煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)存在問題及優(yōu)化改造

張 嘎

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺山煤業(yè)有限公司， 山西 沁水 048200）

1 煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)存在問題

1.1 電控系統(tǒng)部件易磨損

在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，機(jī)械傳動(dòng)和電氣控制是出現(xiàn)故障次數(shù)最多的兩個(gè)部分。如果皮帶機(jī)電控系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，或受各種因素影響導(dǎo)致緊急停車，這種現(xiàn)象通常與電控系統(tǒng)構(gòu)成中的電氣組件有密切關(guān)聯(lián)，特別是一些焊接點(diǎn)、插件等。正所謂“牽一發(fā)動(dòng)全身”，一旦出現(xiàn)電氣故障，就會(huì)對電控系統(tǒng)乃至整個(gè)皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重影響。同時(shí)，在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下電控系統(tǒng)部分設(shè)備零件也容易出現(xiàn)磨損，引起諸多負(fù)面影響。隨著時(shí)間推移，零部件磨損加重，處于疲勞運(yùn)行狀態(tài)或日漸老化的機(jī)器就會(huì)頻頻出現(xiàn)故障。如果檢修工作有所滯后或技改不合理，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障停機(jī)，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)效率。

1.2 穩(wěn)定性較差

對于煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)而言，惡劣的作業(yè)環(huán)境是其運(yùn)行穩(wěn)定性的最大威脅。電控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性不佳也是國內(nèi)很多煤礦生產(chǎn)中影響皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要因素。受煤炭濕度和皮帶阻力變化等因素的影響，電控系統(tǒng)穩(wěn)定性也會(huì)受到不同程度的影響，皮帶上下震動(dòng)幾率較大，進(jìn)而產(chǎn)生大量灑落煤屑，需及時(shí)清理。此外，皮帶震動(dòng)可導(dǎo)致皮帶跑偏，此類因素引起的故障往往需要檢修人員現(xiàn)場維護(hù)調(diào)試，甚至停機(jī)清理維修，這對煤礦生產(chǎn)效率造成嚴(yán)重影響。

1.3 啟動(dòng)制動(dòng)效果不佳，用時(shí)較長

在皮帶機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)流程中，從啟動(dòng)加速開始直至減速停止，包含了一系列比較繁瑣的操作程序，皮帶機(jī)操作人員根據(jù)信號反饋來操作控制按鈕，參與所有操作環(huán)節(jié)的控制，工作效率相對較低。此外，皮帶機(jī)啟動(dòng)加速以及減速停止過程中電機(jī)負(fù)荷較高，電壓波動(dòng)較大，電控系統(tǒng)整體穩(wěn)定性不佳，可靠性隨之降低，且皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)間明顯延長，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)效率。

2 煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)化改造

煤礦皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)中，其電控系統(tǒng)通常分為主控臺、隔爆型變頻調(diào)速器、電控箱、控制箱及相應(yīng)的附屬設(shè)備等多個(gè)部分，電控系統(tǒng)的優(yōu)化改造也應(yīng)著眼于以下幾個(gè)方面。首先應(yīng)選擇可實(shí)現(xiàn)變頻、工頻自動(dòng)轉(zhuǎn)化效果的工頻軟啟動(dòng)互為備用控制系統(tǒng)，這不僅有利于增強(qiáng)電控系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)還有利于加強(qiáng)電控系統(tǒng)對皮帶輸送機(jī)的控制效果[1]。采用基于BPBT-250/600型號的變頻調(diào)速器，該型隔爆型變頻調(diào)速器可保證輸送機(jī)啟動(dòng)性能以及傳輸性能，同時(shí)還具有節(jié)能效果，增強(qiáng)輸送機(jī)功率因數(shù)。主控臺為TH系列安全型主控臺，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測煤位、電機(jī)電流、溫度、速度以及跑偏量等信號反饋，而且能夠控制變頻調(diào)速器以及抱閘等部件。該模式改變了原有的單程通信方式，而是以串行通信為主，使得輸送機(jī)接線問題大大簡化，并且實(shí)現(xiàn)了語音報(bào)警功能[2]。

