帶式輸送機變頻控制系統的設計與應用

王延強

（潞安集團慈林山煤業夏店煤礦，山西 長治 046000）

帶式輸送機是煤礦生產主要采用的運輸設備，由于其運輸距離長、設備簡單、使用維護方便等優點，被廣泛投入應用。但在實際工作當中，由于帶式輸送機拉運貨物經常處于空載和滿載的交替運行狀態，隨著煤量和矸石多少的變化，當處于同一頻率帶動的皮帶出現空載時，仍然以高速進行運轉，造成高電能的消耗浪費，當皮帶機滿載時，皮帶下落與托輥接觸，也容易造成邊緣的磨損，縮短使用壽命，因此，通過監測皮帶運轉時載荷量的多少與變化，實時調控皮帶控制電機頻率，可使運行更加高效、節能，延長使用壽命，降低生產成本[1]。

1 變頻系統整體設計方案

1.1 系統構成

帶式輸送機的變頻系統主要通過監測運轉時上部煤量的載荷大小，及時自動調整皮帶力矩的輸送，其主要構成包括PLC電控系統和機械傳動系統兩部分。一般情況下，為了確保皮帶輸送機的全時性工作，往往配套安裝有兩臺電動機，以實現主從滾筒的雙驅動模式，有利于調節轉速與頻率，驅動滾筒通過專用電纜連接PLC電控系統，確保信號指令的準確、快速傳輸。此外，監測監控功能主要通過雙控系統與高壓、低壓電控箱與變頻電機相連接來實現，而連接到保護裝置與電子秤等系統則可實現數據的實時采集與控制，如圖1 所示。

圖1 控制系統連接圖

1.2 原理分析

帶式輸送機在同一速率狀態下高速運轉時，為了調控速度，實現變速時和變速后的穩定運行，需要變頻系統提供巨大的反向力矩以平衡掉調速過程皮帶自身產生的力矩，因此，變頻器的作用正是如此，而皮帶電機轉速n與頻率f之間的關系如式（1）[2]。

式中：

S-轉差率；

m-極對數。

由此關系可得出，在轉差率與極對數固定的條件下，改變電機頻率即可改變轉速，且二者互為正比關系，即頻率越高，轉速越大；當頻率降低衰減時，電機可補償提供較大力矩，從而實現速度的穩定調整。

2 變頻系統的組件配置

2.1 硬件配置

變頻系統主要由PLC智能控制器、顯示屏、溫度傳感器、速度監控器、供電保護裝置及電子秤等硬件組成，以PLC智能控制器為中央樞紐，接收監測數據分析后，向各個組件傳遞發送指令，使其動作，實現智能遠程控制，以及對電機實現變頻控制[3]。如圖2所示。

圖2 控制系統硬件連接圖

2.2 集成裝置

帶式輸送機的信息采集器及監測監控裝置被分布安裝在皮帶運行過程的各個轉載點，與重點監測區域，主要測控皮帶容易出現負載變化的地點，通過各種監控器與中央電控系統的調控，實現電機變頻，確保皮帶運行速度的平穩過度，減少磨損與故障率。如圖3所示。

夏店煤礦井下采用KTC101型控制保護系統，KTC101-Z型主控變頻器，以及KDW101 型電源箱，在皮帶鋪設運行較平緩的地段安裝電子秤，以監測皮帶煤流量與載荷變化，當發生變化時，及時將數字信號轉化為電信號，傳輸給PLC電控系統進行解碼分析，通過判斷發送指令，實現皮帶的智能調頻[4]。

圖3 電機集中控制圖

2.3 設備選用

為了確保變頻器電機的科學合理匹配，在各參數滿足生產需要的前提下，減少能量的過多消耗，實現節能降耗。因此，需選用合適的電機容量與變頻器容量進行配置。其配置原則應當以負載變化時的電機通過電流量來進行選擇，其運行方式主要采用“主—從”式來調節平衡，當發生故障時，在供電系統的回路中安裝快速熔斷器，當短路電流過載時能夠及時切斷電源，保護變頻器。

2.4 煤流監測裝置

系統對煤流量的監測主要通過皮帶電子秤的安裝來實現，當皮帶處于空載和重載運行狀態時，會觸發電子秤上的壓力傳感器，空載時由于皮帶被拉伸，不與傳感器接觸，壓力為零，或數值較小；當重載時，皮帶附著于托輥，通過自重擠壓，使傳感器捕捉數據，進而傳送給電控系統，進行分析指令，作出是否變頻的指示，實現智能調控[5]。

3 系統連接方式

帶式輸送機實現變頻功能的主要輔助系統包括電子秤、變頻器、電控系統與計算機（數據分析與編程功能），各部分主要通過與中央控制系統的連接，實現多個端口的同時接入與工作。在斜井提升過程中，由于皮帶運輸使用雙電機做功的模式，每臺電動機各自擁有獨立的變頻控制器，需在距離提升井口50m處設置配電硐室，使供電系統的10kV降壓為0.6kV，與皮帶電機電壓匹配后方可供電使用，如圖4所示。

4 應用效果分析

自帶式輸送機變頻控制系統設計運用的半年時間內，系統運行穩定，節能效果突出，且電機調速平穩，皮帶啟動時的電流較少，啟動電流對整個供電系統的沖擊減小。變頻裝置使用后，皮帶電動機及其他設備的維修工程量下降，從而節約了大量的人工成本，減輕了維修人員的勞動強度。變頻系統的使用使整個工序的自動化程度及故障保護水平的程度提高，有效地保證了帶式輸送機的正常可靠運行。

帶式輸送機的電機功率為5.5kW，變頻系統使用以后，輸送機的功率僅僅只有額定功率的60%左右，平均每臺電機可節省功率2.2kW左右，礦井每年的工作日按300d機算，則礦井每年可節省的電費為300×24h×2.2×1.2=1.9008萬元（電費按照1.2元/kW·h）計算，節能效果理想。

5 結論

本文對帶式輸送機現狀與缺點進行分析，通過變頻技術對皮帶運行狀態進行遠程智能調控，經過理論研究與設計優化，建立了較為成熟完善的變頻控制系統方案，實現了對皮帶運行速度的平穩控制過度，降低了皮帶的磨損以及載荷變化對電機的損耗，提高了皮帶使用效率，為企業節支降耗提供了可參考的經驗。

圖4 電力控制系統連接圖