下運膠帶輸送機重載啟車飛車的原因分析及處理

王佳 張大海

摘 要：永煤公司新橋煤礦南一采區膠帶輸送機為上山下運強力膠帶，該部膠帶機驅動裝置、控制系統、制動系統、保護系統分別采用不同廠家設備，設備之間的關系較為復雜，系統沒有形成良好的閉環控制?？蛰d和輕載時該系統尚能正常運行，當膠帶機由于特殊原因重載停車，再次啟動時膠帶會出現飛車現象。通過增加通訊模塊及修改PLC程序，從而對膠帶機重載啟車方式進行優化，避免了重載啟車飛車現象。

關鍵詞：重載；啟車；飛車；通訊；優化

中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0104-02

永煤公司新橋煤礦南一采區膠帶上山全長1 095 m，最大傾角為18.05 °，平均傾角11.74 °，平均運量為800 t/h。該部膠帶機驅動裝置采用三臺唐山開誠型號為ZJT1-315/1140的四象限315 kW變頻器加南陽防爆三臺250 kW的變頻專用電機拖動。制動系統為鄒城廣信生產的型號為KPZ-I-1400/96自冷盤式制動裝置。膠帶輸送機保護系統采用的是天津華寧KTC101沿線通訊保護系統。由于該膠帶機采用了多家不同廠商的設備配合使用，設備之間的關系較為復雜，系統沒有形成良好的閉環控制?？蛰d和輕載時該系統還能正常起動運行，但是當膠帶機由于某種原因（如前級膠帶機突然停機、膠帶機自身保護動作、膠帶機尾卡矸等）重載停機后，再次開機時膠帶會出現飛車現象（帶速達到額定帶速的2～3倍），不能一次性起車成功，此時變頻器過載跳電，需多次開機將膠帶上的物料卸去一部分后才能正常起車。

1 重載啟車飛車的原因分析

由于該部膠帶機采用了多家不同廠商的設備配合使用，各臺設備都有自己小型控制系統，系統與系統之間只通過物理節點實現了設備之間的連鎖互鎖關系。膠帶輸送機正常啟車各臺設備之間聯鎖互鎖及啟車順序圖，如圖1所示。

主控系統向保護系統發出運行信號，保護系統正常預警后給主控系統返回一個正常節點信號。主控系統收到保護系統的正常信號后給制動系統發送運行信號，制動系統液壓站工作制動閘塊打開，當制動系統液壓站工作壓力達到設定壓力 （6 MPa）盤形閘完全敞開后給主控系統返回一個正常節點信號。主控系統收到制動系統的正常信號后給變頻驅動系統發送運行信號，變頻器帶動電機勻速啟動后膠帶機正常運行。南一采區膠帶機控制系統關系示意圖，如圖2所示。

此種邏輯關系存在一定的弊端，膠帶輸送機在空載或輕載正常起車時，設備能正常運行。當重載起車時，系統程序設計必須在制動系統液壓站工作壓力達到設定壓力盤形閘完全打開后變頻器才能起動。但是在盤形閘打開的過程中，因為膠帶自身及煤的自重，會產生一個向下的重力，當該重力大于盤形閘的制動力矩時膠帶就會開始向下滑動，且速度越來越快。當制度閘液壓站工作壓力達到設定壓力，盤形閘完全打開后，膠帶帶速已經達到5～6 m/s，此時變頻器啟動，變頻器頻率由0HZ緩慢上升，由于電機已經超速轉動，附加在電機上的旋轉磁場與電機轉速轉差相差過大，電機電流過載，變頻器保護動作膠帶機起車失敗。

通過對膠帶機重載起車原因進行分析得出：南一采區膠帶輸送機重載飛車是由于變頻器與盤形制動器兩者起動時間配合不當造成。

2 解決方案制定與論證

解決方案：解決該問題關鍵就是使變頻器與盤式制動器兩者啟動時間有效配合。

制定方案一：通過增加軸編碼器來檢測驅動電機或者膠帶機滾筒在重載起車時的動態。重載起車過程中，當盤形閘微微打開，膠帶剛剛開始下滑，驅動電機或滾筒就會通過軸編碼器將運行信號發送至主控站PLC，主控系統馬上給變頻器發送啟動指令（由于電機剛開始低速旋轉，轉差很小，變頻器不會過載）。電機在變頻器的拖動下加速到額定轉速，膠帶機正常起車。

