張 露

（西山煤電集團有限公司官地選煤廠， 山西 太原 030000）

引言

甲帶給煤機是用于礦井中煤倉的原煤轉(zhuǎn)運的運輸設(shè)備，是煤礦生產(chǎn)中必不可少的運輸裝置，與煤礦的產(chǎn)量息息相關(guān)。在實際生產(chǎn)中，為了避免煤倉出現(xiàn)滿倉或空倉狀態(tài)，需要經(jīng)常對甲帶給煤機的給煤量進行調(diào)整[1]。目前，官地礦甲帶給煤機給煤量的調(diào)整為手動方式，通過手動調(diào)節(jié)摩擦式無極調(diào)速裝置，改變驅(qū)動減速機的驅(qū)動轉(zhuǎn)速，使給煤量在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。手動調(diào)節(jié)具有一定局限性，且受工人主觀因素影響程度較大，該設(shè)備在投入運行后，由于工人操作失誤和調(diào)速機構(gòu)失效等問題，造成停機5次，嚴重影響了生產(chǎn)效率，因此該礦對甲帶給煤機的調(diào)速系統(tǒng)進行了優(yōu)化和改造。

1 甲帶給煤機工作原理

甲帶給煤機接通電源后，由電機作為動力源，帶動無極調(diào)速裝置正向轉(zhuǎn)動。減速機的輸入端與無極調(diào)速裝置的輸出端相連接，通過改變無極調(diào)速裝置的輸出轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)減速機的輸入轉(zhuǎn)速在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可調(diào)。減速機帶動驅(qū)動滾筒正向運轉(zhuǎn)，驅(qū)動滾筒帶動膠帶，膠帶帶動甲帶，通過甲帶與物料間的摩擦力作用，使物料與甲帶一同向出料口方向運動，到達出料口后物料排出。

無極調(diào)速裝置在甲帶給煤機給煤量的調(diào)整中起決定性作用，是整個調(diào)速系統(tǒng)的核心部件。無極調(diào)速裝置采用MB新型摩擦機械式變速器，由主動裝置、摩擦傳動裝置及調(diào)速裝置構(gòu)成，如圖1所示。

調(diào)速裝置是通過轉(zhuǎn)動調(diào)速手輪，改變調(diào)速凸輪與與固定環(huán)間中心距，進而改變行星輪與主動輪、壓盤及固定環(huán)、調(diào)整凸輪摩擦處的工作半徑，從而改變傳動比，達到均勻調(diào)整轉(zhuǎn)速的目的[2]。

無極調(diào)速裝置采用純機械式調(diào)整方式，無法根據(jù)煤倉可用容量進行實時調(diào)整，只能依靠工人使用通訊設(shè)備進行溝通調(diào)整，精度較低，效率較差，并且存在反饋不及時造成煤倉滿倉或空倉的風險；給煤機在持續(xù)運行時，當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，電機效率低，還會造成不必要的能源浪費[3]。

圖1 無極調(diào)速裝置

2 調(diào)速系統(tǒng)改造方案設(shè)計

隨著煤礦生產(chǎn)自動化、智能化程度的提高，PLC控制器被廣泛應用于煤礦生產(chǎn)中[4]。PLC控制器編程方便、調(diào)試便利、功能強大，在實際生產(chǎn)中適應性好，故障率低，可以實現(xiàn)參數(shù)可視化，通過預先編制好的程序，輸出指定信號，達到控制目的，適用于甲帶給煤機的調(diào)速系統(tǒng)自動控制。

變頻器控制電機調(diào)速是已經(jīng)成熟的通用技術(shù)，在各個行業(yè)中被廣泛采用，通過改變電機供電頻率，可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度的無極調(diào)速。異步電動機轉(zhuǎn)速的計算公式為：

式中：f為電機供電電源頻率；s為異步電動機轉(zhuǎn)差率；p為異步電動機級數(shù)。

由公式（1）可知，異步電動機轉(zhuǎn)速與供電電源頻率成正比，因此，當頻率在0～50 Hz內(nèi)變化時，調(diào)速范圍大于無極調(diào)速裝置的調(diào)速范圍，可以替代無極調(diào)速裝置在甲帶給煤機調(diào)速系統(tǒng)中的作用，且變頻器調(diào)速屬于電氣式調(diào)速，易于與PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)自動化控制。變頻器調(diào)速在60Hz以下的變頻器效率大約為94%～96%，能量損耗小，可以有效減小電動機的啟動電流，降低電動機故障風險[5]。

