皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)的變頻改造設計

張 濤

(河南平煤神馬電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000)

0 引言

經(jīng)調(diào)查研究顯示，平煤十礦戊組采區(qū)的煤炭運輸主要是通過皮帶運輸機實現(xiàn)。然而，隨著井下煤礦開采過程的逐步進行會導致運輸范圍呈現(xiàn)逐漸擴大的趨勢，如此一來，皮帶長度就需要隨之不斷增加，皮帶運輸機也將在煤炭運輸?shù)倪^程中遭受到更大的阻力。傳統(tǒng)的運輸設備無法達到遠距離運輸?shù)囊?。另外，其中設備的很多部件都是采用懸掛的方式運行，伴隨著長期大量的持續(xù)工作，減速器的輸出軸會出現(xiàn)移動現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)嚴重磨損。在更嚴重的程度上還將會出現(xiàn)輸出軸斷裂和軸座損壞等故障現(xiàn)象。除此之外，伴隨著內(nèi)部齒輪銹蝕明顯，減速器外部發(fā)生漏油等故障時有發(fā)生。與此同時，皮帶運輸機的驅(qū)動模式具有特定性。特有的三機驅(qū)動使得電子控制在線系統(tǒng)和電動機在長期運行的作用下頻頻出現(xiàn)運行障礙，極易對傳送帶產(chǎn)生不好影響，比如磨損嚴重等。針對以上一系列狀況，為了保障井下開采生產(chǎn)工作的高效有序進行，皮帶運輸機的電氣控制系統(tǒng)必須要得到改善及強化。

1 改造路線分析

1.1 驅(qū)動改造

1)在通過嚴格計算使得生產(chǎn)需求得到完全滿足的情況下，將采用2個型號為YB400M1-4(250 kW)的電動機來取代傳統(tǒng)的3個YSB-160型電動機的工作。蛇形彈簧聯(lián)軸器的使用有利于增加結(jié)構(gòu)的緊湊性，并增加了液壓制動裝置。減少安裝的空間，使用低速軸檢查裝置，然后將其安裝在驅(qū)動輥上，以免損壞減速裝置。

2)通過分析研究發(fā)現(xiàn)，減速器也要進行改善，新引入的M3RSF60落地式減速器不僅外形體積較小，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設計上會更加緊湊，而且在性能方面也更優(yōu)于之前。可以有效避免設備故障的出現(xiàn)，同時有效延長設備壽命，為皮帶運輸機的工作效率和運行安全提供了強有力的保障。

1.2 電控系統(tǒng)改造

傳統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)會被新的工頻軟啟動和相互備份系統(tǒng)取代，主要是為了保證皮帶運輸機可以在工頻運行與變頻運行之間進行隨時切換，從而改善對皮帶輸送機的控制。電子控制系統(tǒng)也更加趨于穩(wěn)定。為了使調(diào)速運行在啟動過程中更為迅速，更好地發(fā)揮調(diào)速器的性能，研究引入BPJ1-400/1140變頻調(diào)速裝置，該裝置在節(jié)能降耗方面具有良好效果。

2 變頻電控系統(tǒng)的組成

2.1 主要組成

該變頻電子控制系統(tǒng)主要是由主控制站、防爆控制箱、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器和其他輔助裝置等組成。

1)主控制站。該變頻控制系統(tǒng)中采用了型號為THS-24(A)礦用本質(zhì)安全型主控制臺，主控制臺里面又包含了顯示板和控按鈕的箱體。它可以實現(xiàn)對皮帶輸送機的運行速度，電動機的運行電流、點數(shù)，輸送帶的偏差，煤位和溫度等信號的檢測和控制。另外它還可以控制一些其他的設備，例如變頻設備、制動器和風扇。在通信方式選用接線結(jié)構(gòu)非常簡單的串行，還增設了自動報警功能。

2)防爆控制箱。該設備是為了訪問和PLC控制程序而設置的，能夠?qū)λ鼈兤鸬搅己玫谋Ｗo效果。直接將包括模擬隔離板，電源模塊，繼電器和光耦合器板等在內(nèi)的構(gòu)成部件全部引入。

3)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器。變頻裝置的主要功效在于對電動機轉(zhuǎn)向和速度有效控制，具體變頻裝置型號為BPJ1-400/1140。該變頻裝置的結(jié)構(gòu)組件主要包括電源、整流橋、制動單元、驅(qū)動單元和IGBT散熱器等。

