變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機中的應(yīng)用

黨 霞

(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000)

膠帶輸送機是煤礦的重要機械設(shè)備，主要負(fù)責(zé)將井下開采的煤炭運輸?shù)降孛妗榱吮ＷC生產(chǎn)效率，膠帶輸送機經(jīng)常處于超負(fù)荷運行狀態(tài)，其運行效率和能源消耗會直接影響到煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。隨著我國煤礦開采難度的增加，膠帶輸送機的運輸距離以及承載的負(fù)荷不斷增加，由此對膠帶輸送機的性能有了更高的要求。在煤礦進行煤炭開采運輸時，不同的時間段輸煤量會存在一定的差異性。而目前所使用的膠帶輸送機采用的是恒速運轉(zhuǎn)，這樣就會出現(xiàn)低載高速或者空載高速的運行狀態(tài)，進而導(dǎo)致膠帶輸送機工作效率低下，電能消耗大的現(xiàn)象。節(jié)能降耗是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，所以應(yīng)該對煤礦膠帶輸送機的運行狀態(tài)進行改進。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于膠帶輸送機中，通過對電源頻率的改變，來調(diào)節(jié)電動機在各個階段的運轉(zhuǎn)速度，從而改善膠帶輸送機空載高速或者低載高速的運行狀態(tài)，有效控制電能消耗，提高輸送機運行效率。

1 煤礦膠帶輸送機運行現(xiàn)狀

在煤礦井下作業(yè)中，隨著距離的延長，對膠帶輸送機的承載性能有了更高的要求，在長距離運輸?shù)倪^程中，需要輸送機具有較強的動力支持，所以一般都會配置較大功率的電機，以確保在重載啟動和高負(fù)荷運輸時能夠帶動皮帶運轉(zhuǎn)。膠帶輸送機在啟動的瞬間會產(chǎn)生較大的沖擊電流，一般會達到額定電流的5～7倍，不僅會造成電能的浪費，同時還可能存在燒毀電機的風(fēng)險。而在電機啟動時會產(chǎn)生較大的啟動力矩，無疑會加劇活動部件的磨損和老化，縮短設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備的作業(yè)精度。比如對膠帶的張力增加，就可能出現(xiàn)膠帶打滑或者斷帶的現(xiàn)象，不僅影響到輸送機運行效率，還縮短了膠帶的使用壽命。如果是在負(fù)載狀態(tài)下啟動電機，對機械設(shè)備造成的損傷會更大。在部分煤礦中，為了解決膠帶輸送機啟動需求功率大的問題，使用多電機驅(qū)動模式，但是多電機驅(qū)動難免出現(xiàn)功率不平衡的現(xiàn)象，還是無法從根本上解決問題。

因為輸送機的頻繁啟動會造成能源浪費，并且對電機和輸送機都存在一定的安全風(fēng)險，所以輸送機會一直保持運行狀態(tài)。但是受到井下作業(yè)的限制，無法保證輸送機始終處于均勻負(fù)荷狀態(tài)，所以就會出現(xiàn)輸送機有時超荷載，而有時又空載，由此會導(dǎo)致膠帶始終處于不均勻拉伸狀態(tài)，并且在空載狀態(tài)下也會維持同等轉(zhuǎn)速，造成能源的浪費。在這種背景下，急需對膠帶輸送機的運行狀態(tài)進行技術(shù)優(yōu)化，提高運行效能，降低能源浪費。

2 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于膠帶輸送機的意義

針對煤礦膠帶輸送機運行中存在的問題，可以使用變頻調(diào)速技術(shù)來解決。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過改變電源的頻率來調(diào)節(jié)電機在各個階段的運轉(zhuǎn)速度。這一原理非常適用于煤礦膠帶輸送機中，可根據(jù)膠帶輸送機的荷載狀態(tài)調(diào)整運行速度，避免出現(xiàn)空載高速或者低載高速的現(xiàn)象，既能夠延長膠帶輸送機的使用壽命，又能夠提高運行效率。變頻調(diào)速技術(shù)還可應(yīng)用于膠帶輸送機的啟動中，無論是重載啟動還是軟啟動，都能夠進行相應(yīng)的控制和調(diào)整，既能夠減少因為皮帶沖擊造成的機械損傷，又能夠降低電能損耗，實現(xiàn)煤礦輸送機的綠色調(diào)控，達到節(jié)能降耗的生產(chǎn)目的。在輸送機運行的過程中，可以根據(jù)輸送機的荷載狀態(tài)調(diào)整運行速度，在輸送機處于空載或者低載狀態(tài)時，降低膠帶輸送機的運行速度，可減少機械磨損與托輥磨損。由于膠帶輸送機中設(shè)有張緊皮帶系統(tǒng)，利用變頻調(diào)速技術(shù)，還能夠減緩對皮帶造成的磨損，延長皮帶的使用壽命。在多電機驅(qū)動的情況下，變頻調(diào)速技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多電機驅(qū)動功率的平衡，對電機運行狀態(tài)進行精準(zhǔn)控制，從而實現(xiàn)膠帶輸送機的節(jié)能優(yōu)化控制。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機中的應(yīng)用

3.1 變頻調(diào)速設(shè)計思路

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煤礦膠帶輸送機中，主要目的就是實現(xiàn)對膠帶輸送機運行速度的實時控制。這一目的的實現(xiàn)需要通過信號檢測、數(shù)據(jù)處理分析、電機速度控制等各項技術(shù)參數(shù)的控制，才能夠達到節(jié)能運行的目的。在膠帶輸送機系統(tǒng)中，通常是由多級膠帶機組成，所以在變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)計中，可以將DSP設(shè)置為控制中心，對電機電流信號進行采集，再結(jié)合負(fù)載及轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)據(jù)，最終控制電機能夠根據(jù)實際需求處于最佳轉(zhuǎn)速運行。

