孫志剛

（西山煤電（集團(tuán)）公司 屯蘭礦，山西 古交 030206）

西山煤電（集團(tuán)）公司屯蘭礦12407工作面皮帶運(yùn)輸距離長(zhǎng)達(dá)2000m，皮帶安裝完工后，由于運(yùn)輸距離長(zhǎng)，皮帶負(fù)載分布不均勻，3臺(tái)電機(jī)輸出功率不平衡，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)1臺(tái)電機(jī)故障不啟動(dòng)，在初采初放過程中，皮帶運(yùn)輸一直不正常，而由2臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)輸過程中經(jīng)常過載停機(jī)，嚴(yán)重影響皮帶的正常運(yùn)輸，從而導(dǎo)致工作面不能完成既定的產(chǎn)量計(jì)劃。為了解決皮帶運(yùn)輸過程中電機(jī)不啟動(dòng)問題，該礦通過分析3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行中的功率及啟動(dòng)電流，最終發(fā)現(xiàn)皮帶頭2#電機(jī)的啟動(dòng)功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他2臺(tái)電機(jī)，并且3臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行功率差異較大，存在較大的不平衡性，經(jīng)常出現(xiàn)2#電機(jī)不啟動(dòng)。為此需要解決3臺(tái)電機(jī)運(yùn)行中的功率自動(dòng)平衡問題。

1 12407工作面皮帶的布置形式

屯蘭礦12407工作面走向2029m，由于2#、3#煤合采，平均采高4.5m，開采煤量全部由1條距離2000m的皮帶運(yùn)輸，皮帶帶寬1.2m，采用可伸縮膠帶機(jī)。皮帶頭位于12407皮帶巷口，與南四集中膠帶搭接。皮帶機(jī)尾位于1993m處，與橋式轉(zhuǎn)載機(jī)搭接。皮帶分別由3臺(tái)315kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中皮帶頭布置2臺(tái)電機(jī)，斜切眼位于皮帶巷1130處，設(shè)置中驅(qū)動(dòng)，布置1臺(tái)電機(jī)，3臺(tái)電機(jī)都由皮帶頭集中控制。3臺(tái)電機(jī)分別由3臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步功率輸出。12407皮帶布置示意圖見圖1.

圖1 12407皮帶布置示意圖

2 功率自動(dòng)平衡在皮帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)過程中的實(shí)現(xiàn)

2.1 電機(jī)不啟動(dòng)的原因分析

在皮帶開啟后，經(jīng)常出現(xiàn)皮帶打滑，皮帶壓死等故障。經(jīng)過系統(tǒng)排查，發(fā)現(xiàn)在皮帶啟動(dòng)后，皮帶頭2#電機(jī)經(jīng)常自動(dòng)停機(jī)，皮帶運(yùn)輸單靠1#、3#電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于皮帶上煤量大，電機(jī)負(fù)荷過大，導(dǎo)致電機(jī)過載，有時(shí)候皮帶打滑，無法正常開啟。經(jīng)過仔細(xì)對(duì)3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行過程的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)2#電機(jī)的啟動(dòng)電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1#和3#電機(jī)，導(dǎo)致2#電機(jī)一啟動(dòng)便出現(xiàn)過載停機(jī)。因此，要保證皮帶平穩(wěn)啟動(dòng)、運(yùn)行，必須保證3臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)電流、運(yùn)行功率相互平衡，為此，有必要研究3臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的功率自動(dòng)平衡問題。

2.2 功率自動(dòng)平衡功能的實(shí)現(xiàn)

12407運(yùn)輸皮帶的3臺(tái)電機(jī)分別由3臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，保證了皮帶從啟動(dòng)到正常運(yùn)行實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，避免啟動(dòng)電流過大帶來的沖擊負(fù)荷。變頻器的特點(diǎn)是通過改變頻率的大小，調(diào)整電機(jī)的輸出電流、功率、轉(zhuǎn)速等。為了實(shí)現(xiàn)3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行過程功率平衡，采用了先進(jìn)的PLC控制3臺(tái)變頻器。PLC選用西門子公司的S7-200，通過S7-200通訊接口與變頻器通訊接口連接，執(zhí)行相應(yīng)的通訊協(xié)議，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制3臺(tái)變頻器的啟動(dòng)頻率，從而控制3臺(tái)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2.1 利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制