2.2 控制原理

1)主控臺控制。主控制機在選擇上頗為講究，由于要符合可編程控制的要求，選用西門子1500系列的可編程控制器，通過編程方法處理設備不同控制和保護功能之間的邏輯功能。各部件之間的連接方式采用串行連接方法，每個數(shù)據(jù)取決于傳輸和傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ健Ｍ瑫r，各種外圍控制開關和傳感器設備的信號在隔離后連接到輸入端子。通過邏輯運算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析之后，實現(xiàn)對繼電器和各種觸點進行控制，從而帶動皮帶運輸機的正常啟動、無極調(diào)速、正反轉(zhuǎn)和報警保護、運行指示及復位等基本功能。

2)變頻器控制。電機的控制主要是通過微處理軟件來實現(xiàn)的。微處理軟件的好處在于可以根據(jù)之前設置過的程序類型和信號測量精準控制輸入和輸出模塊。參數(shù)設置主要是在操作面板上實現(xiàn)，設置好之后系統(tǒng)會發(fā)出命令控制電動機運行。另外，還可以計算出IGBT開關的位置，然后通過柵極來完成后續(xù)的一系列動作。IGBT開關頻率的調(diào)節(jié)作用是為電壓頻率的調(diào)節(jié)做好鋪墊，通過此渠道來實現(xiàn)電動機的速度調(diào)節(jié)。例如，當IGBT中發(fā)生過電流現(xiàn)象時，柵極驅(qū)動器不僅將會停止信號的輸出，還會將故障信號傳輸?shù)轿⑻幚砥髦?，然后變頻器系統(tǒng)就會立即中止操作并顯示出錯誤代碼，在顯示器上還會提醒故障類別。

2.3 作業(yè)過程分析

主控制臺接通電源后，顯示屏會及時反饋系統(tǒng)的參數(shù)指標。此時，操作者按下電路啟動按鈕，安全繼電器的指示燈點亮，進入待機狀態(tài)。發(fā)出驅(qū)動信號后，顯示屏指示燈點亮，制動器和風扇開始運行，并在速度達到預設值之后，皮帶開始平穩(wěn)運行。

3 改造效果分析

技術改造完成后，試驗發(fā)現(xiàn)平煤十礦戊組采區(qū)的皮帶輸送機在幾個月的實際使用中表現(xiàn)出良好的技術性能，而且運行非常穩(wěn)定，同時能源消耗大大減少，效果顯著，實現(xiàn)了最初的改造目標。

1)皮帶運輸機的皮帶速度高達3.8 m/s，運輸物料的重量達到1 600 t/h，這些指標對于煤礦井下作業(yè)而言相當滿意。

2)設備所能實現(xiàn)的軟啟動，不僅自身可以實現(xiàn)平穩(wěn)有力的啟動，而且還可以實現(xiàn)整機在重負荷條件下的安全啟動，可以充分滿足設備實際作業(yè)中的運行要求。

3)它還可以與傳統(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行及時交換，并且皮帶運輸機的各種參數(shù)都可以通過I / 0進行傳送，被自動化控制系統(tǒng)所接收，實時監(jiān)測與監(jiān)管效果良好。

4)該變頻控制系統(tǒng)在功能上面優(yōu)于其他，不管是自身檢測還是自身保護方面功能方面都具備良好的表現(xiàn)，同時，還可以監(jiān)視變頻裝置、減速機裝置、電動機等設備的運行狀態(tài)，能及時有效地反饋相應問題和運行狀態(tài)。

4 結(jié)語

本研究從皮帶運輸機在煤礦運輸過程中的重要性角度出發(fā)，以平煤十礦戊組采區(qū)井下皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)為研究對象，對井下皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)進行變頻改造設計，通過變頻控制技術的支撐，針對變頻系統(tǒng)的實際應用提出了新的技術改造路線和方案，在皮帶運輸機的保護功能和節(jié)能方面均取得了顯著效果。研究中不僅分析了現(xiàn)有系統(tǒng)存在的一些缺陷，并基于分析提出相應的改進措施，還針對變頻系統(tǒng)的實際應用提出了新的技術改造路線和方案。試驗結(jié)果指出，改造后的變頻控制系統(tǒng)在運輸質(zhì)量和能源消耗方面都有一些積極影響。表明改造后的變頻控制系統(tǒng)能使得地下生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性得到進一步提高，同時，也為煤礦經(jīng)濟效益的提高提供了堅實保證。