3.2 DSP控制器設(shè)計

因為變頻調(diào)速技術(shù)是要對膠帶輸送機的運行速度進行實時控制，所以對系統(tǒng)的運算速度有較高的要求，在獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息后，要及時準(zhǔn)確計算出轉(zhuǎn)速以及需求調(diào)整的轉(zhuǎn)速，然后向變頻器發(fā)送指令。傳統(tǒng)的單片機和PLC無法滿足實時控制的需求，而DSP控制器可滿足此項需求。在選擇DSP控制器的型號時，要重點考慮主頻、芯片、CPU等方面的性能參數(shù)，確保DSP有極強的數(shù)據(jù)處理能力和實時控制性能。DSP控制器將會接收到傳感器收集到的各項數(shù)據(jù)信息，然后經(jīng)過處理分析得出電機運行的最優(yōu)速度，再將控制指令發(fā)送給變頻器，以此來對電機的工作電壓和頻率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對膠帶輸送機運行速度的控制。

3.3 變頻器設(shè)計

變頻器在接收到DSP控制器的指令后，就需要按照指令要求對電機的轉(zhuǎn)速和電壓進行控制。一般情況下，變頻器需要安裝在膠帶輸送機的電機位置，運行環(huán)境相對較為惡劣，所以對變頻器的型號選擇有一定的要求，一般會選擇礦用防爆安全型交流變頻器，確保其在惡劣的環(huán)境下能夠安全穩(wěn)定運行。在變頻系統(tǒng)的內(nèi)部，變頻器會設(shè)計為交流-直流-交流的調(diào)速模式，整流裝置可將交流的工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫矗瑸殡姍C提供所需電能。在膠帶輸送機運行過程中，可以根據(jù)工業(yè)電價和煤倉儲量來實時調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。在電價較高的情況下，DSP控制器經(jīng)過最優(yōu)速度計算向變頻器發(fā)出調(diào)節(jié)信號，降低輸送機的運行速度，減少煤炭的輸送量，在電價較低時，則反之。

3.4 膠帶秤和煤倉料位計

膠帶輸送機在運行過程中，需要對運載載荷實時監(jiān)測，防止超過載荷而加重輸送機的運行負(fù)擔(dān)，也可控制因為載荷過小而影響輸送效率。因為膠帶秤的運行環(huán)境較為復(fù)雜，所以對其可靠性有較高要求，一般會選擇防爆型荷載稱。煤倉料位計主要是對煤倉的儲煤量進行監(jiān)測，當(dāng)煤倉儲煤量接近上限值時，可減少輸送機的輸送量，或者降低轉(zhuǎn)速，防止煤炭溢倉。如果煤倉儲煤量較小，可適當(dāng)增加輸送量，以確保煤炭輸送的連續(xù)性。

3.5 轉(zhuǎn)速傳感器和人機對話裝置

變頻調(diào)速技術(shù)在煤炭膠帶輸送機中的應(yīng)用，基礎(chǔ)條件是對膠帶輸送機的轉(zhuǎn)速進行實時監(jiān)測，只有獲得輸送機的轉(zhuǎn)速，才能夠根據(jù)實際所需對其進行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速傳感器是監(jiān)測輸送機轉(zhuǎn)速的裝置，可選擇磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器，利用法拉第電磁感應(yīng)原理，在輸送帶轉(zhuǎn)動時驅(qū)動靠輪旋轉(zhuǎn)，帶動傳感器鐵芯，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換即可獲得輸送機的實時轉(zhuǎn)速。人機對話裝置既能夠顯示膠帶輸送機的運行狀態(tài)，又能夠?qū)斔蜋C的運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)和控制，是實現(xiàn)人機交互的窗口，可根據(jù)實際需求選擇適宜的型號。

3.6 軟件程序設(shè)計

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的程序主要包括變頻調(diào)速程序，緊急情況處理程序，軟啟動控制程序，功率平衡控制程序，每個程序都負(fù)責(zé)對應(yīng)的功能，確保膠帶輸送機能夠安全穩(wěn)定地完成變頻調(diào)速節(jié)能優(yōu)化。主程序的運行流程為，通過膠帶秤對輸送機的荷載狀態(tài)進行檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)信息傳輸至DSP控制中心，控制中心經(jīng)過數(shù)據(jù)信息處理分析，計算出輸送機的最佳運轉(zhuǎn)速度，然后將控制指令發(fā)送給變頻器，進而對電機的運行速度進行調(diào)節(jié)，從而完成膠帶輸送機的節(jié)能控制。

4 結(jié)語

因為膠帶輸送機是煤礦重要的輸送設(shè)備，為了保證煤炭能夠及時輸送，輸送機需要長時間保持運行狀態(tài)。處于恒速運轉(zhuǎn)狀態(tài)的輸送機，長時間處于運行狀態(tài)，不僅會加劇皮帶和各零件的磨損，降低設(shè)備的使用壽命，同時還會造成能源消耗過大，增加煤礦的運行成本。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煤礦膠帶輸送機中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，提高生產(chǎn)效率。變頻調(diào)速技術(shù)還能夠消除常規(guī)啟停方式下產(chǎn)生的機械沖擊和大啟動電流等情況，降低輸送機發(fā)生故障的幾率，降低故障維修成本，確保煤礦生產(chǎn)運行的安全性和穩(wěn)定性。變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦膠帶輸送機中的應(yīng)用，既符合我國煤炭綠色采掘的要求，又提高了煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)還會不斷優(yōu)化，為進一步促進煤礦生產(chǎn)作業(yè)水平的提升創(chuàng)造良好條件。