煤礦用帶式輸送機變頻調(diào)速控制技術(shù)改造及其效果

石元鐸

（山西陽泉煤業(yè)壽陽開元公司，山西 陽泉 045000）

引言

帶式輸送機是煤礦開采中重要的運輸設(shè)備，其運行過程的穩(wěn)定性和效率對煤礦開采效率有決定性影響[1]。隨著煤礦開采技術(shù)水平的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的帶式輸送機技術(shù)已經(jīng)不符合現(xiàn)代化發(fā)展需要，嚴重制約著煤礦開采效率的進一步提升[2]?；诖耍旱V企業(yè)有必要采取措施對礦用帶式輸送機進行技術(shù)改造，更替?zhèn)鹘y(tǒng)的技術(shù)，使用新技術(shù)以提升帶式輸送機的技術(shù)水平[3-4]，從而提升煤礦開采效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

1 帶式輸送機運行中存在的問題分析

某煤礦企業(yè)每年需要生產(chǎn)1 000 萬t 煤礦，如此大量的煤礦主要通過帶式輸送機進行運輸。煤礦中使用的帶式輸送機型號為DSJ140/350/2×500，工作過程中需要同時使用兩臺電機進行驅(qū)動，且兩臺電機全部安裝在輸送機的頭部位置。為了對電機進行保護，并避免設(shè)備啟動階段產(chǎn)生過大的電流問題，輸送機中使用了液力耦合器進行保護。該項技術(shù)以往確實為煤礦企業(yè)帶來了很多優(yōu)勢，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。但是放眼現(xiàn)在，該項技術(shù)已經(jīng)相對落后，在實踐中暴露的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，液力耦合器在啟動過程中會產(chǎn)生非常大的電流，其大小為正常運行時的4～5 倍，大電流不僅會對電機造成嚴重損傷，同時還會影響整個煤礦供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行；第二，設(shè)備啟動時間較短，會對皮帶造成較大沖擊，容易使皮帶出現(xiàn)損傷，降低使用壽命；第三，帶式輸送機同時由兩臺電機驅(qū)動，兩臺電機之間的功率平衡問題無法得到有效解決；第四，液力耦合器運行時還會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染問題，不符合當(dāng)代環(huán)境保護基本要求?；谝陨先毕?，煤礦企業(yè)經(jīng)過技術(shù)論證，決定基于先進的變頻調(diào)速控制技術(shù)對帶式輸送機進行技術(shù)改造。

2 帶式輸送機變頻調(diào)速控制技術(shù)改造整體方案設(shè)計

2.1 整體方案設(shè)計

由于煤礦中使用的帶式輸送機同時由兩臺電機驅(qū)動，保障兩臺電機之間的功率平衡是技術(shù)改造過程中需要重點考慮的問題。在充分考慮以上實際情況的基礎(chǔ)上，最終使用的是主—從控制方式。對兩臺電機各自配備一臺變頻器。其中一臺作為主變頻器，另外一臺作為從變頻器。主變頻器受控制系統(tǒng)控制，根據(jù)帶式輸送機的實際需要輸出對應(yīng)的電壓頻率，確保電機轉(zhuǎn)速滿足實際需要。從變頻器同樣接受控制系統(tǒng)控制，但其輸出的電壓頻率主要依據(jù)主變頻器。通過這種方式保障兩臺電機的輸出轉(zhuǎn)速完全一致，達到功率平衡的效果。如圖1 所示為基于變頻調(diào)速控制技術(shù)的帶式輸送機技術(shù)改造方案。

圖1 基于變頻調(diào)速控制技術(shù)的帶式輸送機技術(shù)改造方案

系統(tǒng)還配備有帶速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，主要是對帶式輸送機運行過程中的速度進行檢測，并將檢測結(jié)果輸送至變頻控制器中進行分析與處理，作為電機速度調(diào)整的依據(jù)。為了保障變頻控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，系統(tǒng)中還設(shè)置了系統(tǒng)檢測模塊，作用是對整個控制系統(tǒng)自身進行檢測。從而及早發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。還設(shè)置有顯示器和操作臺，其中顯示器的作用是對整個控制過程進行監(jiān)控，工作人員可通過操作臺對控制系統(tǒng)進行操作，實現(xiàn)人工控制。

