帶式輸送機(jī)自動變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造及應(yīng)用

任曉峰

（山西煤炭運銷集團(tuán)泰山隆安煤業(yè)有限公司，山西 保德 036600）

帶式輸送機(jī)作為煤礦井下生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，主要擔(dān)負(fù)著井下煤炭運輸任務(wù)。帶式輸送機(jī)電動機(jī)采用工頻運行，不能根據(jù)帶式輸送機(jī)的負(fù)荷大小變化進(jìn)行實時調(diào)整，導(dǎo)致設(shè)備實際工作效率下降，造成大量電能浪費。為降低帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)的設(shè)備損耗和電能浪費，以隆安煤業(yè)帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)為工程背景，調(diào)查分析影響該礦井下帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵因素及可控制環(huán)節(jié)，通過井下現(xiàn)場試驗，調(diào)整和優(yōu)化改造調(diào)速系統(tǒng)。

1 工程概況

1.1 帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)概況

隆安煤業(yè)現(xiàn)有10 部強(qiáng)力帶式輸送機(jī)，其中外運隧道1 部，主斜井2 部，東翼采區(qū)安裝有5 部，北翼采區(qū)安裝有2 部。南翼采區(qū)5 部強(qiáng)力帶式輸送機(jī)帶速為2.5 m/s，帶寬為1200 mm，運輸量為600 t/h，5 部帶式輸送機(jī)總長度達(dá)到6250 m，電機(jī)總功率為3540 kW·h。在礦井生產(chǎn)期間，帶式輸送機(jī)全部運行時產(chǎn)生的費用在生產(chǎn)成本中占有很大一部分比例。

1.2 帶式輸送機(jī)能耗情況分析

對安裝的強(qiáng)力帶式輸送機(jī)運行情況調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，造成能耗高的主要原因有：煤流運輸系統(tǒng)運輸線路長，電機(jī)設(shè)備功率轉(zhuǎn)換效率低；輸送機(jī)啟動時采用雙變頻器啟動，但運行時采用工頻運行，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象；膠帶機(jī)逆煤流啟動運行，即從外向里逐部膠帶依次啟動運行，存在外部膠帶機(jī)空載運行等待上流煤炭時間長、電能損耗浪費嚴(yán)重問題；帶式輸送機(jī)無有效的自動化設(shè)備管理系統(tǒng)，造成以長時間空載運行的方式達(dá)到煤炭運輸所需條件等。綜上分析，帶式輸送機(jī)的電機(jī)“變頻器”未能夠真正發(fā)揮其正常的功能價值，從而造成膠帶運輸系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備能耗高、節(jié)能效果差問題。

2 解決耗能問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

為保證膠帶運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電機(jī)設(shè)備的可轉(zhuǎn)換性，重點解決PLC 系統(tǒng)中防爆箱內(nèi)的主控元器件對帶式輸送機(jī)上各電動機(jī)運行期間的電壓、電流、頻率及運行速度等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、設(shè)備運行狀態(tài)控制、通訊信息組網(wǎng)、主機(jī)保護(hù)及工業(yè)環(huán)網(wǎng)與交換機(jī)的連接等技術(shù)難題，實現(xiàn)對帶式輸送機(jī)運行期間“多煤快運、無煤慢運或停運”狀態(tài)的自動準(zhǔn)確監(jiān)測[1-6]，并能夠?qū)捷斔蜋C(jī)上各電動機(jī)相互匹配到最佳變頻狀態(tài)，真正發(fā)揮出變頻器的變頻能力。

解決上述問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是：研究PLC 控制系統(tǒng)中防爆控制箱控制指標(biāo)的選取，用于實現(xiàn)變頻器的自動監(jiān)測和控制[7-8]；研究帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)及操作指令控制系統(tǒng)，實現(xiàn)防爆變頻器帶動帶式輸送機(jī)電動機(jī)軟啟動從零速開始運轉(zhuǎn)至額定速度；研究PLC 系統(tǒng)控制箱從接收信號到物料流動傳感器監(jiān)測到帶式輸送機(jī)上實時運輸?shù)拿毫看笮∵^程中，PLC 控制系統(tǒng)發(fā)出的虛擬信號與帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相互轉(zhuǎn)化；檢測帶式輸送機(jī)物料監(jiān)測傳感器信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，實現(xiàn)帶式輸送機(jī)運行速度的可靠穩(wěn)定控制；根據(jù)礦井帶式輸送機(jī)特性及結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對帶式輸送機(jī)進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)改造，達(dá)到礦井帶式輸送機(jī)在變頻器控制下節(jié)能運行的目的。

3 節(jié)能控制系統(tǒng)改造實施方案

該礦井南翼采區(qū)的5 部帶式輸送機(jī)要保持各帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的所有功能不變的條件下實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能控制運行，需在膠帶運輸機(jī)控制系統(tǒng)中增設(shè)“PLC 控制系統(tǒng)防爆控制箱、防爆電源箱、就地控制箱、設(shè)備啟停傳感器、料流傳感器、運行速度傳感器和電纜”等設(shè)備和相關(guān)設(shè)施，布置方式如圖1 和圖2。在井下煤炭運輸過程中，通過安裝在帶式輸送機(jī)上方的料流傳感器對膠帶上的煤量大小進(jìn)行實時監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中。PLC 控制系統(tǒng)通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，根據(jù)分析判斷結(jié)果向變頻器發(fā)出控制操作命令，利用變頻器調(diào)整帶式輸送機(jī)運行速度，從而實現(xiàn)帶式輸送機(jī)根據(jù)煤量大小實時在線調(diào)速功能，達(dá)到了節(jié)能控制運行的目的。

圖1 南翼采區(qū)帶式輸送機(jī)變頻節(jié)能控制裝置安設(shè)示意圖

圖2 帶式輸送機(jī)料流傳感器安設(shè)位置示意圖（mm）

4 應(yīng)用效果分析

帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)改造以后，能夠充分發(fā)揮出變頻器的變頻調(diào)速功能，實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能運行；同時利用變頻器變頻調(diào)速功能可以避免帶式輸送機(jī)長時間高速產(chǎn)生涌浪電壓和電流，對帶式輸送機(jī)電纜線路及相關(guān)電器設(shè)備元件起到保護(hù)作用。在應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)以后，通過對南翼采區(qū)的5部強(qiáng)力帶式輸送機(jī)電能使用情況進(jìn)行統(tǒng)計（見表1）后發(fā)現(xiàn)，5 部帶式輸送機(jī)在半載和空載情況下實行節(jié)能運行時，可減少用電負(fù)荷610 kW，年節(jié)約用電量可達(dá)到360 萬 kW·h，年節(jié)約用電費用180 余萬元，帶式輸送機(jī)節(jié)能降耗取得了良好的效果。

表1 南翼采區(qū)帶式輸送機(jī)改造前后電機(jī)正常工作狀態(tài)下電流對比情況