變頻器在井下強力皮帶輸送機中的運用研究

湯守義（開灤集團公司錢家營礦業分公司，河北　唐山　063000）

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變頻器在井下強力皮帶輸送機中的運用研究

湯守義
（開灤集團公司錢家營礦業分公司，河北唐山063000）

摘要：關于低壓軟啟動控制的井下皮帶輸送機，其技術問題我們對設備進行了專項研究，發現其效率略低，而且對公司電氣環境的運行情況也有一定影響，如果其工作狀態不穩定會影響公司電氣網絡的正常運行。本論文研究的問題是充分發揮變頻器技術在控制方面的優勢，代替原有皮帶運輸機的驅動系統以達到優化工作效果的目的，本文介紹了我們對皮帶輸送機驅動方式的優化思路，介紹了使用變頻技術為控制因素的系統的穩定性和設備運行效果得到的提升，對公司礦井原煤輸送環節的工作質量起到的優化作用。在保證安全穩定生產的前提下，通過科技水平為企業創造價值。

關鍵詞：變頻器；改造；皮帶輸送機；調速

煤礦運煤主要使用的運輸機屬于膠帶運輸機，傳統煤炭運輸載體，大多數使用的技術是低壓軟啟動技術，這種技術不但應用于煤炭，而且也應用于其他很多行業，當年這個技術主要核心是建立在固態繼電器的位移的技術基礎上，通過這個技術來實現電壓提升的控制，通過電壓的控制來控制速度。

皮帶運輸機正常工作需要皮帶和機械相配合，由于變頻器的加入，皮帶不再會產生較大的前后位移，因此也能大幅度地節約皮帶的使用，以往皮帶出現問題產生的不僅僅是皮帶費用，同時產生的是人力資源成本，擾亂生產計劃的損失很難計算，井下設備質量的重要性關系著整個公司的運行。

1. 現有煤炭輸送機控制系統的優化思路

1.1 目前設備控制系統改造思路

變頻器的工作原理是集成大功率高壓晶體管的技術和電子控制技術。通過改變交流電機的幅值，以及改變交流電機的頻率，使電機的磁場周期發生變化，來實現電氣控制的目的。曾經的控制系統原理比較復雜，但是使用變頻器以后調速方面的控制變得更簡單，而且維修和維護也更簡單。

變頻器主要是服務于異步電動機通過調頻調壓完成電力變換。該技術的核心構成可以大致分為電壓型和電流型，能夠將電壓源由直流變成交流，即為電壓型。能夠將電流源的直流變成交流，即為電流型。變頻器可以很容易地實現電動機的正反轉控制，這樣就使得生產過程越是復雜的條件，工作就越穩定越靈活，不會產生因為特殊情況產生的不可逆操作。加減速時間也可調整，這樣就會讓設備更容易適應各種負載裝填，例如負載的形狀，重量，重心等因素都可以靈活應對?？梢栽诟咚龠\轉的前提下穩定運行，這一個特點使變頻器適應大多數領域，產生了不可替代的競爭優勢，代表了效率和質量，也就代表了企業的效益。

目前行業內控制皮帶運輸機主要的控制系統都是由變頻器來負責核心的控制部分，因為其優勢明顯，適應行業已經成為沒有爭議的主流操作技術，隨著生產效率要求不斷地提高和行業的競爭煤炭的產量速度不斷上升，對于電機來講負荷不斷增加，總工作時間增加，維修維護時間減少等實際問題一直考驗著我們的生產設備，而技術就是設備工作的核心。在煤炭產量低峰時段，操作工程師可自己調整電動機的轉速，通過調整轉速達到節能減排的作用，達到降低成本，增加效益的目的。

1.2控制系統設計

為了正常地執行生產任務，控制系統的設計考慮到了工作的安全性，執行過程的準確性，設備維護的故障率。皮帶運輸機的控制系統盡量集成化網絡化，使用現代化的工作方式進行操作和管理。系統采用集散式控制方法，使用二級分布式計算機來實現控制執行。系統具備自動檢測相關參數的功能，控制數據和工作數據可以正常顯示。并且在工作通過對關鍵控制點的監控起到保護報警的作用。

