湯守義（開(kāi)灤集團(tuán)公司錢(qián)家營(yíng)礦業(yè)分公司，河北　唐山　063000）

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變頻器在井下強(qiáng)力皮帶輸送機(jī)中的運(yùn)用研究

湯守義
（開(kāi)灤集團(tuán)公司錢(qián)家營(yíng)礦業(yè)分公司，河北唐山063000）

摘要：關(guān)于低壓軟啟動(dòng)控制的井下皮帶輸送機(jī)，其技術(shù)問(wèn)題我們對(duì)設(shè)備進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)其效率略低，而且對(duì)公司電氣環(huán)境的運(yùn)行情況也有一定影響，如果其工作狀態(tài)不穩(wěn)定會(huì)影響公司電氣網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。本論文研究的問(wèn)題是充分發(fā)揮變頻器技術(shù)在控制方面的優(yōu)勢(shì)，代替原有皮帶運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以達(dá)到優(yōu)化工作效果的目的，本文介紹了我們對(duì)皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)化思路，介紹了使用變頻技術(shù)為控制因素的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和設(shè)備運(yùn)行效果得到的提升，對(duì)公司礦井原煤輸送環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量起到的優(yōu)化作用。在保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，通過(guò)科技水平為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。

關(guān)鍵詞：變頻器；改造；皮帶輸送機(jī)；調(diào)速

煤礦運(yùn)煤主要使用的運(yùn)輸機(jī)屬于膠帶運(yùn)輸機(jī)，傳統(tǒng)煤炭運(yùn)輸載體，大多數(shù)使用的技術(shù)是低壓軟啟動(dòng)技術(shù)，這種技術(shù)不但應(yīng)用于煤炭，而且也應(yīng)用于其他很多行業(yè)，當(dāng)年這個(gè)技術(shù)主要核心是建立在固態(tài)繼電器的位移的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)這個(gè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓提升的控制，通過(guò)電壓的控制來(lái)控制速度。

皮帶運(yùn)輸機(jī)正常工作需要皮帶和機(jī)械相配合，由于變頻器的加入，皮帶不再會(huì)產(chǎn)生較大的前后位移，因此也能大幅度地節(jié)約皮帶的使用，以往皮帶出現(xiàn)問(wèn)題產(chǎn)生的不僅僅是皮帶費(fèi)用，同時(shí)產(chǎn)生的是人力資源成本，擾亂生產(chǎn)計(jì)劃的損失很難計(jì)算，井下設(shè)備質(zhì)量的重要性關(guān)系著整個(gè)公司的運(yùn)行。

1. 現(xiàn)有煤炭輸送機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)化思路

1.1 目前設(shè)備控制系統(tǒng)改造思路

變頻器的工作原理是集成大功率高壓晶體管的技術(shù)和電子控制技術(shù)。通過(guò)改變交流電機(jī)的幅值，以及改變交流電機(jī)的頻率，使電機(jī)的磁場(chǎng)周期發(fā)生變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣控制的目的。曾經(jīng)的控制系統(tǒng)原理比較復(fù)雜，但是使用變頻器以后調(diào)速方面的控制變得更簡(jiǎn)單，而且維修和維護(hù)也更簡(jiǎn)單。

變頻器主要是服務(wù)于異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)調(diào)頻調(diào)壓完成電力變換。該技術(shù)的核心構(gòu)成可以大致分為電壓型和電流型，能夠?qū)㈦妷涸从芍绷髯兂山涣?，即為電壓型。能夠?qū)㈦娏髟吹闹绷髯兂山涣鳎礊殡娏餍?。變頻器可以很容易地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，這樣就使得生產(chǎn)過(guò)程越是復(fù)雜的條件，工作就越穩(wěn)定越靈活，不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)樘厥馇闆r產(chǎn)生的不可逆操作。加減速時(shí)間也可調(diào)整，這樣就會(huì)讓設(shè)備更容易適應(yīng)各種負(fù)載裝填，例如負(fù)載的形狀，重量，重心等因素都可以靈活應(yīng)對(duì)。可以在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下穩(wěn)定運(yùn)行，這一個(gè)特點(diǎn)使變頻器適應(yīng)大多數(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)生了不可替代的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，代表了效率和質(zhì)量，也就代表了企業(yè)的效益。

