基于變頻調(diào)速的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)改造研究

鄭海峰

（陽煤集團(tuán)一礦，山西 陽泉 045000）

陽煤一礦于1956年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為11萬t，經(jīng)過多年的創(chuàng)建，目前已成為一座年生產(chǎn)能力為800萬t的現(xiàn)代化大型礦井。由于帶式輸送機(jī)原控制系統(tǒng)性能差，無法實(shí)現(xiàn)軟啟、停，且重載啟動(dòng)困難，因此故障率較高，對(duì)礦井的正常生產(chǎn)帶來不利影響，為解決這一問題，該礦進(jìn)行了變頻控制系統(tǒng)改造。

1 工程概況

該煤礦井下西膠帶巷第三部帶式輸送機(jī)傾角為0～10°，運(yùn)輸長度為730m，提升高度為12m，每小時(shí)輸送量為1000t，是西大巷煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕獜?qiáng)力帶式運(yùn)輸機(jī)。該帶式輸送機(jī)的型號(hào)為DSJ20/100，采用型號(hào)為YBS-160BL(2×160kW)配套電機(jī)，膠帶為PVG1000S阻燃膠帶。該帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

該輸送機(jī)本來使用兩臺(tái)功率為160kW的電機(jī)順序啟動(dòng)，重載起車?yán)щy且啟動(dòng)性能較差。因?yàn)殡姍C(jī)功率較大且為一次性啟動(dòng)，沖擊力強(qiáng)，輸送機(jī)運(yùn)行速度固定不變，全速運(yùn)行啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的電流，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)和設(shè)備的安全運(yùn)行造成直接影響?；诖耍瑸榱私鉀Q上述問題，本文選擇BPBT-315/660礦用隔爆型變頻調(diào)速器，充分利用目前已有設(shè)備，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行變頻優(yōu)化改造，使其具有更好的性能。

表1 帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)表

2 改造方案研究

改造過程如下：

（1）帶式輸送機(jī)原有的啟?？刂剖怯砂惭b在移動(dòng)變電站負(fù)荷側(cè)的啟動(dòng)器開關(guān)直接控制，這種啟動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的損害[1]。圖1為變頻調(diào)速安裝示意圖。

圖1 變頻調(diào)速安裝示意圖

具體改造方案如下：利用原有移動(dòng)變電站進(jìn)行供電，采用兩臺(tái)電源電壓為660V的電機(jī)和兩套控制功率為160kW的礦用隔爆型變頻調(diào)速裝置，以此來同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)；此外，為了對(duì)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行集中控制，再配備一臺(tái)集中控制臺(tái)，該控制臺(tái)具有系統(tǒng)過熱、短路、電機(jī)缺相、過電壓、過電流及過載等保護(hù)作用。

（2）采用PLC可編程控制器，實(shí)現(xiàn)集中控制，使兩臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行，同時(shí)，帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度根據(jù)運(yùn)輸量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)的啟停時(shí)間為0～180s范圍內(nèi)可調(diào)，輸出頻率為0～60Hz范圍內(nèi)可調(diào)；系統(tǒng)具有故障診斷、顯示、查詢和記憶等功能，對(duì)最后一次的故障參數(shù)和最近十次的故障記憶號(hào)碼進(jìn)行保存；此外，采用PLC微機(jī)控制裝置，安裝本質(zhì)安全型控制箱、操作臺(tái)及多種保護(hù)傳感器。

（3）啟動(dòng)控制系統(tǒng)由變頻調(diào)速裝置和帶式輸送機(jī)變頻與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成，操作臺(tái)上設(shè)置故障鑒別指示燈、主要運(yùn)行參數(shù)如速度、電壓、電流運(yùn)行指示燈。

3 技術(shù)目標(biāo)與實(shí)施要點(diǎn)

結(jié)合該礦實(shí)際情況，本次改造將DKB1-340/660型礦用隔爆型濾波電抗器進(jìn)行配套使用，能夠?qū)崿F(xiàn)將頻率不變的三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可連續(xù)調(diào)節(jié)的三相交流電流，同時(shí)可以吸收或消除產(chǎn)生的電磁污染和電磁干擾[2]。圖2為變頻調(diào)速原理圖，變頻調(diào)速過程如下：首先電路接通后，變頻調(diào)速裝置開始處于就緒狀態(tài)，啟動(dòng)后，按照預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)間，變頻調(diào)速裝置輸出頻率從零開始逐漸增大，達(dá)到設(shè)定值后保持不變，電機(jī)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。停止運(yùn)行時(shí)，按照預(yù)先設(shè)定的減速時(shí)間，變頻調(diào)速裝置輸出頻率開始逐漸減小，最后為零，此時(shí)變頻裝置輸出停機(jī)信號(hào)，電機(jī)停止工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]。