需用材料：礦用本安型軸編碼器一個（約5 000元）。

西門子高速計數模塊FM350-1一塊（約8 000元）。

通信控制線纜100 m（約500元）。

制定方案二：現場觀察在重載起車時盤形制動器收到開閘命令后，在開閘過程中膠帶開始下滑時制動系統液壓站的制動壓力（貼閘壓力），在此壓力下盤形制動器的制動力矩約等于膠帶下滑的重力。此時變頻器啟動電機也不會產生過載現象，膠帶機也可以正常起車，此方案需要在制動系統控制柜增加EM277通訊處理模塊與主控系統通信，主控系統通過通信數據采集制動系統液壓站的實時壓力，監測貼閘壓力適時啟動變頻器。

需用材料：西門子通訊模塊EM277（約1 500元）。

通信控制線纜20 m（約100元）。

通過論證得出結論：方案一與方案二相比較實現的功能基本相同，但方案一需要的費用較多且對原系統改動較大，所以決定使用方案二來對該系統進行技術改造。

3 方案實施

①現場觀察在重載起車時盤形制動器開閘過程中膠帶開始下滑時制動系統液壓站的制動壓力（貼閘壓力）約為2.5 MPa，為保證可靠，計劃在程序中設置重載時變頻啟動壓力為 2.0 MPa。

②在制動系統控制柜內添加西門子EM277通信模塊并接線。

③將西門子EM277通信模塊的通信線與主控系統西門子S7-300PLC的CPU相聯通。

④在主控系統西門子S7-300PLC增加控制程序。

⑤為保證修改后的系統出現問題后不影響膠帶機正常運行，需將操作臺上的備用旋鈕連接至PLC上的數字量輸入點I3.7來對新增加的PLC程序進行投切。

4 實施效果

當膠帶上滿負荷時重載停機，此時將操作臺上的旋鈕打到閉合位置，主控PLC運行重載起車程序。按下膠帶機啟動按鈕后，制動器液壓站電機啟動。當制動液壓站壓力達到預設貼閘壓力值時，變頻器按程序設計啟動，膠帶機按變頻器預設加速度緩慢起動，查看電機運行電流均正常。變頻器達到額定頻率后主驅動電機達到額定轉速，膠帶機正常起車。

5 效益分析與計算

5.1 安全效益

下運膠帶機重載起車時由于膠帶自重及煤重在慣性作用下，會產生強大的下滑力，膠帶運行速度過快，對機頭設備及機架等沖擊力較大，容易造成設備損壞，電機燒毀，嚴重影響我礦主煤流系統的正常運行。損壞的設備與更換設備帶來生產影響損失更加不可估量。下運膠帶輸送機重載啟車飛車的處理，延長了設備的使用壽命，有效解決了膠帶機在重載時需多次開機才能起動問題，節省了寶貴的生產時間與電力，達到很好的節能效果。

5.2 經濟效益

膠帶機重載停車后需要多次才能起動，每次重載起車大約需要使用20 min。按每天出現一次重載停機計算，每年多增加重載起車時間為120 h（5 d）。

每年節省電費：重載起車過程中電量消耗為正常開機時2倍以上，南一采區三臺電機功率為3×250 kW，每小時使用電量約750 kW·h，每kW·h按0.31元計算：

節省電費為：120 h×750 kW·h×0.31=27 900元

該部正常運輸時煤量約為500 t/h，每天膠帶機運行14 h計算，每年節約時間可產煤14×500×5=35 000 t，噸煤價格約為420元/t，每年節約時間可生產原煤價值為：35 000×420元/t=1470.萬元。

產生經濟效益為：1 470+2.79=1 472.79萬元。

6 結 語

下運膠帶輸送機重載啟車飛車原因分析及處理，使得膠帶機重載起車時運行更穩定，保證了設備的正常運行。為安全生產提供保障。同時也解決了重載開機時的膠帶機飛速下滑對機械系統及電氣系統的沖擊問題，延長了設備的使用壽命。節省了寶貴的生產時間與電力，達到很好的節能效果。

參考文獻：

[1] 劉懷遠.大功率下運帶式輸送機制動技術的幾點淺析[J].科技探索，

2014，（1）.