護，這幾個特性都很重要。目前行業(yè)內(nèi)的變頻器具備失速保護功能，所謂失去速保護指的是：有時候給定的加速時間過短，這樣變頻器的輸出頻率變化就會大幅度超過轉(zhuǎn)速的變化，這時候變頻器就會自動跳閘，導致設備停止運行，也就是專業(yè)人士講的“失速”。為了防止失速以后電動機不停止運轉(zhuǎn)，需要檢測電流的大小然后通過頻率來執(zhí)行控制。如果加速電流過大，可以通過對加速速率進行調(diào)整。

2.2變頻器與可編程控制器系統(tǒng)工作簡介

交流電動機的轉(zhuǎn)速公式：

n——異步電動機的轉(zhuǎn)速；f——異步電動機的頻率；s——電動機轉(zhuǎn)差率；p——電動機極對數(shù)。由式（1）可知，n與f成正比，只要改變頻率f即可改變轉(zhuǎn)速，當頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

PLC在系統(tǒng)中的作用主要是控制變頻器，并且可以通過控制變頻器來控制電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。PLC的工作一個循環(huán)周期中包含3個子階段，即信號輸入采集階段、邏輯程序執(zhí)行階段和輸出刷新，共3個階段。所謂的掃描周期就是指上述的3個階段。一個最簡單的PLC控制系統(tǒng)主要是由PLC、模擬量和數(shù)字量的輸入輸出模塊，I/O設備和受控的變頻機以及電動機等機電設備構(gòu)成。

目前行業(yè)內(nèi)簡單的控制系統(tǒng)采用西門子s7-200較為普遍，而且隨著行業(yè)的進步，國內(nèi)的一些品牌比如和利時也漸漸成為了工控人員比較普遍采用的品牌，一些國外的品牌也在朝著功能增加，價格降低的趨勢發(fā)展，例如最新的西門子smart就是一個價格很低的新系列。而且主打網(wǎng)絡共能，非常適合現(xiàn)在的工作模式以及我國未來的工業(yè)4.0趨勢。

2.3變頻器為驅(qū)動方案對工作帶來的效益

因為控制原理發(fā)生了優(yōu)化，操作人員的精力和壓力可以從繁重的井下作業(yè)中得到一定的減壓，只要在做生產(chǎn)計劃調(diào)度的時候?qū)υO備負載進行計算保護設備在負荷內(nèi)運行即可，可以保證煤炭的最大開采效率，也能使設備在合理的成本下工作，減少工人的勞動負荷，降低成本。

結(jié)語

提到變頻器發(fā)展到今天已經(jīng)歷經(jīng)四代產(chǎn)品。他的出現(xiàn)改變了以往了調(diào)速方式，變頻器的優(yōu)點及應用效果已經(jīng)在各個行業(yè)都被充分認可，一方面他可以完全滿足和提高勞動生產(chǎn)效率，另一方面它的出現(xiàn)優(yōu)化了產(chǎn)品的工作質(zhì)量、第三個方面大幅度提高了設備相關的自動化水平、大幅度節(jié)約了能源、降低了生產(chǎn)成本。成本是任何企業(yè)都高度重視的問題，提高工作質(zhì)量，使工作質(zhì)量穩(wěn)定也是成本問題，對煤炭行業(yè)來講因為關系到安全因素所以穩(wěn)定的工作質(zhì)量顯得更加重要，對于煤炭行業(yè)來說普遍的收益就是輸運系統(tǒng)，因為輸煤系統(tǒng)主要的動力和工作就是電動機，變頻器恰恰是控制電機調(diào)速以及控制節(jié)約能量最好的產(chǎn)品。

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