目前行業(yè)內(nèi)控制皮帶運(yùn)輸機(jī)主要的控制系統(tǒng)都是由變頻器來(lái)負(fù)責(zé)核心的控制部分，因?yàn)槠鋬?yōu)勢(shì)明顯，適應(yīng)行業(yè)已經(jīng)成為沒(méi)有爭(zhēng)議的主流操作技術(shù)，隨著生產(chǎn)效率要求不斷地提高和行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)煤炭的產(chǎn)量速度不斷上升，對(duì)于電機(jī)來(lái)講負(fù)荷不斷增加，總工作時(shí)間增加，維修維護(hù)時(shí)間減少等實(shí)際問(wèn)題一直考驗(yàn)著我們的生產(chǎn)設(shè)備，而技術(shù)就是設(shè)備工作的核心。在煤炭產(chǎn)量低峰時(shí)段，操作工程師可自己調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能減排的作用，達(dá)到降低成本，增加效益的目的。

1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了正常地執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮到了工作的安全性，執(zhí)行過(guò)程的準(zhǔn)確性，設(shè)備維護(hù)的故障率。皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)盡量集成化網(wǎng)絡(luò)化，使用現(xiàn)代化的工作方式進(jìn)行操作和管理。系統(tǒng)采用集散式控制方法，使用二級(jí)分布式計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行。系統(tǒng)具備自動(dòng)檢測(cè)相關(guān)參數(shù)的功能，控制數(shù)據(jù)和工作數(shù)據(jù)可以正常顯示。并且在工作通過(guò)對(duì)關(guān)鍵控制點(diǎn)的監(jiān)控起到保護(hù)報(bào)警的作用。

系統(tǒng)包含操作站和現(xiàn)場(chǎng)控制站?，F(xiàn)場(chǎng)控制站采用西門(mén)子S7-200系列產(chǎn)品作為控制核心。由變頻器、現(xiàn)場(chǎng)的控制站和操作站通過(guò)PLC通信技術(shù)組成DP網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)控制站非常關(guān)鍵，他的正常工作和操作站配合，完成整個(gè)工作網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)在工作中不斷通過(guò)傳感器進(jìn)行取樣，將信號(hào)反饋包括控制信號(hào)傳遞都依賴(lài)于此。

現(xiàn)有行業(yè)內(nèi)的工作模式為：在工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置3臺(tái)變頻器，變頻器一當(dāng)做主機(jī)，變頻器二，變頻器三對(duì)變頻器一起到輔助作用，其目的是保證控制系統(tǒng)正常工作重點(diǎn)是控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度。主控制點(diǎn)為主機(jī)操作員通過(guò)控制主機(jī)達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的目的，主機(jī)負(fù)責(zé)控制所有變頻器從而控制轉(zhuǎn)速。如果某一臺(tái)分機(jī)發(fā)生故障，輸送機(jī)的控制權(quán)限自動(dòng)轉(zhuǎn)移到其他沒(méi)有故障的機(jī)器上進(jìn)行。如果主機(jī)有故障產(chǎn)生，其他兩臺(tái)分機(jī)就自動(dòng)銜接了工作任務(wù)。從風(fēng)險(xiǎn)上把故障率壓到最低，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。

