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

張亞楠

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

引言

該系統(tǒng)工作可靠，滿足皮帶輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行與實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)速的要求，節(jié)省了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電量消耗，減少了運(yùn)行維護(hù)成本。變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用，降低了皮帶輸送機(jī)的故障率，為企業(yè)產(chǎn)生了更多的經(jīng)濟(jì)效益。變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煤礦行業(yè)帶是輸送機(jī)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)。

通過(guò)將電機(jī)和皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)合二為一，有效地減緩了在啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，能夠?qū)㈦姍C(jī)內(nèi)的能量緩慢地釋放出來(lái)，減少之前由于巨大啟動(dòng)力對(duì)皮帶的損害，能夠有效地實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡?？刂贫鄠€(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)采取一拖一時(shí)采取主從的控制，以實(shí)現(xiàn)功率的平衡，加強(qiáng)電機(jī)與減速器之間的直接連接，減少液力耦合器這個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)環(huán)節(jié)的減少，提高整個(gè)運(yùn)輸機(jī)的系統(tǒng)效率[1-4]。

1 帶式輸送機(jī)變頻器

帶式輸送機(jī)自動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心是變頻器。變頻器是一種利用功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)功能，用頻率和電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的交流電代替工頻交流電的電能控制裝置。

這一系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要是運(yùn)用的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起帶式輸送機(jī)煤流量，輸送帶速度和電能消耗為節(jié)能模型；基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了煤流量和輸送帶速度的最優(yōu)匹配關(guān)系；利用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可根據(jù)煤流量大小調(diào)節(jié)輸送帶速度，節(jié)能效果顯著。變頻器具有啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)速度平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、啟動(dòng)性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。這在煤礦行業(yè)不景氣的大環(huán)境之下，對(duì)煤礦行業(yè)的發(fā)展提供了一定的便利，不僅如此，這一種自動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有降低運(yùn)輸帶損耗的優(yōu)勢(shì)，并且基于自動(dòng)化的理念，這一種變頻器在工作時(shí)也能夠根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷變化調(diào)運(yùn)輸機(jī)的電源電壓和頻率。

2 變頻器優(yōu)勢(shì)

帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)過(guò)程中主要運(yùn)輸裝備。帶式輸送機(jī)一般由調(diào)交流變頻直流拖動(dòng)、CST、固態(tài)軟啟動(dòng)、液力偶合器、拖動(dòng)等多種形式進(jìn)行拖動(dòng)。有在大型膠帶輸送機(jī)的多電機(jī)多滾筒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，主要的驅(qū)動(dòng)方式有直流驅(qū)動(dòng)、交流變頻驅(qū)動(dòng)和CST 驅(qū)動(dòng)。煤礦井下帶式輸送機(jī)的技術(shù)要求是控制簡(jiǎn)單、啟動(dòng)特性好、調(diào)速性能好、啟動(dòng)力矩大；易于形成防爆結(jié)構(gòu)；運(yùn)行可靠，維護(hù)費(fèi)用低。直流電機(jī)由于不適合防爆結(jié)構(gòu)，不能在井下使用。CST 的維護(hù)量和維護(hù)要求復(fù)雜，且價(jià)格較高，因此CST 在煤礦井下的應(yīng)用較少。無(wú)速度傳感器矢量控制防爆變頻器的出現(xiàn)是煤礦帶式輸送機(jī)的最佳驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

具有優(yōu)越的軟啟動(dòng)與軟停止功能，煤礦帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能應(yīng)以軟啟動(dòng)和軟停止為首要目標(biāo)。煤礦運(yùn)輸膠帶本身彈性功能，在負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中有很大的慣性。帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)后加減速頻率越大，皮帶上儲(chǔ)存的能量就會(huì)越大，輸送機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)受這些能量的釋放產(chǎn)生較大影響過(guò)載機(jī)械部分。防爆逆變器可任意調(diào)控帶式輸送機(jī)啟停/停止時(shí)間，可任意調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的加速度和停止時(shí)的減速，啟動(dòng)時(shí)可以匹配S 型進(jìn)行帶式輸送機(jī)加減速調(diào)節(jié)，使帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)滾筒、減速機(jī)等機(jī)械產(chǎn)生的沖擊力較小。

重載平穩(wěn)啟動(dòng)。帶式輸送機(jī)在煤炭運(yùn)輸過(guò)程中隨時(shí)可能出現(xiàn)立即停止、重新啟動(dòng)等生產(chǎn)要求，所以必須把膠帶輸送機(jī)“重載啟動(dòng)”能力考慮在內(nèi)。無(wú)速度傳感器矢量控制的應(yīng)用，可輸出1.5～2 倍的額定轉(zhuǎn)矩TN進(jìn)行低頻運(yùn)行，“重載啟動(dòng)”得到解決。重載啟動(dòng)特性如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 重載啟動(dòng)特性