目前，該礦井除西膠帶巷第三部帶式輸送機(jī)外，北部東翼和北膠帶巷第三部帶式輸送機(jī)均采用該方法進(jìn)行變頻改造且已進(jìn)行使用。一年多的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，改造后的帶式輸送機(jī)未出現(xiàn)過電機(jī)啟動(dòng)燒毀、壓死膠帶等現(xiàn)象，具有良好的軟啟和軟停性能，尤其具有良好的重載起車效果。此外，檢低速驗(yàn)帶方便檢修，提高了檢修效率和質(zhì)量，對(duì)正常生產(chǎn)影響較小。綜合來看，改造后取得了良好的使用效果。

圖2 變頻調(diào)速原理圖

4 應(yīng)用效果分析

4.1 軟起動(dòng)和軟停止

該變頻裝置的加速度、減速度、停車時(shí)間和啟動(dòng)時(shí)間都可以任意調(diào)節(jié)，為了使帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，還可以匹配其具備的S型加減速時(shí)間，這樣可以大幅減小啟動(dòng)和停止時(shí)所產(chǎn)生的沖擊力[4]。此外，由于膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)生變化，該變頻系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)煤量的大小調(diào)整電機(jī)功率和運(yùn)行速度，從而節(jié)約能耗同時(shí)使啟動(dòng)更加平穩(wěn)。

4.2 重載起動(dòng)平穩(wěn)

在運(yùn)煤過程中，帶式輸送機(jī)可能會(huì)因?yàn)楣收隙霈F(xiàn)立即停車，再次啟動(dòng)時(shí)則為重載啟動(dòng)，因此必須考慮其“重載起動(dòng)”能力[5-6]。改造后的變頻裝置控制方式采用無速度傳感器矢量控制，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠輸出兩倍左右的轉(zhuǎn)矩。未采用變頻裝置時(shí)，該礦井帶式輸送機(jī)原啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流較大且啟動(dòng)力矩小，經(jīng)常由于膠帶不能啟動(dòng)而造成膠帶壓死，根據(jù)礦井記錄資料，南膠帶巷第三部帶式輸送機(jī)出現(xiàn)壓死情況達(dá)十多次，對(duì)正常生產(chǎn)造成影響的時(shí)間累計(jì)達(dá)九十小時(shí)，嚴(yán)重影響礦井的正常生產(chǎn)，而自從改造以后，再未出現(xiàn)此種問題。

4.3 節(jié)能效果分析

對(duì)改造前后南膠帶巷第三部帶式輸送機(jī)耗能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表2和表3分別為改造前后能耗情況。

表2 改造前月度耗電量

表3 改造后月度耗電量

由表2和表3可知，改造前該帶式輸送機(jī)月度平均耗電量為86264kW·h，改造后月度平均耗電量為77893kW·h，改造前后月度平均用電量相差8371kW·h，降低了9.7%。因此，改造后每年可節(jié)約用電量100452kW·h，按照電價(jià)0.65元/（kW·h）計(jì)算，該帶式輸送機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)65293元，節(jié)能效果較好。

4.4 故障率低、維護(hù)簡單、節(jié)約配件

由于設(shè)備使用的零部件供應(yīng)商皆為知名廠商，設(shè)備質(zhì)量較高，且實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停止和重載啟動(dòng)，因此在使用過程中設(shè)備故障率較低，節(jié)省了維修的時(shí)間，減小了因設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)造成的影響，減小了維護(hù)成本。根據(jù)歷年臺(tái)賬顯示，在改造前該帶式輸送機(jī)每年維護(hù)成本約為20萬元，而進(jìn)行改造以后，主機(jī)系統(tǒng)幾乎沒有易耗易損配件，每年只需對(duì)常用的配件進(jìn)行更換，每年可節(jié)省維護(hù)費(fèi)用約10萬元。

4.5 工頻轉(zhuǎn)換功能

在設(shè)備運(yùn)行時(shí)如果出現(xiàn)故障，為了檢修變頻設(shè)備同時(shí)又不影響正常生產(chǎn)，可切換至工頻旁路運(yùn)行。此外，啟動(dòng)以后變頻設(shè)備也可以切換到工頻狀態(tài)，這樣可延長變頻器內(nèi)電解電容的使用壽命。

5 結(jié)語

為了解決該礦帶式輸送機(jī)啟動(dòng)性能差、速度不可調(diào)及重載啟動(dòng)困難的問題，本文進(jìn)行了變頻調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化改造。經(jīng)過改造，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停止、根據(jù)運(yùn)輸量進(jìn)行調(diào)速、可重載啟動(dòng)等功能。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行效果，大幅降低了故障率，減小了對(duì)正常生產(chǎn)的影響，且單臺(tái)帶式輸送機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)6萬余元，年維護(hù)成本降低10余萬元，對(duì)于保證礦井的安全、高效生產(chǎn)具有重要意義。