系統包含操作站和現場控制站?，F場控制站采用西門子S7-200系列產品作為控制核心。由變頻器、現場的控制站和操作站通過PLC通信技術組成DP網絡，現場控制站非常關鍵，他的正常工作和操作站配合，完成整個工作網絡的正常運行，系統在工作中不斷通過傳感器進行取樣，將信號反饋包括控制信號傳遞都依賴于此。

現有行業內的工作模式為：在工作現場設置3臺變頻器，變頻器一當做主機，變頻器二，變頻器三對變頻器一起到輔助作用，其目的是保證控制系統正常工作重點是控制系統的精準度。主控制點為主機操作員通過控制主機達到系統運行的目的，主機負責控制所有變頻器從而控制轉速。如果某一臺分機發生故障，輸送機的控制權限自動轉移到其他沒有故障的機器上進行。如果主機有故障產生，其他兩臺分機就自動銜接了工作任務。從風險上把故障率壓到最低，保證生產正常運行。

2. 使用變頻器的設備硬件簡介

2.1采用變頻器的必要性

由于變頻器作為電力控制設備，可以使皮帶輸送機啟動、加速、降速、停止的速度變化非常柔和。在傳統的采煤工作模式中，當操作工要使皮帶輸送機開機工作的時候，從開動環節就會感到整個設備頓挫感很強，本身對設備也是一種傷害，加速，降速，停機都不穩定。皮帶機的傳動機構磨損嚴重，導致連帶不良效果嚴重。變頻器有較好的保護功能，對于設備來講，過流保護，過壓保護以及過載保護，這幾個特性都很重要。目前行業內的變頻器具備失速保護功能，所謂失去速保護指的是：有時候給定的加速時間過短，這樣變頻器的輸出頻率變化就會大幅度超過轉速的變化，這時候變頻器就會自動跳閘，導致設備停止運行，也就是專業人士講的“失速”。為了防止失速以后電動機不停止運轉，需要檢測電流的大小然后通過頻率來執行控制。如果加速電流過大，可以通過對加速速率進行調整。

2.2變頻器與可編程控制器系統工作簡介

交流電動機的轉速公式：

n——異步電動機的轉速；f——異步電動機的頻率；s——電動機轉差率；p——電動機極對數。由式（1）可知，n與f成正比，只要改變頻率f即可改變轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的。

PLC在系統中的作用主要是控制變頻器，并且可以通過控制變頻器來控制電動機的正轉和反轉。PLC的工作一個循環周期中包含3個子階段，即信號輸入采集階段、邏輯程序執行階段和輸出刷新，共3個階段。所謂的掃描周期就是指上述的3個階段。一個最簡單的PLC控制系統主要是由PLC、模擬量和數字量的輸入輸出模塊，I/O設備和受控的變頻機以及電動機等機電設備構成。

目前行業內簡單的控制系統采用西門子s7-200較為普遍，而且隨著行業的進步，國內的一些品牌比如和利時也漸漸成為了工控人員比較普遍采用的品牌，一些國外的品牌也在朝著功能增加，價格降低的趨勢發展，例如最新的西門子smart就是一個價格很低的新系列。而且主打網絡共能，非常適合現在的工作模式以及我國未來的工業4.0趨勢。

2.3變頻器為驅動方案對工作帶來的效益

因為控制原理發生了優化，操作人員的精力和壓力可以從繁重的井下作業中得到一定的減壓，只要在做生產計劃調度的時候對設備負載進行計算保護設備在負荷內運行即可，可以保證煤炭的最大開采效率，也能使設備在合理的成本下工作，減少工人的勞動負荷，降低成本。

結語

提到變頻器發展到今天已經歷經四代產品。他的出現改變了以往了調速方式，變頻器的優點及應用效果已經在各個行業都被充分認可，一方面他可以完全滿足和提高勞動生產效率，另一方面它的出現優化了產品的工作質量、第三個方面大幅度提高了設備相關的自動化水平、大幅度節約了能源、降低了生產成本。成本是任何企業都高度重視的問題，提高工作質量，使工作質量穩定也是成本問題，對煤炭行業來講因為關系到安全因素所以穩定的工作質量顯得更加重要，對于煤炭行業來說普遍的收益就是輸運系統，因為輸煤系統主要的動力和工作就是電動機，變頻器恰恰是控制電機調速以及控制節約能量最好的產品。

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