變頻調速系統在尾礦輸送過程的應用

柯攀

（江西銅業集團銀山礦業有限責任公司，江西上饒334200）

變頻調速系統在尾礦輸送過程的應用

柯攀

（江西銅業集團銀山礦業有限責任公司，江西上饒334200）

尾礦輸送過程是整個煤礦工藝系統中的一個重要環節，因此輸送過程的變頻調速系統研究具有重大意義。首先簡單介紹了變頻器調速的工作原理，并對變頻調速系統控制原理進行分析；其次，對系統的硬件進行設計；最后，分析系統運行過程以及系統運行時的注意事項。研究結果表明，采用變頻器來控制尾礦輸送系統泵的運行，能夠達到根據實際情況自動調速的目的，這將在實際應用中具有很大實用價值。

PLC；變頻器；調速系統；尾礦輸送；應用

0　引言

目前，國內大多數尾礦輸送系統都是采用普通工頻運轉的電機，既不穩定又不經濟，更重要的是浪費了大量的能源。因此采用變頻器和可編程控制器PLC等現代控制設備和技術來實現穩定尾礦輸送能力，是選礦廠設備運用創新領域技術革新的一項有效措施［1-2］。本文在銀山選礦廠原有的尾礦輸送系統的基礎上，采用變頻調速系統來對其進行改造，實現了自動調速目的。這種變頻尾礦輸送系統以其有效的實用性和經濟性，徹底解決了以前傳統的尾礦輸送系統的缺陷，是一種具有很大實用價值的調速系統，為現有的尾礦輸送系統技術改造提供了切實可行的途徑。

1　變頻器調速技術

變頻調速技術的基本原理是通過改變電動機工作電源頻率達到控制電機轉速的目的。實現變頻調速的主要裝置是變頻器，它是在變頻調速技術原理的基礎上采用交-直-交電源變換技術、電力電子和微電腦控制等技術為一體的電氣裝置［3］。變頻器一般由整流器、濾波器、高容量電容、驅動電路、保護電路以及控制器等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值，通過改變調制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調速的控制要求［4］。在尾礦輸送的過程中，采用變頻調速系統來控制自動控制輸送過程，工作效率將大大提高。

2　變頻調速系統控制原理及工作過程

2.1變頻器調速系統控制原理

變頻調速尾礦輸送系統的工作原理是利用AB可編程控制器和變頻器作為控制核心，時刻跟隨尾礦泵池的液位與液位設定值之間偏差變化情況，然后利用DCS系統檢測實際液位值，再將實際液位值和設定值進行比較，按照DCS系統內部的PID規律進行運算后，自動控制尾礦電機的轉速；然后通過PLC輸出自動控制電機的轉速，實現閉環自動調速，在保持電機穩定運轉下，達到液位值與電機轉速同步變化的目的；同時利用“冗余”的原則，安裝一套同樣控制原理的尾礦輸送系統作為備用系統，實現該系統運行的連續與穩定［5-6］。

本文以江西銅業集團銀山礦業有限責任公司選礦廠的尾礦輸送項目為例進行研究，整個尾礦輸送系統主要由變頻電機調速系統和泵池液位自動控制系統構成。變頻調速系統具有以下特點。

（1）控制系統具有手動、自動兩種工作方式，手動用于設備調試、檢修及特殊情況下的運行。正常情況下，設備置于中控自動位，實現自動運行。當工作方式轉換開關處于自動時，可以根據設定液位值自動進行控制，保證電機自動調速；當工作方式轉換開關處于手動時，由人工在柜面上通過電位器調節各尾礦泵轉速。

（2）尾礦輸送泵正常情況下為一用一備，兩臺泵為一組，兩組互為備用，由中控室控制兩組之間的啟停。

（3）系統具有運行、報警、故障等信號，均為無源常開點。

2.2變頻調速系統工作過程

變頻調速恒壓控制系統由PLC、Flex755變頻器、變頻電機組、超聲波液位計等組成。系統采用兩臺變頻器分別拖動兩臺電動機的啟動、運行與調速，系統結構圖如圖1所示。根據現場生產的實際情況，一般只需要一套輸送系統變頻工作就能滿足生產需要，在尾礦量異常時期或特殊情況下需要兩套系統同時運行。

圖1　控制系統結構圖

自動控制系統的工作過程是泵1在變頻器的帶動下變頻運行，大約30 s之后，泵2變頻運行，當用泵池液位不斷上升至高限值時，泵1變頻器達到設定最大35 Hz，泵2變頻器將達到27 Hz；這時泵1、泵2默認達到滿頻運轉，而當尾礦量減小，泵池液位不斷下降，在PLC可編程控制器控制下，泵1、泵2的轉速將隨液位的下降不斷降低，直至穩定在一定的轉速范圍之內。

