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        PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

        2020-01-13 05:12:44王瓊偉魏景
        煤礦機(jī)電 2019年6期
        關(guān)鍵詞:控制箱帶式輸送機(jī)

        王瓊偉, 魏景

        (寧夏銀星煤業(yè)有限公司, 寧夏 靈武 750408)

        0 引言

        目前寧夏銀星煤業(yè)運(yùn)輸大巷固定帶式輸送機(jī)與工作面可伸縮帶式輸送機(jī)配備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都采用“變頻器+變頻異步電動(dòng)機(jī)+減速器+高(低)速聯(lián)軸器”方式運(yùn)行,主要存在的問題包括:傳動(dòng)效率低、電機(jī)能耗大、傳動(dòng)鏈長、噪音大、可靠性低、設(shè)備維護(hù)工作量大、減速器液壓油需要周期性的更換等。因此,要想實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)向大功率、長距離、大負(fù)載方向發(fā)展,關(guān)鍵是解決動(dòng)力來源、智能化控制及軟啟動(dòng)等問題。通過考察學(xué)習(xí)、技術(shù)論證、經(jīng)濟(jì)分析,提出采用一種新型的PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)技術(shù)含量的提升,促進(jìn)礦井科技進(jìn)步,也為后續(xù)煤流系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化改造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        1 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

        1.1 總體結(jié)構(gòu)

        PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)是針對(duì)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制提供的綜合解決方案,由圖1所示,它主要由永磁變頻直驅(qū)電動(dòng)機(jī)、變頻器、控制裝置等組成。外圍輔助設(shè)備包含聯(lián)軸器、逆止器、水冷裝置、盤式制動(dòng)器、逆止器、張緊裝置等。該系統(tǒng)主要解決帶式輸送機(jī)或煤流輸送系統(tǒng)的動(dòng)力來源、軟啟動(dòng)、智能化控制等問題。

        圖1 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

        1.2 基本原理

        PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)主要包括永磁電機(jī)和配合永磁電機(jī)使用的變頻器兩大部件,其驅(qū)動(dòng)模式為永磁電機(jī)-負(fù)載,可取代傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)-減速器-變頻器負(fù)載。

        2 主要特點(diǎn)

        1) 啟動(dòng)平滑,實(shí)時(shí)調(diào)控。永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)滾筒直接連接,傳動(dòng)鏈縮短,系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn),振動(dòng)更小、噪音更低、可靠性更高。變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟停車功能,能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳動(dòng)的緩慢勻速起動(dòng),避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間大電流給電網(wǎng)帶來的沖擊,有效解決了帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)與停止時(shí)轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)劇變給傳動(dòng)系統(tǒng)帶來的機(jī)械沖擊。降低了系統(tǒng)的電網(wǎng)故障和機(jī)械故障,系統(tǒng)可控性能好,可較好地解決長距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡問題。

        2) 多機(jī)控制平衡,降低能耗。效率高,無減速系統(tǒng)和液力偶合器,機(jī)械傳動(dòng)效率接近100%;電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體,無需勵(lì)磁,損耗小,效率高。 永磁電動(dòng)機(jī)在25%~120%額定負(fù)載范圍內(nèi)效率高,在低負(fù)載、低速條件下,更是優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率為85%左右,所用的Y系列異步電動(dòng)機(jī)的能耗僅為國際IE1級(jí)(相當(dāng)于國家三級(jí)能耗)。而該系統(tǒng)的傳動(dòng)效率在94%左右,采用的永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)能耗達(dá)到國際IE4(高于國家一級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)),綜合節(jié)能率6%以上。同時(shí),永磁同步電動(dòng)機(jī)匹配直接轉(zhuǎn)矩控制方式能恒定輸出額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩2倍的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,而傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用的異步電動(dòng)機(jī)在同功率條件下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定負(fù)載的55%。