基于對現(xiàn)有甲帶給煤機運行狀況的分析，提出使用基于PLC控制變頻器調(diào)速的甲帶給煤機調(diào)速系統(tǒng)改造方案。改造后系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 改造后系統(tǒng)控制原理

本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，分為手動調(diào)速模式與自動調(diào)速模式，PLC為主控單元，變頻器為被控單元，煤倉可用容積為主控參數(shù)，給煤機給煤量為主輸出參數(shù)。系統(tǒng)的工作原理為：煤倉料位計安裝在煤倉內(nèi)，用來采集煤倉信息，并將煤倉可用容積信號傳遞給PLC。PLC接收到信號后，根據(jù)預先設(shè)置好的邏輯算法，將輸出信號發(fā)送至變頻器，變頻器根據(jù)收到的信號對電源頻率進行調(diào)整，控制電機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)給煤機給煤量的聯(lián)動調(diào)整。PLC還能實時的將煤倉容量信息、電機轉(zhuǎn)速信息、給煤機給煤量信息輸出到顯示屏上，實現(xiàn)參數(shù)的可視化，便于技術(shù)人員的信息讀取與記錄。自動調(diào)速模式適用于正常工作狀態(tài)，無需人工操作即可自動適時調(diào)整給煤量，實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化與自動化。手動模式用于特殊工況，切換至手動模式后，可以人工設(shè)定給煤量，PLC根據(jù)設(shè)定的給煤量參數(shù)，發(fā)出信號給變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)定量給煤。

整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定，根據(jù)煤倉可用容積實時調(diào)整給煤機的給煤量，避免了空倉和滿倉的情況發(fā)生，大幅提高了生產(chǎn)效率。采用該系統(tǒng)可以減少1名給煤機操作員，將原先的人工控制給煤量變?yōu)橄到y(tǒng)自動調(diào)整給煤量，可以有效避免發(fā)生由于操作失誤、溝通不及時等因素造成的給煤量過大或過小的問題。

3 系統(tǒng)改造步驟

1）訂購系統(tǒng)主要部件西門子變頻器、西門子PLC控制器及煤倉料位計；

2）拆除原甲帶給煤機的無極調(diào)速裝置，將電機輸出軸與減速器輸入軸直接連接；

3）安裝變頻器，連接變頻器與電機間的電路；

4）將煤倉料位計安裝在煤倉合適位置，調(diào)試料位計；

5）按照電氣原理圖完成PLC控制系統(tǒng)的電路連接，其中料位計的輸出信號連接到PLC的輸入觸點，變頻器的輸入信號線連接到PLC的輸出觸點，顯示屏的輸入信號線連接到PLC的輸出觸點；

6）安裝電氣控制柜，與給煤機保持一定安全距離；

7）將預先編制好的甲帶給煤機給煤量控制程序利用計算機導入PLC中；

8）系統(tǒng)空載試運行，調(diào)整設(shè)置參數(shù)；

9）系統(tǒng)負載運行；

10）完成給煤機調(diào)速系統(tǒng)改造。

按上述步驟完成甲帶給煤機調(diào)速系統(tǒng)改造后，甲帶給煤機給煤量的調(diào)整由人工操作變?yōu)樽詣涌刂?，消除人工干預，降低了煤倉出現(xiàn)滿倉或空倉的風險。

4 應用分析

該調(diào)速系統(tǒng)在前期投資較大，但從長遠運行情況來看，經(jīng)濟效益顯著大于未改造前的調(diào)速系統(tǒng)。給煤機經(jīng)改造后可以實現(xiàn)無人值守，減少1名在崗人員，按平均工資4 000元計算，1年可以節(jié)支4.8萬元。由于使用變頻調(diào)速，電機啟動特性好，降低了電機的無功功率消耗，1臺給煤機年消耗電量較改造前降低了6萬余kWh，極大地提高了用電效率，節(jié)約了用電成本。調(diào)速系統(tǒng)改造后運行半年，穩(wěn)定無故障，給煤量調(diào)節(jié)準確到位，為連續(xù)安全高效生產(chǎn)提供了保障。

5 結(jié)論

通過對現(xiàn)有甲帶給煤機的調(diào)速系統(tǒng)進行改造，給煤機的調(diào)速系統(tǒng)由人工操作方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩臃绞郊娱]環(huán)自動控制方式，實現(xiàn)了給煤量的精確調(diào)整，并且該系統(tǒng)能夠適應不同工況，不僅調(diào)節(jié)效果比原系統(tǒng)更穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率，而且節(jié)約了人力資源成本和能源成本，達到了改造優(yōu)化的目的。