李玉寧

（山西晉神能源有限公司安監(jiān)部， 山西 河曲 036500）

引言

帶式輸送機(jī)作為連續(xù)運(yùn)料機(jī)械，具有運(yùn)量大、可連續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)距長、適合各種坡度等優(yōu)點(diǎn)，目前，絕大多數(shù)高產(chǎn)高效礦井都利用帶式輸送機(jī)作為主要的運(yùn)輸裝備[1-2]。帶式輸送機(jī)由兩個(gè)端點(diǎn)滾筒和緊套在其上的閉合輸送帶組成。傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率是恒定的，所以往往會(huì)超過實(shí)際需要，增加電力消耗，且在啟動(dòng)和停止時(shí)，強(qiáng)大的沖擊力也容易造成皮帶的損壞，山西晉神沙坪煤業(yè)曾采用液力耦合裝置[3-4]進(jìn)行軟啟動(dòng)，但其功耗往往較大，為了解決這一問題，引入變頻調(diào)速技術(shù)對其進(jìn)行改進(jìn)。

1 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)原理

變頻調(diào)速技術(shù)原理是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入工頻成正比：

式中：n為轉(zhuǎn)速，r/s；f為輸入頻率，Hz；s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，%、p為電機(jī)磁極對數(shù)，個(gè)。

通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)輸入工作電源頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻器可以按照荷載對帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行控制，提高運(yùn)輸系統(tǒng)的適用性和工作效率[5]。

帶式輸送機(jī)的變頻系統(tǒng)包括變頻器、控制設(shè)備、傳感器、電源控制模塊等部分。傳感器安裝在帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)處，用于采集設(shè)備工作狀態(tài)，由控制設(shè)備對其信號加以處理，再發(fā)出控制指令使設(shè)備做出反應(yīng)，各部件共同協(xié)作完成自動(dòng)控制任務(wù)。控制設(shè)備和電源控制模塊是自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制元件。操作人員可以按照人機(jī)界面顯示的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，在控制按鍵上進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的精確操控。

帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的核心是變頻器。在變頻調(diào)速過程中，首先利用變頻器內(nèi)的整流電路將輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后再通過直流中間電路對直流電進(jìn)行控制后，經(jīng)過逆變電路改變頻率轉(zhuǎn)換為可調(diào)交流電，基于這種“交-直-交”變頻變壓轉(zhuǎn)換原理，調(diào)節(jié)輸送機(jī)輸入電能，將可調(diào)交流電送入帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)中，完成頻率控制，變頻器原理如圖1所示。

圖1 變頻器原理圖

在變頻過程中，控制電路通過邏輯器件對傳感器所采集數(shù)據(jù)（模擬信號）進(jìn)行預(yù)處理，然后傳送至單片機(jī)進(jìn)行分析，并對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷，同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)情況預(yù)測帶式輸送機(jī)有可能存在或出現(xiàn)的隱患。如果檢測到輸送機(jī)沒有負(fù)載，則控制電路控制運(yùn)輸機(jī)減速并停止運(yùn)行；當(dāng)檢測到皮帶開始運(yùn)輸物料后，運(yùn)速提升，并根據(jù)實(shí)際負(fù)載大小提供最佳運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而達(dá)到提升運(yùn)載效率、減少設(shè)備損耗和降低功耗的目標(biāo)。當(dāng)運(yùn)輸機(jī)發(fā)生特殊狀態(tài)，控制系統(tǒng)無法解決時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號并停止輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并將信息以可視的形式發(fā)送給操作人員，以便對運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行檢修。

2 帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)速控制的分析

通過“交-直-交”變頻系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，帶式輸送機(jī)變頻器可以根據(jù)檢測到的荷載大小調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，當(dāng)輸送帶荷載較小情況下，放慢輸送帶運(yùn)行速度，而當(dāng)輸送帶荷載較大時(shí)，加快輸送帶的運(yùn)行速度。通過這種以負(fù)載為導(dǎo)向的速度調(diào)節(jié)方式，可以有效提高煤炭的運(yùn)輸效率，并減小輸送帶的磨損。輸送帶變頻調(diào)速控制圖見下頁圖2，Y和N分別表示滿足和不滿足條件情況。在帶式輸送機(jī)通過變頻系統(tǒng)改裝后，按照煤炭開采量進(jìn)行實(shí)時(shí)速度調(diào)節(jié)和隱患報(bào)警。

圖2 輸送帶變頻調(diào)速控制圖

3 應(yīng)用情況

沙坪煤業(yè)18204工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)利用2臺功率為1 600 kW的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)，2臺電機(jī)均安裝在皮帶機(jī)頭位置。在改造之前，輸送機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)輸送帶磨損情況，投入成本較高。該礦井帶式輸送機(jī)參數(shù)如表1所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)如表2所示。

表1 帶式輸送機(jī)參數(shù)

表2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)

為了解決皮帶磨損問題，對帶式輸送機(jī)進(jìn)行了高壓變頻器改造，利用兩級控制模式，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)實(shí)時(shí)變頻調(diào)速。

兩級控制結(jié)構(gòu)見圖3。其中1臺電機(jī)起主控制作用，而另1臺受變頻器控制，2臺電機(jī)始終保持同步運(yùn)轉(zhuǎn)。為了確保對2臺電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，利用速度傳感器對電機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，將轉(zhuǎn)速誤差控制在0.8%以內(nèi)。采用兩級控制系統(tǒng)既可以對遠(yuǎn)程控制命令進(jìn)行收集，也能順利執(zhí)行自身指令。通過加裝變頻器后，大大提高了運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化水平，同時(shí)還減少了能源消耗。在3個(gè)月的試用期間內(nèi)，輸送帶維護(hù)量明顯減少，磨損程度顯著下降。

沙坪煤業(yè)18204工作面帶式輸送機(jī)沒有進(jìn)行變頻調(diào)速改造之前日耗電約29 000 kW·h，對其進(jìn)行變頻調(diào)速改裝之后，日耗電量降至約20 000 kW·h，約節(jié)省功耗31%左右。按照0.67元/（kW·h）的電價(jià)進(jìn)行計(jì)算，該輸送機(jī)可節(jié)約電費(fèi)6 030元/d，年節(jié)約資金220萬元。輸送機(jī)通過變頻系統(tǒng)控制后，在啟動(dòng)和運(yùn)行的過程中更加平穩(wěn)，輸送帶磨損顯著下降，提高了輸送帶的使用壽命，較少了維護(hù)費(fèi)用。

圖3 兩級控制結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)是礦井最重要的運(yùn)輸設(shè)備之一，對礦井高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有重要意義。通過對沙坪煤業(yè)18204工作面皮帶輸送機(jī)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析，對帶式輸送機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速系統(tǒng)改造。利用兩級控制模式對2臺電動(dòng)機(jī)進(jìn)行“交-直-交”變頻改造后，輸送機(jī)可以根據(jù)實(shí)際荷載對運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隱患報(bào)警。實(shí)踐證明，變頻調(diào)速系統(tǒng)的使用提高了礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)運(yùn)行的精確控制，同時(shí)節(jié)省了電能消耗并較少皮帶磨損，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。