        3) 輸送機(jī)的自檢模式,適應(yīng)低速運(yùn)轉(zhuǎn),安全運(yùn)轉(zhuǎn)。具有零速滿轉(zhuǎn)矩輸出特性,可以實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng); 具有低速驗(yàn)帶功能; 矢量控制,雙閉環(huán)(速度環(huán)、電流環(huán))調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)多驅(qū)動(dòng)功率平衡;變頻控制,實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的“S”曲線啟動(dòng)、停車;采用四象限變頻運(yùn)行方式時(shí),能有效地解決下運(yùn)制動(dòng)及緊急停車問題。

        4) 降低故障率。PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)無中間傳動(dòng)換機(jī),完全取消了減速器、液力偶合器、CST等中間傳動(dòng)設(shè)備,從而減少了所需設(shè)備的維護(hù)工作,維護(hù)難度大幅降低;同時(shí),由于系統(tǒng)各設(shè)備所需的維護(hù)間隔周期較長,很大程度上降低了維護(hù)成本。

        3 PVD系統(tǒng)控制原理

        控制邏輯流程如圖2所示。

        1) 系統(tǒng)正常啟車。正常啟車PVD控制箱由遠(yuǎn)程控制,由帶式輸送機(jī)主控系統(tǒng)向PVD控制箱發(fā)送啟車信號(hào),PVD控制箱首先檢查整個(gè)PVD系統(tǒng)是否正常,若有故障則報(bào)故障停車,并顯示故障點(diǎn)。若系統(tǒng)無故障,控制箱首先控制冷卻裝置水泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng),待水泵電動(dòng)機(jī)均有運(yùn)行返回,延時(shí)一定時(shí)間繼續(xù)啟動(dòng)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī),若無運(yùn)行返回則報(bào)故障停機(jī);啟動(dòng)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)后,待風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)均有運(yùn)行返回后,延時(shí)一定時(shí)間繼續(xù)啟動(dòng)變頻器,若無運(yùn)行返回則報(bào)故障停機(jī)。啟動(dòng)變頻器后,若變頻器無運(yùn)行返回則報(bào)故障停車,待系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間時(shí),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行判斷,是否達(dá)到預(yù)定的運(yùn)行參數(shù)。若未達(dá)到預(yù)定的運(yùn)行參數(shù)則報(bào)故障停機(jī)。

        2) PVD系統(tǒng)正常停車。正常停車PVD控制箱由遠(yuǎn)程控制,由帶式輸送機(jī)主控系統(tǒng)向PVD控制箱發(fā)送停車信號(hào),PVD控制箱首先向變頻器發(fā)送停啟動(dòng)變頻器信號(hào),待延時(shí)一段時(shí)間后向控制風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的開關(guān)送停止信號(hào),待延時(shí)一段時(shí)間后向控制水泵電動(dòng)機(jī)的開關(guān)發(fā)送停止信號(hào)。

        (a) 起車

        (b) 正常停車

        3) 非正常停車。故障停車和急停停車都屬于非正常停車,控制箱在接到非正常停車指令后,同時(shí)對(duì)變頻器、控制水泵電動(dòng)機(jī)的開關(guān)、控制風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的開關(guān)發(fā)送停車信號(hào)。

        4 系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析

        4.1 降本增效,實(shí)現(xiàn)礦井快速生產(chǎn)

        PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較,前期設(shè)備投入成本稍有提高。但由于PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的特性,相應(yīng)地在前期建設(shè)施工等方面節(jié)約了大量資金、人力與時(shí)間成本。

        永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)為直驅(qū)方式,省卻中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),就整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言,較傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積小??纱蟠蠼档拖锏佬拚膀?qū)動(dòng)硐室建設(shè)費(fèi)用。該項(xiàng)目共計(jì)使用5臺(tái)套永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,按一個(gè)硐室安裝一套驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算,本次5臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置共計(jì)可省卻5個(gè)硐室的建設(shè)費(fèi)用。從以往硐室建設(shè)成本來看,單個(gè)硐室造價(jià)約8萬元,5個(gè)硐室合計(jì)約50萬元。

        PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)僅電動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行土建基礎(chǔ)建設(shè),相較傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,土建基礎(chǔ)建設(shè)工作量降低,按每套驅(qū)動(dòng)裝置土建基礎(chǔ)造價(jià)節(jié)約5萬元計(jì),5套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共計(jì)降低成本約25萬元。

        永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)為直驅(qū)方式,驅(qū)動(dòng)裝置安裝工作量大為降低,整套驅(qū)動(dòng)裝置僅電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)滾筒需進(jìn)行同軸度安裝調(diào)整,其余設(shè)備無需精確安裝,從而節(jié)約大量施工時(shí)間,提高了帶式輸送機(jī)的安裝效率,實(shí)現(xiàn)設(shè)備快速投入生產(chǎn)應(yīng)用。

        4.2 節(jié)能環(huán)保,降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用

        國內(nèi)煤礦生產(chǎn)模式?jīng)Q定了在帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)階段選用的電動(dòng)機(jī)功率等均有較大幅度的富裕。在選用傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元時(shí),帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)總裝機(jī)功率約是實(shí)際運(yùn)行軸功率的1.3~1.4倍,這就決定了異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)絕大部分時(shí)間運(yùn)行在額定負(fù)載的60%左右,其負(fù)載越低,異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率越低。

        如圖3、4所示,按以往實(shí)際使用總結(jié),異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的整體效率大約在80%左右。由于永磁變頻電動(dòng)機(jī)在20%~120%負(fù)載情況下,效率均為94%左右。項(xiàng)目5臺(tái)永磁變頻電動(dòng)機(jī)功率總計(jì)為 3×560+2×250=2 180 kW。根據(jù)實(shí)測,節(jié)能效果約為15%~20%,按最低節(jié)能效果15%,每天總工作時(shí)間大于21 h,每年平均運(yùn)行時(shí)間為330 d計(jì),本次采用PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)每天可節(jié)約運(yùn)行成本6 867元,年節(jié)約成本226.611萬元。

        4.3 減少運(yùn)行維護(hù)工作量,降低運(yùn)行維護(hù)成本,提升礦井生產(chǎn)效率

        永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)為直驅(qū)方式,省卻了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),就整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言,較傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),減少了減速器(CST)、偶合器等,從而降低了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的工作量。按過往使用統(tǒng)計(jì),在采用“變頻器+變頻異步電動(dòng)機(jī)+減速器”、 “異步電動(dòng)機(jī)+CST”、“異步電動(dòng)機(jī)+偶合器+減速器”3種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)方式的情況下,設(shè)備本體維護(hù)、油液更換等都需大量的人工成本及材料成本。該項(xiàng)目采用PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)后約節(jié)約成本12萬元/a。

        圖4 負(fù)載率與功率因數(shù)關(guān)系

        4.4 提高帶式輸送機(jī)的檢修和使用效率

        采用PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)后,由于永磁變頻電動(dòng)機(jī)配合變頻器可長時(shí)間運(yùn)行在低帶速情況下,便于帶式輸送機(jī)驗(yàn)帶及檢修工作,提高了輸送帶的檢修和使用效率。

        5 結(jié)論

        總結(jié)運(yùn)輸大巷DTL120/180/2×250固定帶式輸送機(jī)與工作面DSJ120/150/3×560可伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況,PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)包含的三大核心技術(shù)(直驅(qū)技術(shù)、變頻技術(shù)、智能控制技術(shù))是較為成熟的,核心部件(永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)、PVD專用變頻器、智能控制裝置)性能與品質(zhì)也是可靠的。因此,該項(xiàng)目的新技術(shù)、新科技的應(yīng)用是成功的。

        PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的應(yīng)用,綜合提升了礦井科技含量,促進(jìn)了礦井科技進(jìn)步,不僅為礦井在節(jié)能環(huán)保方面的發(fā)展提供了技術(shù)支持,而且為礦井后續(xù)自動(dòng)化、智能化改造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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