在對PLC進行軟件設計時，必須認真考慮液位與電機轉速的對應關系，才能保證系統實現正常的切換與長期穩定的運行。

3　系統硬件設計

3.1變頻器硬件設計

變頻器選用AB Flex755型變頻器產品，適配電機132 kW。該變頻器頻率的大小與超聲波液位計反饋來的一個液位信號（4～20 mA）實現PID調節功能模塊，變頻器根據實測液位和給定信號大小，調節輸出頻率，改變泵轉速，控制泵池保持在合理的液位值上。變頻器的故障輸出端分別進PLC可編程控制器和故障指示燈，PLC可編程控制器讓故障泵停止工作，切換到正常泵，同時讓故障指示燈亮，起到提醒操作人員的作用。變頻器面板上有故障復位按鍵，一般的故障用復位按鍵復位，可以重新啟動變頻器；變頻器的運行與停止端子接到PLC可編程控制器的輸出端；2臺變頻器的U、V、W輸出端分別接到2個泵上面，每臺變頻器可帶動1個泵，使得每個泵的頻率調節實現獨立調速。

3.2PLC控制系統設計

根據系統要求，系統數字量輸入點總有13個，數字量輸出點11個，PLC可編程控制器選用AB中的CPU 1769（L63）系列［7］。I/O地址分配見表1。

4　系統運行過程及注意事項

變頻調速系統采用DCS系統自動調節變頻器頻率與液位的對應變化關系，使用方便，工作可靠，系統輸送能力恒定，無沖擊，具有較好的控制效果。在實際運行中，可以根據生產實際需要，通過改變液位值給定，進行任意設定，在尾礦量變化的過程中，液位波動允許的范圍內，一旦液位上升或下降過程結束，速度立即穩定到設定值，這個過程前后不到30 s時間，很好地滿足了生產的要求，系統的運行過程圖如圖2所示。但是在運行的過程中考慮到實際情況，需要注意的事項如下。

圖2　系統運行過程

表1　I/O地址分配

（1）遠程與就地電機運行與調速

設置就地運行是為了確保在遠程調速出現故障時，泵由遠程控制轉為現場控制的過程中，現場能夠及時地將系統運行起來。同時為了電機轉速能夠及時合理地變化，將調速電位器也設置為遠控與就地控制，這樣方便現場操作人員能夠及時調整電機的轉速，避免泵空轉而對渣漿泵本體產生的沖擊，此時要合理設置電機速度，太小很容易造成尾礦外排，根據經驗，一般前后電機設置頻率大致相差10 Hz左右（如1#泵35 Hz、2#泵25 Hz）左右，最好根據實際情況來調整。

（2）上下限頻率持續時間TH和TL

變頻器運行的頻率隨泵池液位升高而升高，本系統以變頻器運行的頻率是否達到上限（下限）、并保持一定的時間為依據來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）。如果設定值過大，系統就不能迅速對泵池液位的變化做出反應；如果設定值過小，泵池液位的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作。兩種情況下都會影響尾礦輸送的質量。

5　結論

變頻調速系統采用變頻器調節尾礦泵轉速，使系統實現了高效節能，節能效率可達40%左右，同時由于采用變頻器對電機實行軟起動，減少了設備損耗，延長了渣漿泵、電機設備的使用壽命。運行結果表明，采用PLC和變頻器為核心部件構成的變頻尾礦輸送系統，有著很強的實用性，具有調速穩定、結構簡單、工作可靠等特點，為尾礦輸送領域的技術革新，開辟了切實有效的途徑。

［1］明曉虎，朱明方.渣漿泵變頻調速在尾礦輸送系統控制與應用［J］.機械與自動化，2014（05）：129.

［2］田金鵬.變頻器在四方金礦選廠尾礦輸送系統中的應用［J］.金屬礦山，2008（11）：473-474.

［3］夏志華，曹麗蘋.變頻調速技術在煤礦輸送機中的應用［J］.煤礦機械，2013（34）：235-236.

［4］孫傳森.變頻器技術［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［5］郭克敏.變頻調速技術在氧化鋁輸送系統中的應用［J］.有色冶金節能，2005（22）：1-2.

［6］吳雋.低壓變頻調速系統在礦用帶式輸送機上的應用［J］.能源技術與管理，2011（04）：151-153.

［7］隋振有.電氣控制與PLC應用快速入門［M］.北京：中國電力出版社，2012.

Application of Variable Frequency Adjustable Speed System in Tailing Transportation Process

KE Pan
（Yinshan Minning Co.，Ltd.，Jiangxi Copper Corporation，Shangrao334200，China）

Tailing conveying process is an important part in the coal mining process system，so the study of variable frequency adjustable speed system of conveying process is of great significance.First，this paper introduces the working principle of speed control on the frequency converter，and analyzes the controlling principle of variable frequency speed adjustable system.Second，designs the hardware on the system.Finally，analyzes system operation process and the attention points during the system operation.The results show that the frequency converter to control pump operation of tailing conveying system，it can achieves the goal of automatic speed adjustment according to the actual condition，this would have a great practical value in practical application.

PLC；frequency converter；speed control system；tailing conveying；application

TD634

A文獻標識碼：1009-9492（2015）12-0120-03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.034

柯攀，男，1987年生，江西上饒人，大學本科，工程師。研究領域：電氣、儀表自動化控制系統。

（編輯：向飛）

2015-10-19