PLC的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)ζ锏?臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)集中控制，通過選擇最優(yōu)算法，對(duì)3臺(tái)變頻器的啟動(dòng)電流及頻率進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)反饋的數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較，在此設(shè)置允許誤差。假設(shè)1#電機(jī)啟動(dòng)電流為I1，2#電機(jī)的啟動(dòng)電流為I2，3#電機(jī)啟動(dòng)電流為I3.當(dāng)（I1-I2）／I2≥10%時(shí)，PLC自動(dòng)調(diào)低I1，當(dāng)（I1-I2）／I2≤-10%時(shí)，PLC自動(dòng)調(diào)低I2；同樣當(dāng)（I2-I3）／I3≥10%時(shí)，PLC自動(dòng)調(diào)低I2，當(dāng)（I2-I3）／I3≤-10%時(shí)，PLC自動(dòng)調(diào)低I3；當(dāng)（I1-I3）／I3≥10%時(shí)，PLC自動(dòng)調(diào)低I1，當(dāng)（I1-I3）／I3≤-10%時(shí)，PLC自動(dòng)調(diào)低I3.總之，PLC讀取來自變頻器的3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)電流，三者之間兩兩相互比較，允許誤差為10%，PLC始終循環(huán)掃描，將監(jiān)測(cè)的電流值進(jìn)行比較，始終在3個(gè)電流值中將較大的電流調(diào)節(jié)至10%的誤差范圍之內(nèi)，保證3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)因某臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)電流過大而過載的現(xiàn)象。

2.2.2 利用PID實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速和平衡功率控制

PID控制器在當(dāng)前多點(diǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛，其主要功能就是利用閉環(huán)控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電機(jī)的功率平衡控制。通常PLC都能實(shí)現(xiàn)PID控制功能，同時(shí)變頻器本身也自帶PID控制功能。12407皮帶巷利用PLC優(yōu)化了3臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)電流，保證3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)電流誤差控制在±10%之內(nèi)，其主要通過啟動(dòng)電流比較，將啟動(dòng)電流偏大值進(jìn)行微調(diào)。但由于皮帶運(yùn)輸距離長(zhǎng)，皮帶運(yùn)輸負(fù)荷大等特點(diǎn)，啟動(dòng)電流過小，啟動(dòng)功率就小，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)無法啟動(dòng)，皮帶不能正常開啟。因此，采用先進(jìn)的PID控制算法，既要實(shí)現(xiàn)3臺(tái)電機(jī)都平穩(wěn)啟動(dòng)，又要實(shí)現(xiàn)3臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)后功率平衡，保證皮帶開啟后平穩(wěn)啟動(dòng)直至平穩(wěn)運(yùn)行。PID控制算法設(shè)計(jì)，見圖2.

圖2 PID控制圖

以3臺(tái)電機(jī)電流的平均值的差值作為調(diào)節(jié)功率平衡的一個(gè)條件，取平均值減少誤差。電流差值的絕對(duì)值在一個(gè)范圍的時(shí)候是調(diào)節(jié)的條件。一般額定電流的10%或更小。以一個(gè)可以調(diào)節(jié)時(shí)間的脈沖，在自己設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，一般10s.當(dāng)出現(xiàn)功率不平衡時(shí)，此時(shí)間設(shè)定能讓改動(dòng)后的頻率達(dá)到改動(dòng)值，時(shí)間不能太短或者太長(zhǎng)，否則導(dǎo)致功率調(diào)過。時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況變動(dòng)。頻率給定一次調(diào)節(jié)的大小，自己設(shè)定，功率平衡功能是在變頻加速后自動(dòng)開啟，如果有某臺(tái)變頻采回的電流是由于電流模塊故障而出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的時(shí)候，有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)把功率平衡功能切斷實(shí)現(xiàn)應(yīng)急啟車。通過現(xiàn)場(chǎng)情況的跟蹤，該皮帶運(yùn)行狀況良好，3臺(tái)電機(jī)之間的電流差值為2～3A.

3 結(jié) 論

12407皮帶驅(qū)動(dòng)采用了先進(jìn)的PLC集中控制3臺(tái)變頻器，運(yùn)用先進(jìn)的PID算法控制3臺(tái)變頻器的輸出頻率，最終保證將3臺(tái)變頻器的輸出頻率誤差減少至最小。通過功率自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)后，徹底解決了之前2#電機(jī)不啟動(dòng)的故障，保證在皮帶開啟后，3臺(tái)電機(jī)都平穩(wěn)啟動(dòng)，平穩(wěn)運(yùn)行。皮帶運(yùn)行平穩(wěn)，工作面設(shè)備開機(jī)率得到保障。在初采初放時(shí)，皮帶經(jīng)常過載，圓班產(chǎn)量?jī)H為3刀煤。經(jīng)過調(diào)整設(shè)計(jì)，目前圓班產(chǎn)量6刀煤，保證了計(jì)劃產(chǎn)量的按時(shí)完成。滿足了工作面設(shè)計(jì)要求，提高了生產(chǎn)效益。最重要的是對(duì)長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸中經(jīng)常出現(xiàn)的電機(jī)輸出功率不平衡問題探索出一條切實(shí)可行的解決方案。

［1］ 孫志剛，張翠平.帶式輸送機(jī)的輸送帶保護(hù)與故障診斷［J］.煤礦機(jī)械，2011（3）：242-244.

［2］ 周明源.功率平衡變頻器在東海煤礦皮帶機(jī)的應(yīng)用［J］.中國(guó)科技投資，2014（A11）：258-258.

［3］ 歐陽名三.皮帶系統(tǒng)雙電機(jī)軟啟動(dòng)及功率平衡的模糊控制器的研制［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2000（6）：49-51.

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