皮帶檢測(cè)功能。帶式輸送機(jī)為煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)主要裝備。運(yùn)輸系統(tǒng)日常維護(hù)維修和例行巡檢主要是針對(duì)帶式輸送機(jī)，而低速帶式輸送機(jī)的檢查功能是帶式輸送機(jī)大修的主要要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種無(wú)級(jí)交流傳動(dòng)系統(tǒng)。在空載帶試驗(yàn)狀態(tài)下，變頻器可在5%～100%額定帶速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)在任意帶速下工作。

平衡功率。煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)由于輸送距離大多為雙滾筒驅(qū)動(dòng)或多滾筒驅(qū)動(dòng)，滾筒由電動(dòng)機(jī)配合減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，為保證煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。首需要同步啟動(dòng)或停止。如果部分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)啟動(dòng)/停機(jī)會(huì)受故障影響。為了保障煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)保證滾筒和托輥之間的功率平衡。調(diào)整相應(yīng)的兩個(gè)變頻器的速度配合兩臺(tái)電機(jī)之間的速度差，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整，增大或減小兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的電流差。因此，系統(tǒng)中的各驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流值，通過(guò)單獨(dú)的控制實(shí)現(xiàn)。各電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，各驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流值逐漸趨于平衡，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)功率平衡。

煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸帶式輸送機(jī)自動(dòng)調(diào)速。受煤礦井下條件制約，煤炭出貨量時(shí)有不平穩(wěn)不均衡。膠帶式輸送機(jī)時(shí)有輕載、空載、高速運(yùn)行的情況，給機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)輸膠帶造成非必要的磨損和電力資源的浪費(fèi)，耗能遠(yuǎn)大于實(shí)際需求，但由于煤炭生產(chǎn)需要，不能隨時(shí)停機(jī)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)。使用單獨(dú)的控制系統(tǒng)測(cè)量前臺(tái)傳輸系統(tǒng)和本地傳輸系統(tǒng)的負(fù)載，以便在抑制后或提前控制逆變器的速度。自動(dòng)調(diào)速適用于煤炭運(yùn)輸負(fù)載不均均衡帶式輸送機(jī)，同時(shí)節(jié)約電能，減少帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備空載、輕載、高速損耗，延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)及周邊設(shè)備的使用壽命，如圖2 所示。

圖2 自動(dòng)調(diào)速

超長(zhǎng)距離運(yùn)輸多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，機(jī)頭各變頻之間進(jìn)行CANBUS 通信，實(shí)現(xiàn)主從功率平衡控制；中部各變頻之間進(jìn)行CANBUS 通信，實(shí)現(xiàn)主從功率平衡控制；機(jī)頭、中部各設(shè)置PLC 防爆箱對(duì)局部變頻器進(jìn)行速度給定與起?？刂疲粰C(jī)頭與中部之間的功率分配由兩臺(tái)PLC 防爆箱通過(guò)光纖以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)；機(jī)頭與中部之間的起停聯(lián)鎖及延時(shí)由兩臺(tái)PLC 防爆箱通過(guò)光纖以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)如圖3 所示。

圖3 超長(zhǎng)距離運(yùn)輸多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)

3 設(shè)備運(yùn)行效果

1）減少人力：通過(guò)集中控制自動(dòng)化改造，讓設(shè)備替換值班的司機(jī)和檢查人員，可以大大減少采煤帶巷道的工作人員。

2）節(jié)能：通過(guò)集中控制自動(dòng)化轉(zhuǎn)換，控制主機(jī)根據(jù)收集的信號(hào)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)煤與煤流打開(kāi)帶，不能沿煤煤流打開(kāi)帶，帶空自動(dòng)停車(chē)功能，能有效減少電能的浪費(fèi)帶式輸送機(jī)空轉(zhuǎn)。

3）提高效率：通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控和監(jiān)控，提高礦用采掘帶工作的穩(wěn)定性和可靠性，能有效減少設(shè)備因帶機(jī)空轉(zhuǎn)而造成的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，減少帶輥等耗材的消耗。

4 結(jié)語(yǔ)

作為礦井運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備之一，輸送機(jī)常常會(huì)出現(xiàn)輸送帶磨損、高耗能以及投入成本較高的問(wèn)題，而隨著帶式輸送機(jī)的改造，這些問(wèn)題已經(jīng)逐漸得到有效地解決。改造之后的帶式輸送機(jī)憑借著其軟啟動(dòng)，操作方式十分簡(jiǎn)單，保障礦井人員的人身財(cái)產(chǎn)安全以及礦井開(kāi)采工作的順利開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的精準(zhǔn)控制為礦井提高經(jīng)濟(jì)效益取得有利保障。