2.2 方案的優(yōu)勢分析

通過使用先進的變頻調(diào)速控制技術(shù)，能夠很好地解決傳統(tǒng)液力耦合技術(shù)在實踐中存在的問題，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，利用變頻調(diào)速控制技術(shù)可以實現(xiàn)帶式輸送機的軟啟動，設(shè)備的啟動過程可以根據(jù)需要自行設(shè)定，有效避免了啟動階段造成的電流過大問題，對電機進行保護；第二，由于實現(xiàn)了軟啟動，所以整個啟動過程不會對設(shè)備造成很大沖擊，皮帶啟動時的受力顯著降低，提升了皮帶的使用壽命；第三，采用主—從控制方式，可以實現(xiàn)兩臺電機轉(zhuǎn)速的同步控制，確保電機功率平衡；第四，變頻技術(shù)的使用不會造成環(huán)境污染問題。

3 技術(shù)改造方案主要硬件設(shè)施介紹

帶式輸送機技術(shù)改造方案中應(yīng)用的硬件設(shè)施較多，以下主要對變頻器及其控制器進行詳細介紹。

3.1 變頻器的選型

本文所述帶式輸送機有兩臺電機，需要配備兩臺變頻器。結(jié)合實際情況最終選用的是MWG-2000/10/6k 型礦用防爆變頻器，由東芝三菱公司研制生產(chǎn)。該型號變頻器在使用時不會產(chǎn)生諧波，即運行時不會對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，所以在煤礦領(lǐng)域已經(jīng)有了很多的應(yīng)用，且取得了很好的應(yīng)用效果。變頻器的輸入電壓及頻率分別為10 kV 和50 Hz。輸出的電壓為6 kV，但其輸出電壓頻率可以在0～120 Hz范圍內(nèi)變化?？梢詫崿F(xiàn)電機較大范圍轉(zhuǎn)速的控制，且控制精度可以控制在0.1%范圍內(nèi)。另外，可以將兩臺電機的功率不平衡度控制在2%范圍內(nèi)。

3.2 控制器的選型

控制器為技術(shù)改造方案的核心內(nèi)容，其作用主要是對變頻器進行控制。本研究中選用的控制器型號為S7-300 型PLC 控制器。為了保障控制器的穩(wěn)定運行，采用的是冗余CPU 設(shè)置，即配置了兩個CPU，任何一個能夠正常運行就可以保證控制系統(tǒng)的正常工作。另外，控制器同時包含有數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊，意味著傳感器檢測到的模擬量信號可以直接輸入控制器中進行處理，無需經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換，大大簡化了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。

4 帶式輸送機技術(shù)改造實踐應(yīng)用效果分析

將本文設(shè)計的帶式輸送機技術(shù)改造方案應(yīng)用到某煤礦工程實踐中，對原有的液力耦合控制模式進行技術(shù)改造，結(jié)果發(fā)現(xiàn)取得了很好的應(yīng)用效果。第一，帶式輸送機的啟動過程實現(xiàn)了軟啟動，有效規(guī)避了啟動過程對設(shè)備造成的沖擊，降低了設(shè)備的故障率，尤其是皮帶的損傷率，從而顯著縮短了設(shè)備的停機時間和維護保養(yǎng)時間，工作人員的工作量也顯著減小，降低了企業(yè)的人力成本和設(shè)備維護保養(yǎng)成本；第二，提升了設(shè)備的自動化程度，帶式輸送機運行過程中可以根據(jù)實際使用需要對電機輸出轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，可以節(jié)省大量的電力能源消耗，根據(jù)初步統(tǒng)計計算，通過使用變頻調(diào)速控制技術(shù)每年可以為煤礦企業(yè)節(jié)省55 萬元左右的電能消耗；第三，規(guī)避了環(huán)境污染問題，營造了更好的工作環(huán)境，社會效益顯著。綜上所述，通過在煤礦用帶式輸送機中使用變頻調(diào)速控制技術(shù)，能夠為煤礦企業(yè)創(chuàng)造很好的經(jīng)濟效益和社會效益，值得其他煤礦企業(yè)借鑒。