2. 使用變頻器的設(shè)備硬件簡(jiǎn)介

2.1采用變頻器的必要性

由于變頻器作為電力控制設(shè)備，可以使皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)、加速、降速、停止的速度變化非常柔和。在傳統(tǒng)的采煤工作模式中，當(dāng)操作工要使皮帶輸送機(jī)開(kāi)機(jī)工作的時(shí)候，從開(kāi)動(dòng)環(huán)節(jié)就會(huì)感到整個(gè)設(shè)備頓挫感很強(qiáng)，本身對(duì)設(shè)備也是一種傷害，加速，降速，停機(jī)都不穩(wěn)定。皮帶機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致連帶不良效果嚴(yán)重。變頻器有較好的保護(hù)功能，對(duì)于設(shè)備來(lái)講，過(guò)流保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)以及過(guò)載保護(hù)，這幾個(gè)特性都很重要。目前行業(yè)內(nèi)的變頻器具備失速保護(hù)功能，所謂失去速保護(hù)指的是：有時(shí)候給定的加速時(shí)間過(guò)短，這樣變頻器的輸出頻率變化就會(huì)大幅度超過(guò)轉(zhuǎn)速的變化，這時(shí)候變頻器就會(huì)自動(dòng)跳閘，導(dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行，也就是專(zhuān)業(yè)人士講的“失速”。為了防止失速以后電動(dòng)機(jī)不停止運(yùn)轉(zhuǎn)，需要檢測(cè)電流的大小然后通過(guò)頻率來(lái)執(zhí)行控制。如果加速電流過(guò)大，可以通過(guò)對(duì)加速速率進(jìn)行調(diào)整。

2.2變頻器與可編程控制器系統(tǒng)工作簡(jiǎn)介

交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：

n——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f——異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式（1）可知，n與f成正比，只要改變頻率f即可改變轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

PLC在系統(tǒng)中的作用主要是控制變頻器，并且可以通過(guò)控制變頻器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。PLC的工作一個(gè)循環(huán)周期中包含3個(gè)子階段，即信號(hào)輸入采集階段、邏輯程序執(zhí)行階段和輸出刷新，共3個(gè)階段。所謂的掃描周期就是指上述的3個(gè)階段。一個(gè)最簡(jiǎn)單的PLC控制系統(tǒng)主要是由PLC、模擬量和數(shù)字量的輸入輸出模塊，I/O設(shè)備和受控的變頻機(jī)以及電動(dòng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備構(gòu)成。

目前行業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)采用西門(mén)子s7-200較為普遍，而且隨著行業(yè)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)的一些品牌比如和利時(shí)也漸漸成為了工控人員比較普遍采用的品牌，一些國(guó)外的品牌也在朝著功能增加，價(jià)格降低的趨勢(shì)發(fā)展，例如最新的西門(mén)子smart就是一個(gè)價(jià)格很低的新系列。而且主打網(wǎng)絡(luò)共能，非常適合現(xiàn)在的工作模式以及我國(guó)未來(lái)的工業(yè)4.0趨勢(shì)。

2.3變頻器為驅(qū)動(dòng)方案對(duì)工作帶來(lái)的效益

因?yàn)榭刂圃戆l(fā)生了優(yōu)化，操作人員的精力和壓力可以從繁重的井下作業(yè)中得到一定的減壓，只要在做生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度的時(shí)候?qū)υO(shè)備負(fù)載進(jìn)行計(jì)算保護(hù)設(shè)備在負(fù)荷內(nèi)運(yùn)行即可，可以保證煤炭的最大開(kāi)采效率，也能使設(shè)備在合理的成本下工作，減少工人的勞動(dòng)負(fù)荷，降低成本。

結(jié)語(yǔ)

提到變頻器發(fā)展到今天已經(jīng)歷經(jīng)四代產(chǎn)品。他的出現(xiàn)改變了以往了調(diào)速方式，變頻器的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用效果已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)都被充分認(rèn)可，一方面他可以完全滿(mǎn)足和提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，另一方面它的出現(xiàn)優(yōu)化了產(chǎn)品的工作質(zhì)量、第三個(gè)方面大幅度提高了設(shè)備相關(guān)的自動(dòng)化水平、大幅度節(jié)約了能源、降低了生產(chǎn)成本。成本是任何企業(yè)都高度重視的問(wèn)題，提高工作質(zhì)量，使工作質(zhì)量穩(wěn)定也是成本問(wèn)題，對(duì)煤炭行業(yè)來(lái)講因?yàn)殛P(guān)系到安全因素所以穩(wěn)定的工作質(zhì)量顯得更加重要，對(duì)于煤炭行業(yè)來(lái)說(shuō)普遍的收益就是輸運(yùn)系統(tǒng)，因?yàn)檩斆合到y(tǒng)主要的動(dòng)力和工作就是電動(dòng)機(jī)，變頻器恰恰是控制電機(jī)調(diào)速以及控制節(jié)約能量最好的產(chǎn)品。

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