皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)設(shè)計分析

張鼎源

摘要：以皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)設(shè)計為對象開展研究，在分析皮帶運輸機控制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)整體設(shè)計、構(gòu)成部件選用和系統(tǒng)連線方式三方面對皮帶運輸機自動變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行全面介紹，希望能夠為其他礦井相似工程的開展提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：皮帶運輸機；變頻控制；系統(tǒng)設(shè)計；部件選用

近年來電機變頻技術(shù)作為一種比較成熟的新技術(shù)，已成為節(jié)能降耗的主要方法，如果將其應(yīng)用在煤礦皮帶運輸裝置上，通過監(jiān)測皮帶運輸煤量來控制電機頻率，就可使運輸成本更加經(jīng)濟，同時也可提高運輸機系統(tǒng)的使用壽命，降低事故發(fā)生率，對煤礦發(fā)展意義重大。

1皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)整體設(shè)計分析

1.1變頻控制系統(tǒng)構(gòu)成分析

皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)不僅能夠依據(jù)皮帶實際的煤炭運輸量對運行速度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，同時還能夠?qū)ζн\輸機運輸力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)。整個系統(tǒng)構(gòu)成部分包括機械系統(tǒng)和 PLC 電氣控制系統(tǒng)兩部分，其中，PLC電氣控制系統(tǒng)為核心。運行時，通過變頻控制的方式驅(qū)動運輸機的兩臺電機，所用變頻裝置均采用主從控制模式，確保驅(qū)動速度與驅(qū)動功率的均衡性。同時，驅(qū)動系統(tǒng)借由專用通訊系統(tǒng)實現(xiàn)同 PLC 的連通，進(jìn)而達(dá)成對系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。PLC 系統(tǒng)選用 S7-300 控制方案，上位機選用電子皮帶秤。

系統(tǒng)運行時，控制部分不僅要與高低壓配電柜和變頻電機相互連通，實現(xiàn)對皮帶機的監(jiān)控，同時還要與保護(hù)裝置和稱重裝置連通，以完成信號的有效采集。

1.2皮帶變頻控制原理分析

井下皮帶運輸機在變頻控制過程中要求能夠?qū)崿F(xiàn)速度調(diào)節(jié)的平穩(wěn)過渡，這就要求調(diào)速系統(tǒng)可以在力矩發(fā)生強烈變化時產(chǎn)生較大的力矩來穩(wěn)定速度。一般來說，變頻裝置多通過變更電機供電頻率完成對速度的調(diào)節(jié)，電機轉(zhuǎn)速n與頻率f之間存在如式（1）所示的關(guān)系：

n=60f（1-S）/m，（1）

式（1）中，n為電機轉(zhuǎn)速，r/min；f為電機頻率，Hz；S為電機轉(zhuǎn)差率，%；m為電機極對數(shù)。

由式（1）分析可知，通過更改電動機頻率 f 便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)，而變頻技術(shù)的作業(yè)原理便是基于這一點實現(xiàn)的。當(dāng)運輸煤炭量較大時，系統(tǒng)會自行調(diào)低運行頻率，從而使得電機能夠提供更大的扭矩，確保運行的有效性。

2變頻控制系統(tǒng)構(gòu)成部件選用分析

2.1變頻控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成分析

2.2系統(tǒng)集中控制分析

皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)的皮帶控制部分位于各皮帶側(cè)部。本次設(shè)計所選用的控制系統(tǒng)為 KTC 系統(tǒng)，在皮帶運輸機作業(yè)時，其借由 PLC 裝置對作業(yè)時的實時負(fù)載和煤流量進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而借助變頻裝置的變頻功能對皮帶運輸速度進(jìn)行自動調(diào)控，實現(xiàn)皮帶運輸裝置不同運輸模式的自動切換。運用 PLC 在提升整個控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的同時還能實現(xiàn)對故障的有效監(jiān)測，提升運行的安全性。

皮帶運輸機選用型號為KTC101的集中控制和保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主控制型號為 KTC101-Z，電源型號為KDW101。皮帶上布設(shè)有粒位感應(yīng)裝置和流量傳感裝置（電子秤），運行時傳感裝置能夠自行將流量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺员阌谙到y(tǒng)對皮帶負(fù)載變化進(jìn)行精準(zhǔn)判定，從而實現(xiàn)對頻率的實時有效調(diào)節(jié)。

2.3變頻系統(tǒng)選用分析

變頻裝置的容量必須與電機容量相匹配，如果過小，便會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩降低，而過大則可能導(dǎo)致電機燒毀。有鑒于此，變頻系統(tǒng)使用前必須充分結(jié)合負(fù)載變化規(guī)律，借由計算負(fù)載電流來選取適宜的變頻裝置容量，同時使用前還應(yīng)對其進(jìn)行試運行校對，盡可能在滿足使用需求的前提下選擇小容量的變頻裝置，以降低運行成本。基于上述考量，最終決定選用型號為ACS800-07/U7的變頻裝置，變頻裝置控制采用主從運行模式，從而確保速度變化的平衡性。此外，為有效保護(hù)變頻裝置，在其電氣回路中應(yīng)當(dāng)配置快速熔斷裝置，確保系統(tǒng)出現(xiàn)短路過載時能夠及時斷電，所用熔斷裝置型號為RS3。

2.4電子皮帶秤選用分析

電子皮帶秤是實現(xiàn)皮帶負(fù)載監(jiān)測的關(guān)鍵感應(yīng)裝置。變頻控制系統(tǒng)選用壓力傳感裝置，專用于皮帶輸送作業(yè)中。考慮到井下作業(yè)環(huán)境惡劣，所用電子皮帶秤必須具備較好的穩(wěn)定性。此次設(shè)計最終確定皮帶秤型號為W E-X，其通過微機進(jìn)行操控，能夠在井下高溫、高濕、高粉塵的復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)對皮帶所運輸物料質(zhì)量的精準(zhǔn)測定，同時該設(shè)備安裝和日常維護(hù)難度較小。

3系統(tǒng)連線方式分析

皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)不同構(gòu)成部分的有效連接是確保其運行有效性的關(guān)鍵所在。此次設(shè)計中皮帶運輸機為雙電機運行，每臺電機配置一個變頻控制裝置，同時在皮帶機井口50m處布設(shè)配電室，用以將10kV電壓轉(zhuǎn)化為0.6kV，以供皮帶機電機使用。PLC裝置和變頻裝置通信所選用的適配器的型號均為RPBA-01，能夠與不同型號的變頻裝置有效匹配。此外，皮帶上的壓力感應(yīng)裝置完成信號采集后，通過放大器放大后再經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化后傳入PLC裝置。

4結(jié)語

皮帶運輸機作為礦井生產(chǎn)作業(yè)中的核心裝置，其運行有效性對礦井綜合效益的獲得有著至關(guān)重要的直接影響。礦井管理者應(yīng)當(dāng)充分重視傳統(tǒng)定頻控制系統(tǒng)應(yīng)用中存在的不足，積極在皮帶運輸機控制中引進(jìn)變頻控制技術(shù)，在降低皮帶運輸機運行能耗的同時提升其運行的穩(wěn)定性，降低皮帶損耗率，從而為礦井生產(chǎn)作業(yè)的持續(xù)、高效開展提供堅實保障。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱啟建，孫鳳花，宋志安.煤礦地面運輸系統(tǒng)的可靠性分析及優(yōu)化[J].煤礦機械，1999，（4）：1-3

（作者單位：冀中能源峰峰集團新三礦機運區(qū)

河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)）