變頻調(diào)速系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

常雷雷

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 前言

礦用帶式輸送機(jī)長(zhǎng)期處于過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，這導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)輸送帶磨損、能耗及故障率大幅提高，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)的使用壽命縮短[1-4]。為解決上述問(wèn)題，南凹寺煤業(yè)研究一種基于帶式輸送機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，在井下試運(yùn)行的3 個(gè)月內(nèi)，達(dá)到減少輸送帶磨損、降低能源消耗的目的，并且運(yùn)輸機(jī)的故障次數(shù)也得到相當(dāng)程度的減少。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

礦用變頻調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及載荷量，根據(jù)不同的載荷量對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到減少輸送帶磨損及節(jié)能降耗的目的。系統(tǒng)主要由變頻控制器、傳感器、邏輯控制器、單片機(jī)、控制主機(jī)、電源控制器組成。

在運(yùn)輸機(jī)的電動(dòng)機(jī)部位以及輸送帶部位加設(shè)傳感器，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控采集帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及載荷量數(shù)據(jù)信息；邏輯控制器及單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并發(fā)送至控制主機(jī)；控制主機(jī)在接收到處理后的信息數(shù)據(jù)后，對(duì)工作人員進(jìn)行操作提示；工作人員通過(guò)電源控制器操控變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)速調(diào)節(jié)，使其運(yùn)行速度科學(xué)合理。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中變頻器是最主要的部分，其運(yùn)行原理為通過(guò)將輸入交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將轉(zhuǎn)換后的直流電頻率進(jìn)行調(diào)控后再次轉(zhuǎn)換為交流電，在輸入電流的轉(zhuǎn)換過(guò)程中完成調(diào)頻，控制帶式輸送機(jī)的輸入電流，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的調(diào)頻控制。

井下帶式輸送機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，變頻調(diào)速系統(tǒng)會(huì)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)及載荷狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并處理，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得到當(dāng)前運(yùn)輸機(jī)的狀態(tài)信息，預(yù)測(cè)帶式輸送機(jī)存在的安全隱患。運(yùn)輸機(jī)輸送帶上存在物料或煤炭矸石時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的載荷狀態(tài)及時(shí)調(diào)整運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行速度，運(yùn)輸任務(wù)完成后，變頻調(diào)速系統(tǒng)檢測(cè)到運(yùn)輸機(jī)空載狀態(tài)，會(huì)對(duì)運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行減速直至停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)減少輸送帶磨損及節(jié)能降耗的目的。此外還能對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警，緊急關(guān)閉運(yùn)輸機(jī)并發(fā)出警報(bào)通知工作人員進(jìn)行維護(hù)，保證帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行。

3 變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行流程

變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的步驟流程如圖1。帶式輸送機(jī)開(kāi)始運(yùn)行后，系統(tǒng)隨機(jī)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)及荷載狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集分析，分析后判別當(dāng)前狀態(tài)是否滿足帶式輸送機(jī)的運(yùn)行條件，N 表示不滿足，Y表示滿足。當(dāng)不滿足條件時(shí)，表示帶式輸送機(jī)當(dāng)前狀態(tài)存在安全隱患，緊急停機(jī)并發(fā)出警報(bào)；當(dāng)滿足條件時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前輸送帶的載荷狀態(tài)進(jìn)行變頻調(diào)速，載荷量較大時(shí)，提高運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸速度，載荷量減小后，隨之降低運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行速度。

帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)輸送帶載荷量對(duì)運(yùn)輸機(jī)速度進(jìn)行調(diào)控的方法，能夠有效降低輸送帶磨損，減少能源消耗，并提高礦井運(yùn)輸效率。

圖1 輸送帶實(shí)時(shí)調(diào)速控制流程

4 應(yīng)用實(shí)踐

南凹寺煤業(yè)30407 工作面的物料及煤炭運(yùn)輸采用的帶式輸送機(jī)配備兩臺(tái)1500 kW 的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)全部安裝在機(jī)頭部位。30407 工作面帶式輸送機(jī)原啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，使用過(guò)程中，存在輸送帶磨損速度快、能源消耗過(guò)大的問(wèn)題。30407 工作面帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

為了滿足礦井的生產(chǎn)運(yùn)輸任務(wù)，降低輸送帶及能源的損耗成本，南凹寺煤業(yè)應(yīng)用帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)30407 工作面帶式輸送機(jī)安裝的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，采用了兩級(jí)控制的調(diào)控方案，結(jié)構(gòu)方案如圖2。

表1 南凹寺煤業(yè)運(yùn)輸機(jī)電機(jī)參數(shù)表

圖2 兩級(jí)控制結(jié)構(gòu)負(fù)載平衡控制示意

該方案中，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)為主控電機(jī)，對(duì)另外一臺(tái)電動(dòng)機(jī)安裝高頻變頻器，并保證兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行保持同步。為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的精度，保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)誤差，加裝速度傳感器，轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)精度誤差控制在0.8%以內(nèi)。兩級(jí)控制方案具備采集遠(yuǎn)程控制指令的功能，還能保證本系統(tǒng)發(fā)送指令的執(zhí)行。

5 應(yīng)用效益

南凹寺煤業(yè)井下帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在應(yīng)用的3 個(gè)月內(nèi)，有效地降低運(yùn)輸機(jī)輸送帶的磨損速度，減少能源消耗，帶式輸送機(jī)的故障率也得到了有效控制，給礦井節(jié)約了極大的成本投入。在應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)前，30407 工作面帶式輸送機(jī)能耗達(dá)30 000 kW·h，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速系統(tǒng)改造后，運(yùn)輸機(jī)能耗降低至21 000 kW·h，能耗降低了36%。按照工業(yè)用電市場(chǎng)價(jià)0.9 元/kW·h 計(jì)算，僅30407 工作面每日節(jié)約能耗費(fèi)用8100 元，每年可降低能源費(fèi)用投入近296 萬(wàn)元，給礦井帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益。變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用有效減少了帶式輸送機(jī)的安全隱患，保證了運(yùn)輸任務(wù)的安全性，也為礦井帶來(lái)了安全效益。

6 結(jié)語(yǔ)

30407 工作面帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度的精確控制，根據(jù)輸送帶的載荷狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)控運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度，有效地降低了礦井的生產(chǎn)成本，提高了運(yùn)輸效率，保證了礦井的安全生產(chǎn)。