2.1 電控箱和控制箱的優(yōu)化改造

電控箱主要負(fù)責(zé)向外提供電源（220 V），并且實(shí)現(xiàn)對變頻器和其他一些電氣設(shè)備運(yùn)行的有效控制。控制箱的功能主要是負(fù)責(zé)確保PLC程序得到執(zhí)行，而且可發(fā)揮對接入的保護(hù)效果（一般都為直接引入方式）。

2.2 變頻器優(yōu)化改造

如上所述，本文所選變頻調(diào)速器為BPBT-250/660型礦用隔爆型變頻調(diào)速器，其部件分為驅(qū)動(dòng)單元、控制單元、整流橋、檢測單元以及電源多個(gè)部分，主要負(fù)責(zé)對電機(jī)轉(zhuǎn)速以及運(yùn)行方向的控制[3]，其結(jié)構(gòu)如下頁圖1所示。

2.3 主控臺優(yōu)化改造

圖1 BPBT-250/660型礦用隔爆型變頻調(diào)速器結(jié)構(gòu)示意

就帶式輸送機(jī)而言，主控臺模塊的優(yōu)化改造是其電控系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的關(guān)鍵。主控臺部件中包括可進(jìn)行編程控制器，利用這一控制器可明確系統(tǒng)不同保護(hù)與控制功能之間的邏輯關(guān)系，使系統(tǒng)運(yùn)行更趨于合理。選擇日本三菱公司生產(chǎn)的FX2NC-16MT為監(jiān)控機(jī)主控器件，調(diào)整主控臺數(shù)據(jù)傳輸，采用多行串口通信模式，在主控臺內(nèi)部安裝的通信模塊支持下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。不同控制開關(guān)以及傳感元件經(jīng)由信號處理后連接PLC控制器輸入端，數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算以及處理工作由PLC控制系統(tǒng)完成，以此為基礎(chǔ)來控制工作繼電器以及安全繼電器的全部節(jié)點(diǎn)[4]。這樣一來，帶式輸送機(jī)無論是在啟停、變速還是報(bào)警、保護(hù)狀態(tài)下都可做到實(shí)時(shí)變形。

2.4 變頻器控制的優(yōu)化改造

考慮到以往帶式輸送機(jī)所用電控系統(tǒng)變頻器的弊端，應(yīng)改造其控制方式，首先通過微處理器軟件對集成電子電路實(shí)施模擬控制，通過內(nèi)置控制程序時(shí)鐘，微處理器可測定輸入信號，并實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)信息輸入輸出的控制。操作人員根據(jù)給定參數(shù)信息以及控制命令在操作面板實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的控制，并計(jì)算IGBT開關(guān)位置。門驅(qū)動(dòng)器將參數(shù)放大后驅(qū)動(dòng)IGBT，基于IGBT的通斷頻率來調(diào)節(jié)電壓頻率，最終實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制。倘若IGBT在實(shí)際運(yùn)行期間出現(xiàn)過電流效應(yīng)，門驅(qū)動(dòng)器能夠向微處理器發(fā)送傳輸故障信號，然后暫停輸送信號，此種狀態(tài)下變頻器運(yùn)行中止，提示故障并在控制界面顯示故障類型[5-6]。

3 皮帶機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化改造的效果分析

1）變頻改造下系統(tǒng)軟啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動(dòng)與輸送機(jī)軟啟動(dòng)二者的有機(jī)結(jié)合，皮帶機(jī)儲(chǔ)存的張力和能量被緩慢釋放，啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的張力波隨之降低，這有助于保護(hù)皮帶機(jī)設(shè)備和皮帶本身免受沖擊損傷，也是真正意義上的軟啟動(dòng)，設(shè)備故障概率明顯降低。

2）變頻改造下皮帶機(jī)運(yùn)行速度可調(diào)，這有利于檢修人員及時(shí)開展皮帶機(jī)檢修工作，檢修率進(jìn)一步提升。

3）采用變頻技術(shù)改造皮帶機(jī)電控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)運(yùn)行的主從控制，進(jìn)一步保障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率平衡，從而有效應(yīng)對多電機(jī)模式下驅(qū)動(dòng)功率不平衡的矛盾。