劉建濤

摘要：隨著我國皮帶輸送機技術(shù)與國外設(shè)備的接軌，對皮帶機的啟動方式越來越嚴(yán)格，皮帶輸送機軟啟動技術(shù)及設(shè)備的研究和應(yīng)用取得了快速進展。采用合理的皮帶機啟動方案能延長皮帶機的使用壽命，同時還能夠提高輸送機的運行效率，在皮帶機的軟啟動方案中，采用CST和變頻器作為軟啟動的設(shè)計方案比較多?；诖?，本文主要對變頻技術(shù)在皮帶機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用進行分析探討。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);皮帶機;調(diào)速系統(tǒng);

1、前言

礦用皮帶運輸機工作開展過程中，其工作效率和工作質(zhì)量受到多方面因素的影響，進而影響煤炭運輸?shù)雀黜椆ぷ骱侠黹_展。利用變頻器可以提高對皮帶輸送速度等的控制能力，減少因耦合器軟啟動產(chǎn)生的污染等，對推動礦井工作更好的開展具有重要意義。

2、變頻技術(shù)在礦用皮帶運輸機中的應(yīng)用

2.1變頻技術(shù)在礦用皮帶運輸機中應(yīng)用的意義

不同地區(qū)的環(huán)境不同，煤炭開采方式也會存在差異，這在一定程度上增加了礦井工作的不確定性。因為工作開展過程中存在大量變化性內(nèi)容，要求對煤炭開采設(shè)備和運輸設(shè)備等及時開展對應(yīng)的調(diào)整，這樣各項工作才能按照正常計劃進行。但傳統(tǒng)礦用皮帶運輸機功率相對比較大，同時直流供電的方式將會產(chǎn)生大量能源消耗，導(dǎo)致機器在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)故障的頻率提高。這在一定程度上影響了后續(xù)各項工作的合理開展，同時還會支出大量的維護成本，影響煤礦企業(yè)效益。在礦用皮帶輸送機上應(yīng)用變頻技術(shù)，可以通過電動機等完成功率和運轉(zhuǎn)速度的調(diào)整，其工作的有效性明顯提高，對推動后續(xù)各項工作以合理方式開展等具有重要意義。

2.2礦用皮帶變頻系統(tǒng)簡介

礦用皮帶變頻系統(tǒng)主要是在應(yīng)用高性能矢量控制器的變頻器作用下開展主電機驅(qū)動等各項工作。同時，傳感器會自動收集與電動機運行和皮帶運輸機工作要求等相關(guān)的信息，在控制系統(tǒng)的集中調(diào)控指揮下，相關(guān)運輸設(shè)備等可及時做出反應(yīng)，完成皮帶運輸機的工作保護和工藝控制等多項功能。主控臺、電源柜和變頻臺是礦用皮帶運輸系統(tǒng)工作開展過程中的主要構(gòu)成部件，在操作人員的控制下，可及時通過控制按鈕來完成對礦用皮帶輸送機的各項操作，同時相關(guān)運行參數(shù)等還會通過人機界面和指示燈等顯示出來，對提高操作人員的操作準(zhǔn)確性也具有一定意義。

2.3礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作原理

在礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作開展過程中，主要在大規(guī)模的CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）與單片機之間的互補作用下開展各項工作。在系統(tǒng)工作開展過程中，在兩類器件綜合使用的電路上，可利用CPLD完成對工作信號和工作數(shù)據(jù)的采集，同時該類設(shè)備還會對收集到的信號進行初步處理，在此基礎(chǔ)上，單片機會對各類數(shù)據(jù)進行深層次分析，繼而對其運行情況和可能出現(xiàn)的問題等進行判斷，方便工作人員及時處理相關(guān)問題。該方式的工作效率相對較高，對傳感器的綜合使用可滿足皮帶運輸機在不同工作階段的工作要求。當(dāng)皮帶運輸機處于無工作狀態(tài)時，可自動放慢其輸送速度，而當(dāng)有運煤任務(wù)時，皮帶運輸機則會主動完成堆煤工作，其運輸速度也會明顯加快，可實現(xiàn)提高工作效率和降低工作能耗的目標(biāo)。同時，在多類設(shè)備的綜合作用下，利用變頻技術(shù)可以實現(xiàn)對礦用皮帶運輸機功能的深度開發(fā)，繼而在皮帶運輸機出現(xiàn)其他問題時，可及時通過警報等將問題報告給相關(guān)工作人員，保障皮帶運輸機各項工作合理開展。礦用皮帶運輸機還可以完成自動灑水等工作要求，可降低其運輸路線上的粉塵量，對凈化礦井空氣等具有重要意義。

