甲帶給煤機調速系統應用改造

張 露

（西山煤電集團有限公司官地選煤廠， 山西 太原 030000）

引言

甲帶給煤機是用于礦井中煤倉的原煤轉運的運輸設備，是煤礦生產中必不可少的運輸裝置，與煤礦的產量息息相關。在實際生產中，為了避免煤倉出現滿倉或空倉狀態，需要經常對甲帶給煤機的給煤量進行調整[1]。目前，官地礦甲帶給煤機給煤量的調整為手動方式，通過手動調節摩擦式無極調速裝置，改變驅動減速機的驅動轉速，使給煤量在一定范圍內連續可調。手動調節具有一定局限性，且受工人主觀因素影響程度較大，該設備在投入運行后，由于工人操作失誤和調速機構失效等問題，造成停機5次，嚴重影響了生產效率，因此該礦對甲帶給煤機的調速系統進行了優化和改造。

1 甲帶給煤機工作原理

甲帶給煤機接通電源后，由電機作為動力源，帶動無極調速裝置正向轉動。減速機的輸入端與無極調速裝置的輸出端相連接，通過改變無極調速裝置的輸出轉速，可以實現減速機的輸入轉速在一定轉速范圍內可調。減速機帶動驅動滾筒正向運轉，驅動滾筒帶動膠帶，膠帶帶動甲帶，通過甲帶與物料間的摩擦力作用，使物料與甲帶一同向出料口方向運動，到達出料口后物料排出。

無極調速裝置在甲帶給煤機給煤量的調整中起決定性作用，是整個調速系統的核心部件。無極調速裝置采用MB新型摩擦機械式變速器，由主動裝置、摩擦傳動裝置及調速裝置構成，如圖1所示。

調速裝置是通過轉動調速手輪，改變調速凸輪與與固定環間中心距，進而改變行星輪與主動輪、壓盤及固定環、調整凸輪摩擦處的工作半徑，從而改變傳動比，達到均勻調整轉速的目的[2]。

無極調速裝置采用純機械式調整方式，無法根據煤倉可用容量進行實時調整，只能依靠工人使用通訊設備進行溝通調整，精度較低，效率較差，并且存在反饋不及時造成煤倉滿倉或空倉的風險；給煤機在持續運行時，當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，電機效率低，還會造成不必要的能源浪費[3]。

圖1 無極調速裝置

2 調速系統改造方案設計

隨著煤礦生產自動化、智能化程度的提高，PLC控制器被廣泛應用于煤礦生產中[4]。PLC控制器編程方便、調試便利、功能強大，在實際生產中適應性好，故障率低，可以實現參數可視化，通過預先編制好的程序，輸出指定信號，達到控制目的，適用于甲帶給煤機的調速系統自動控制。

變頻器控制電機調速是已經成熟的通用技術，在各個行業中被廣泛采用，通過改變電機供電頻率，可以在一定范圍內實現高精度的無極調速。異步電動機轉速的計算公式為：

式中：f為電機供電電源頻率；s為異步電動機轉差率；p為異步電動機級數。

由公式（1）可知，異步電動機轉速與供電電源頻率成正比，因此，當頻率在0～50 Hz內變化時，調速范圍大于無極調速裝置的調速范圍，可以替代無極調速裝置在甲帶給煤機調速系統中的作用，且變頻器調速屬于電氣式調速，易于與PLC控制系統相結合實現自動化控制。變頻器調速在60Hz以下的變頻器效率大約為94%～96%，能量損耗小，可以有效減小電動機的啟動電流，降低電動機故障風險[5]。

基于對現有甲帶給煤機運行狀況的分析，提出使用基于PLC控制變頻器調速的甲帶給煤機調速系統改造方案。改造后系統原理如圖2所示。

圖2 改造后系統控制原理

本系統采用閉環控制，分為手動調速模式與自動調速模式，PLC為主控單元，變頻器為被控單元，煤倉可用容積為主控參數，給煤機給煤量為主輸出參數。系統的工作原理為：煤倉料位計安裝在煤倉內，用來采集煤倉信息，并將煤倉可用容積信號傳遞給PLC。PLC接收到信號后，根據預先設置好的邏輯算法，將輸出信號發送至變頻器，變頻器根據收到的信號對電源頻率進行調整，控制電機轉速，從而實現給煤機給煤量的聯動調整。PLC還能實時的將煤倉容量信息、電機轉速信息、給煤機給煤量信息輸出到顯示屏上，實現參數的可視化，便于技術人員的信息讀取與記錄。自動調速模式適用于正常工作狀態，無需人工操作即可自動適時調整給煤量，實現生產的連續化與自動化。手動模式用于特殊工況，切換至手動模式后，可以人工設定給煤量，PLC根據設定的給煤量參數，發出信號給變頻器控制電機轉速，實現定量給煤。

整個系統安全穩定，根據煤倉可用容積實時調整給煤機的給煤量，避免了空倉和滿倉的情況發生，大幅提高了生產效率。采用該系統可以減少1名給煤機操作員，將原先的人工控制給煤量變為系統自動調整給煤量，可以有效避免發生由于操作失誤、溝通不及時等因素造成的給煤量過大或過小的問題。

3 系統改造步驟

1）訂購系統主要部件西門子變頻器、西門子PLC控制器及煤倉料位計；

2）拆除原甲帶給煤機的無極調速裝置，將電機輸出軸與減速器輸入軸直接連接；

3）安裝變頻器，連接變頻器與電機間的電路；

4）將煤倉料位計安裝在煤倉合適位置，調試料位計；

5）按照電氣原理圖完成PLC控制系統的電路連接，其中料位計的輸出信號連接到PLC的輸入觸點，變頻器的輸入信號線連接到PLC的輸出觸點，顯示屏的輸入信號線連接到PLC的輸出觸點；

6）安裝電氣控制柜，與給煤機保持一定安全距離；

7）將預先編制好的甲帶給煤機給煤量控制程序利用計算機導入PLC中；

8）系統空載試運行，調整設置參數；

9）系統負載運行；

10）完成給煤機調速系統改造。

按上述步驟完成甲帶給煤機調速系統改造后，甲帶給煤機給煤量的調整由人工操作變為自動控制，消除人工干預，降低了煤倉出現滿倉或空倉的風險。

4 應用分析

該調速系統在前期投資較大，但從長遠運行情況來看，經濟效益顯著大于未改造前的調速系統。給煤機經改造后可以實現無人值守，減少1名在崗人員，按平均工資4 000元計算，1年可以節支4.8萬元。由于使用變頻調速，電機啟動特性好，降低了電機的無功功率消耗，1臺給煤機年消耗電量較改造前降低了6萬余kWh，極大地提高了用電效率，節約了用電成本。調速系統改造后運行半年，穩定無故障，給煤量調節準確到位，為連續安全高效生產提供了保障。

5 結論

通過對現有甲帶給煤機的調速系統進行改造，給煤機的調速系統由人工操作方式轉變為手動方式加閉環自動控制方式，實現了給煤量的精確調整，并且該系統能夠適應不同工況，不僅調節效果比原系統更穩定，滿足生產需要，提高生產效率，而且節約了人力資源成本和能源成本，達到了改造優化的目的。