皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

張鼎源

摘要：以皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為對(duì)象開展研究，在分析皮帶運(yùn)輸機(jī)控制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、構(gòu)成部件選用和系統(tǒng)連線方式三方面對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面介紹，希望能夠?yàn)槠渌V井相似工程的開展提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：皮帶運(yùn)輸機(jī)；變頻控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；部件選用

近年來電機(jī)變頻技術(shù)作為一種比較成熟的新技術(shù)，已成為節(jié)能降耗的主要方法，如果將其應(yīng)用在煤礦皮帶運(yùn)輸裝置上，通過監(jiān)測皮帶運(yùn)輸煤量來控制電機(jī)頻率，就可使運(yùn)輸成本更加經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也可提高運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的使用壽命，降低事故發(fā)生率，對(duì)煤礦發(fā)展意義重大。

1皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)分析

1.1變頻控制系統(tǒng)構(gòu)成分析

皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)不僅能夠依據(jù)皮帶實(shí)際的煤炭運(yùn)輸量對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)還能夠?qū)ζн\(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成部分包括機(jī)械系統(tǒng)和 PLC 電氣控制系統(tǒng)兩部分，其中，PLC電氣控制系統(tǒng)為核心。運(yùn)行時(shí)，通過變頻控制的方式驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，所用變頻裝置均采用主從控制模式，確保驅(qū)動(dòng)速度與驅(qū)動(dòng)功率的均衡性。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)借由專用通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同 PLC 的連通，進(jìn)而達(dá)成對(duì)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。PLC 系統(tǒng)選用 S7-300 控制方案，上位機(jī)選用電子皮帶秤。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，控制部分不僅要與高低壓配電柜和變頻電機(jī)相互連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)的監(jiān)控，同時(shí)還要與保護(hù)裝置和稱重裝置連通，以完成信號(hào)的有效采集。

1.2皮帶變頻控制原理分析

井下皮帶運(yùn)輸機(jī)在變頻控制過程中要求能夠?qū)崿F(xiàn)速度調(diào)節(jié)的平穩(wěn)過渡，這就要求調(diào)速系統(tǒng)可以在力矩發(fā)生強(qiáng)烈變化時(shí)產(chǎn)生較大的力矩來穩(wěn)定速度。一般來說，變頻裝置多通過變更電機(jī)供電頻率完成對(duì)速度的調(diào)節(jié)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n與頻率f之間存在如式（1）所示的關(guān)系：

n=60f（1-S）/m，（1）

式（1）中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f為電機(jī)頻率，Hz；S為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，%；m為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

由式（1）分析可知，通過更改電動(dòng)機(jī)頻率 f 便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)，而變頻技術(shù)的作業(yè)原理便是基于這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)運(yùn)輸煤炭量較大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自行調(diào)低運(yùn)行頻率，從而使得電機(jī)能夠提供更大的扭矩，確保運(yùn)行的有效性。

2變頻控制系統(tǒng)構(gòu)成部件選用分析

2.1變頻控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成分析

2.2系統(tǒng)集中控制分析

皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)的皮帶控制部分位于各皮帶側(cè)部。本次設(shè)計(jì)所選用的控制系統(tǒng)為 KTC 系統(tǒng)，在皮帶運(yùn)輸機(jī)作業(yè)時(shí)，其借由 PLC 裝置對(duì)作業(yè)時(shí)的實(shí)時(shí)負(fù)載和煤流量進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而借助變頻裝置的變頻功能對(duì)皮帶運(yùn)輸速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸裝置不同運(yùn)輸模式的自動(dòng)切換。運(yùn)用 PLC 在提升整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的有效監(jiān)測，提升運(yùn)行的安全性。

皮帶運(yùn)輸機(jī)選用型號(hào)為KTC101的集中控制和保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主控制型號(hào)為 KTC101-Z，電源型號(hào)為KDW101。皮帶上布設(shè)有粒位感應(yīng)裝置和流量傳感裝置（電子秤），運(yùn)行時(shí)傳感裝置能夠自行將流量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，以便于系統(tǒng)對(duì)皮帶負(fù)載變化進(jìn)行精準(zhǔn)判定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的實(shí)時(shí)有效調(diào)節(jié)。

2.3變頻系統(tǒng)選用分析

變頻裝置的容量必須與電機(jī)容量相匹配，如果過小，便會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低，而過大則可能導(dǎo)致電機(jī)燒毀。有鑒于此，變頻系統(tǒng)使用前必須充分結(jié)合負(fù)載變化規(guī)律，借由計(jì)算負(fù)載電流來選取適宜的變頻裝置容量，同時(shí)使用前還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行試運(yùn)行校對(duì)，盡可能在滿足使用需求的前提下選擇小容量的變頻裝置，以降低運(yùn)行成本。基于上述考量，最終決定選用型號(hào)為ACS800-07/U7的變頻裝置，變頻裝置控制采用主從運(yùn)行模式，從而確保速度變化的平衡性。此外，為有效保護(hù)變頻裝置，在其電氣回路中應(yīng)當(dāng)配置快速熔斷裝置，確保系統(tǒng)出現(xiàn)短路過載時(shí)能夠及時(shí)斷電，所用熔斷裝置型號(hào)為RS3。

2.4電子皮帶秤選用分析

電子皮帶秤是實(shí)現(xiàn)皮帶負(fù)載監(jiān)測的關(guān)鍵感應(yīng)裝置。變頻控制系統(tǒng)選用壓力傳感裝置，專用于皮帶輸送作業(yè)中?？紤]到井下作業(yè)環(huán)境惡劣，所用電子皮帶秤必須具備較好的穩(wěn)定性。此次設(shè)計(jì)最終確定皮帶秤型號(hào)為W E-X，其通過微機(jī)進(jìn)行操控，能夠在井下高溫、高濕、高粉塵的復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶所運(yùn)輸物料質(zhì)量的精準(zhǔn)測定，同時(shí)該設(shè)備安裝和日常維護(hù)難度較小。

3系統(tǒng)連線方式分析

皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)不同構(gòu)成部分的有效連接是確保其運(yùn)行有效性的關(guān)鍵所在。此次設(shè)計(jì)中皮帶運(yùn)輸機(jī)為雙電機(jī)運(yùn)行，每臺(tái)電機(jī)配置一個(gè)變頻控制裝置，同時(shí)在皮帶機(jī)井口50m處布設(shè)配電室，用以將10kV電壓轉(zhuǎn)化為0.6kV，以供皮帶機(jī)電機(jī)使用。PLC裝置和變頻裝置通信所選用的適配器的型號(hào)均為RPBA-01，能夠與不同型號(hào)的變頻裝置有效匹配。此外，皮帶上的壓力感應(yīng)裝置完成信號(hào)采集后，通過放大器放大后再經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化后傳入PLC裝置。

4結(jié)語

皮帶運(yùn)輸機(jī)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)中的核心裝置，其運(yùn)行有效性對(duì)礦井綜合效益的獲得有著至關(guān)重要的直接影響。礦井管理者應(yīng)當(dāng)充分重視傳統(tǒng)定頻控制系統(tǒng)應(yīng)用中存在的不足，積極在皮帶運(yùn)輸機(jī)控制中引進(jìn)變頻控制技術(shù)，在降低皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行能耗的同時(shí)提升其運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低皮帶損耗率，從而為礦井生產(chǎn)作業(yè)的持續(xù)、高效開展提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱啟建，孫鳳花，宋志安.煤礦地面運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性分析及優(yōu)化[J].煤礦機(jī)械，1999，（4）：1-3

（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)新三礦機(jī)運(yùn)區(qū)

河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)）