2.4礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作特征

礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作開展過程中，可以在相關(guān)設(shè)備的作用下完成對皮帶機沿線的工作保護和溫度保護等各項工作，同時其張緊裝置和變頻啟動系統(tǒng)等可以在系統(tǒng)的集中組織下開展各項控制工作，提高不同工作部位的整體有效性，對保障系統(tǒng)安全運行、提高系統(tǒng)整體運行可靠性等具有重要意義。在該系統(tǒng)的作用下，控制平臺可實時開展對皮帶運輸機實時運行狀況的監(jiān)控，能以更為合理的方式進行其成本控制工作，同時，利用相關(guān)技術(shù)還可以完成系統(tǒng)內(nèi)的信息共享等建設(shè)要求。皮帶運輸機的運行信息等能以高效的方式傳遞到不同的設(shè)備，對推動各項維護工作及時開展具有重要意義。在當(dāng)前控制系統(tǒng)建設(shè)工作開展過程中，系統(tǒng)的漢化界面可以滿足對信息的多樣化顯示等要求，有利于操作人員和管理人員合理開展故障分析工作，對提高其整體工作效率等具有重要意義。

3、變頻調(diào)速方案的確定

皮帶運輸機采用多臺電機驅(qū)動時應(yīng)注意電機之間的協(xié)調(diào)控制。由于各電機的動力輸出是由皮帶耦合實現(xiàn)的，根據(jù)電機學(xué)原理，若電機存在滑差，變頻器的輸出頻率就會出現(xiàn)偏差，從而引起輸出轉(zhuǎn)矩不平衡，甚至出現(xiàn)故障。因此要采取措施平衡各電機的轉(zhuǎn)矩。

現(xiàn)場應(yīng)用中，目前主要有以下3種驅(qū)動方案：

（1）一拖多并聯(lián)運行方案。該方案的適用于電機（單機）功率小、電機數(shù)量少于3臺、成本要求低的變頻調(diào)速系統(tǒng)。

（2）主-從控制方案。該方案的適用于要求各電機轉(zhuǎn)矩均衡輸出、電機數(shù)量少于3臺、各電機間間距小的簡單變頻調(diào)速系統(tǒng)。

（3）統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案。該方案適用于電機數(shù)量超過3臺、電機間間距較大的復(fù)雜變頻調(diào)速系統(tǒng)。

結(jié)合該煤礦現(xiàn)場實際及各方案適用條件，為有效控制負(fù)載平衡，該皮帶運輸機確定采用主-從控制方案作為高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。其中一臺變頻器為主控，確定輸出轉(zhuǎn)矩，另一臺變頻器由主控變頻器控制，與其同步運行。變頻調(diào)速系統(tǒng)只控制電機轉(zhuǎn)矩，不控制從控電機的轉(zhuǎn)速。主-從控制結(jié)構(gòu)負(fù)載平衡控制示意見圖1。

圖1表明，1#電機轉(zhuǎn)速由主控高壓變頻器控制，兩臺電機的輸出轉(zhuǎn)矩由主控高壓變頻器輸出。2#電機的輸出轉(zhuǎn)矩是由從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制的。為保證電機的轉(zhuǎn)速精度，將其控制在0.5%以內(nèi)，變頻器一般采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)。若精度要求更高，如控制在0.1%以內(nèi)，則應(yīng)采用速度傳感器。

主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有兩種功能：①外部信號連鎖控制功能;②報警邏輯信號輸出功能。主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不僅能接收來自本地或遠(yuǎn)程的指令，還可接收從控系統(tǒng)發(fā)送的指令。同時，從控系統(tǒng)也具有類似主控系統(tǒng)的接收指令程序。主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在該煤礦井下皮帶運輸機的現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場工況對皮帶運輸機進行有效調(diào)節(jié)，減少了電能消耗，降低了生產(chǎn)成本，初步實現(xiàn)了自動化運行。該系統(tǒng)的應(yīng)用實施使維護工作量大大降低，帶來了可觀的經(jīng)濟效益，目前尚未出現(xiàn)安全問題。

4、結(jié)論

某煤礦井下皮帶運輸機采用變頻技術(shù)代替原軟啟動對驅(qū)動電機進行控制并結(jié)合該礦實際和變頻調(diào)速方案的比選，最終選擇主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于井下皮帶運輸機，解決了多個驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩不平衡的問題，同時實現(xiàn)皮帶運行速度隨負(fù)載煤炭量的變化而實時變化，降低了電能消耗和維修工作量，有利于延長皮帶的使用壽命，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，為同類皮帶運輸機的技術(shù)改造提供了經(jīng)驗參考。

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