礦用皮帶機(jī)變頻電控系統(tǒng)在新查莊煤礦的應(yīng)用

摘要：隨著現(xiàn)代國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟和提高，變頻器在我國(guó)礦山機(jī)電設(shè)備中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。我礦的上倉(cāng)強(qiáng)力皮帶輸送機(jī)原采用工頻拖動(dòng)，液力偶合器傳動(dòng)，存在傳動(dòng)效率低、啟動(dòng)電流沖擊及機(jī)械沖擊大等問(wèn)題，造成了系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；皮帶和液力偶合器磨損嚴(yán)重，維修及維護(hù)成本高；由于是多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，很難做到多電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡。因此對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)采用變頻控制，能有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；控制系統(tǒng)本身良好的控制性能和完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，能有效避免事故的發(fā)生和延長(zhǎng)皮帶機(jī)的使用壽命。本文簡(jiǎn)要介紹了新查莊煤礦上倉(cāng)強(qiáng)力皮帶輸送機(jī)的變頻控制改造及使用情況。

關(guān)鍵詞：變頻器 皮帶輸送機(jī) 軟啟動(dòng) 節(jié)能

0 引言

新查莊公司上倉(cāng)強(qiáng)力皮帶擔(dān)負(fù)著全礦的煤炭運(yùn)輸任務(wù)，運(yùn)輸量大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，該皮帶機(jī)的安全運(yùn)行直接影響礦井生產(chǎn)任務(wù)能否順利完成。該皮帶機(jī)原傳動(dòng)方式為液力偶合器配合行星減速機(jī)使用，啟動(dòng)電流大，啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械部分磨損嚴(yán)重甚至損壞，且皮帶加載時(shí)間短，容易引起皮帶張力變化，影響皮帶壽命，由于是多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，很難做到多電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡[1]。2008年我礦對(duì)該皮帶進(jìn)行了技術(shù)改造。改用變頻控制。通過(guò)近兩年的運(yùn)行使用，運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原控制方式及使用情況

該皮帶機(jī)為DX3型，帶寬B=1000mm，帶速V＝2.5ｍ/ｓ；設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力:700t/h；配用電機(jī)型號(hào)YB355M2-4，功率：3×250KW，電壓660V；巷道傾角0～7°；輸送帶長(zhǎng)度890ｍ。通過(guò)液力偶合器偶合減速機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)主副滾筒，然后通過(guò)滾筒與皮帶間的摩擦力來(lái)帶動(dòng)皮帶運(yùn)行。初期投入雖然不高，但維護(hù)費(fèi)用較大。另外因設(shè)備處于回風(fēng)巷內(nèi)，液力偶合器維護(hù)不好常常漏油，存在很大的安全隱患。

2 改造方案

將原控制方式改為變頻電控方式，采用3臺(tái)高性能矢量控制型變頻器控制3臺(tái)電動(dòng)機(jī)，構(gòu)成主從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)各類(lèi)傳感器采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，配合控制系統(tǒng)完成所有的工藝控制和保護(hù)功能。

2.1 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)由主控臺(tái)、變頻柜、電源柜和制動(dòng)柜組成，安放于控制室內(nèi)。該主控臺(tái)采用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的可編程控制器，配以多種檢測(cè)、控制組件完成輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)有的設(shè)備閉鎖控制、速度閉環(huán)控制、各種安全保護(hù)和工作狀態(tài)顯示。司機(jī)可操作控制臺(tái)上的操作按鈕來(lái)控制皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行，并通過(guò)指示燈、人機(jī)界面了解輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)操作面板和觸摸屏的操作，可對(duì)控制方式和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，監(jiān)視輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置[2]。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

2.2.1 本電控裝置可以任意設(shè)定皮帶的起動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行速度，在很大程度上避免了直接起動(dòng)給設(shè)備帶來(lái)的機(jī)械沖擊。

2.2.2 任意的速度調(diào)節(jié)給檢修、更換皮帶等帶來(lái)了很大的方便，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的煤量情況可以降頻使用，節(jié)能效果非常明顯。

2.2.3 主控臺(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)輸送機(jī)的速度，控制輸送機(jī)在零速時(shí)制動(dòng)器動(dòng)作，自動(dòng)抱閘，避免了輸送機(jī)的溜車(chē)和變頻器、電機(jī)過(guò)流。

2.2.4 采用變頻器完成電機(jī)的啟動(dòng)調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)和調(diào)速要求外，在長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行（如驗(yàn)繩、驗(yàn)帶）狀態(tài)下，具有明顯的節(jié)能效果。

2.2.5 系統(tǒng)具備全面的故障監(jiān)測(cè)、可靠的故障報(bào)警保護(hù)功能。具有過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、短路、接地、過(guò)熱等多種保護(hù)功能。

2.2.6 具備低速驗(yàn)帶功能。驗(yàn)帶速度為0.2米/秒～VE額定速度可調(diào)[3]。

3 改造后的運(yùn)行情況

3.1 真正實(shí)現(xiàn)了皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)

運(yùn)用變頻器對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能，將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一，通過(guò)電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害[4]。

3.2 實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡

應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制，實(shí)現(xiàn)功率平衡。

3.3 降低設(shè)備的維護(hù)量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長(zhǎng)，大大降低設(shè)備維護(hù)量。相應(yīng)的降低了維修費(fèi)用。

3.4 方便皮帶檢修

采用變頻調(diào)速后，可將皮帶機(jī)運(yùn)行速度降到很慢，解決了以前由于皮帶機(jī)運(yùn)行速度過(guò)快而難于檢修皮帶的問(wèn)題，提高了皮帶的檢修效率。

3.5 節(jié)約能源

采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過(guò)程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無(wú)功功率。采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力偶合器這個(gè)環(huán)節(jié)。因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞效率可提高5%～10%。在變頻運(yùn)行中，在運(yùn)煤量不大的下或空載的情況下，可將皮帶機(jī)的運(yùn)行速度降低，也可節(jié)約一部分電量。

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1 節(jié)約電能

皮帶機(jī)電機(jī)功率為3×250kW，平均每天運(yùn)行12h左右.原設(shè)計(jì)采用直接起動(dòng)，起動(dòng)后電機(jī)全速運(yùn)行，而井下煤倉(cāng)下煤量達(dá)不到皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力，故皮帶上煤量不足，這樣很不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)電能。使用變頻器對(duì)拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速后，皮帶運(yùn)輸機(jī)按實(shí)際需要功率出力，把變頻器輸出頻率設(shè)為39Hz～40Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速比工頻速度適當(dāng)降低，就可以使皮帶運(yùn)行速度與井下煤倉(cāng)下煤量相匹配，同時(shí)降低了運(yùn)行電壓和電流，減小電能消耗。據(jù)礦井統(tǒng)計(jì)，變頻調(diào)速運(yùn)行比直接工頻運(yùn)行可節(jié)約電能10％～15％。

4.2 節(jié)省維修費(fèi)用

原設(shè)計(jì)采用電機(jī)直接起動(dòng)，不能調(diào)速，起動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備沖擊較大，加劇了機(jī)械設(shè)備的磨損，縮短了設(shè)備使用壽命，同時(shí)也縮短了設(shè)備維修周期，增加了停產(chǎn)檢修次數(shù)。直接起動(dòng)也造成控制設(shè)備如真空接觸器、開(kāi)關(guān)等的頻繁更換，這都增加了維修費(fèi)用，停產(chǎn)檢修也造成煤炭產(chǎn)量的損失。而采用變頻器后，可以實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備基本無(wú)沖擊，大大延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。自2008年10月投運(yùn)至今近兩年，一直穩(wěn)定運(yùn)行，除正常清潔維護(hù)外，沒(méi)有發(fā)生停產(chǎn)檢修故障，這無(wú)疑節(jié)約了維修成本又保證生產(chǎn)不受損失。

4.3 有效減少人力資源、降低了設(shè)備的維護(hù)量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長(zhǎng)，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時(shí)，利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)械基本無(wú)沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的檢修量。除正常清潔維護(hù)，沒(méi)有大量的維修工作，故不必配備許多設(shè)備維修人員。變頻器操作簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，每班只需1人值班操作即可，節(jié)約了人力資源，相應(yīng)也提高了生產(chǎn)效率[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

防爆變頻調(diào)速裝置投入運(yùn)行后，我礦整個(gè)上倉(cāng)強(qiáng)力輸送機(jī)系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的事故明顯下降，既延長(zhǎng)了整個(gè)膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)的使用壽命，同時(shí)又保證了正常生產(chǎn)和生產(chǎn)安全，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。

參考文獻(xiàn):

[1]郭永存.頭部雙滾筒分別驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)電機(jī)功率配比的研究[J].煤礦機(jī)械.1995年03期.

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[3]吳耀偉.皮帶機(jī)軟啟動(dòng)裝置PLC控制方法[J].《科技資訊》.2011年04期.

[4]魏蕾.基于PLC及變頻調(diào)速器的多電機(jī)控制研究[D].大連交通大學(xué).2010年.

[5]李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社.2004.