變頻技術在煤礦中央膠帶大巷帶式輸送機中的應用

陰松松

(潞安集團五陽煤礦，山西 長治 046205)

隨著計算機技術、網絡技術以及PLC(可編程序控制器)的快速發展，煤礦井下運輸系統的自動化程度越來越高。運輸系統借助計算機、PLC等技術的龐大軟硬件性能，結合各種先進的傳感器設備，實現了井下輸送機的實時動態監控。井下皮帶自動化控制系統實現了地面對井下膠帶機運輸的長距離、多點位信息傳輸和中央監測監控，具有在線監測，分析及保護和報警功能。能及時準確掌握各種設備的實時工作狀態，有效地減少了操作人員的工作量，降低了勞動強度，對于實現運礦自動化、科學化、網絡化管理具有十分重要的意義。

1 變頻技術在煤礦中央膠帶大巷帶式輸送機中的功能介紹

煤礦運輸中井下皮帶系統的動態數據采集及自動化控制是提高資源輸送能力的基礎，將變頻技術應用于中央膠帶大巷皮帶中央控制系統中可以實現井下動態數據的采集及自動化控制目的，具有以下4個特征：(1)可以實現遠程控制目的，只需借助機頭遠程操作箱就可以實現遠程啟動或者停止中央膠帶大巷皮帶的運行；(2)可以獲取實時的動態數據，將動態數據傳送至分析處理中心，可以及時的了解皮帶運行的各項參數，能夠以圖形顯示、語音提示等方式發出異常狀況報警，并將相應的故障記錄下來；(3)可以獲得不同運行狀態下的皮帶運行速度、電機電流、變頻器頻率、盤閘油壓、張力等參數，為智能診斷儀器設備奠定了基礎；(4)操作簡單，操作員只要進行簡單的操作即可實現對井下皮帶的中央控制。

2 變頻技術在煤礦中央膠帶大巷帶式輸送機中的應用

2.1 皮帶操作臺概況

井下皮帶機就地控制操作臺由32個操作按鈕和20個指示燈、顯示板組成。其中左側操作按鈕為控制解鎖、聯鎖、手動、自動、調速、預警等功能，右側操作按鈕控制盤閘啟動、盤閘停止、1#盤閘點動、2#盤閘點動、3#盤閘點動、4#盤閘點動、變頻器啟動、變頻器停止、1#變頻器點動、2#變頻器點動、3#變頻器點動、4#變頻器點動等功能。顯示面板左側10個指示燈功能分別是盤閘開指示、盤閘備妥指示、盤閘故障指示、電源指示、變頻器運行指示、變頻器故障指示、張緊運行指示、張緊故障指示、速度正常指示、低速指示，右側10個指示燈功能分別是皮帶機運行指示、皮帶機故障指示、自動指示、手動指示、遠程指示、就地指示、檢修指示、禁啟指示、解鎖指示、聯鎖指示(圖1)。

圖1 井下操作臺中操作按鈕分布示意圖

2.2 啟動皮帶的注意事項

中央大巷膠帶機的控制開關是變頻器、盤閘等，皮帶機啟動之前必須確保變頻器和盤閘無故障，才能正常啟動皮帶機。中央大巷膠帶機一鍵自動開啟皮帶機應具備以下兩個條件：(1)同前部皮帶機無關聯時，啟動皮帶機的條件為就地、解鎖、自動,然后通過操作臺上的左側第三排第一到第四個按鈕的功能是啟動、停止、急停、復位，這四個功能只能在就地、自動狀態下才能使用一鍵開啟設備；(2)同前部皮帶機有關聯時，啟動皮帶機的條件為就地、聯鎖、自動，然后通過操作臺上的左側第三排第一到第四個按鈕的功能是啟動、停止、急停、復位，這四個功能只能在就地、自動狀態下才能使用一鍵開啟設備。

中央大巷膠帶機手動開啟皮帶機的條件有：(1)操作臺上的左側第四排前兩個按鈕的功能是張緊啟動、張緊停止、這兩個功能按鈕是手動控制破碎機的啟停；(2)同前部皮帶機無關聯時，啟動皮帶機的條件是就地、解鎖、手動,然后通過操作臺上的操作臺上的右側第一排前2個按鈕其功能分別是盤閘啟動、盤閘停止、手動狀態下開啟盤閘和停止盤閘；(3)同前部皮帶機有關聯時，啟動皮帶機的條件為就地、聯鎖、手動,然后通過操作臺上的右側第三排前2個按鈕其功能分別是電機啟動、電機停止、手動狀態下開啟變頻器和停止變頻器。

2.3 變頻技術的應用效果分析

變頻器在實際工作過程中可以將支流電轉換為交流電，與輸電網線中的交流電存在差異，主要表現在電壓和頻率等方面，在變化曲線上表現為曲線的平行下移。此外，工作臺的啟動轉矩較大，可以實現以較小的電流量啟動重載荷的目的，其特征主要體現在以下4個方面：

(1)實現了膠帶機的緩慢啟動。在膠帶輸送機緩慢啟動過程中，有效的延長了相關機械設備的啟動、關閉周期，隨著啟動時間的增長，對于重載荷皮帶的自身儲存能量的釋放有著積極的作用，可以有效的緩解因皮帶啟動或停止過快而導致重載荷皮帶的張力變化過大而引起皮帶受損等問題，也意味著變頻技術的應用可以提升中央膠帶大巷帶式輸送機的工作性能，延長皮帶的使用壽命。

(2)降低了皮帶強度的要求。前文已述及，隨著變頻技術的應用，延長了輸送機的啟動、關閉周期，有效地緩解了重載荷皮帶因停止過快而導致產生張力過大等問題，因此，對皮帶強度的要求也顯著的降低。此外，變頻技術可以實現5 min內啟動時間的任意調整，使得電機的啟動時間隨皮帶載荷量的變化而變化，使得皮帶受到的沖擊力保持最小，也就對皮帶的強度要求明顯降低，不僅保障了皮帶的正常運轉性能，還可以降低生產成本。

(3)實現了自動調速功能以及節能目的。將變頻技術應用于煤礦中央膠帶大巷帶式輸送機中，有效的提高了輸送系統的智能性能，結合煤流傳感器的作用，借助變頻技術就可以實現皮帶載荷的動態狀況，根據皮帶載荷的動態變化實現自動調整的目的，有效的減緩了皮帶的磨損等問題，延長了皮帶的使用壽命。此外，當皮帶處于空載狀態時，可以實現皮帶機的低速運轉，并對皮帶進行檢修，不僅節省了皮帶的維護周期，還降低了皮帶的勞動強度，顯著地延長了皮帶的使用壽命。

(4)本文所研究的煤礦中交代輸送機的電機功率為5.5 kW，將變頻技術引入后，輸送機的運行功率約為電機額定功率的60%，單臺輸送機節省功率約為2.2 kW。輸送機的工作周期按照每年300 d計算，電費按照當地用電標準1.2元每度執行，最終獲得每臺輸送機每年可節省1.9萬元的電力成本。此外，隨著輸送功率的減小，電機的使用壽命相對延長，節能效果極為明顯。

3 結語

綜上所述，將變頻技術應用于煤礦中央膠帶大巷帶式輸送機中，不僅顯著的提升了煤礦運輸系統的自動化、智能化程度，還實現了節能減耗的目的，對煤礦的開發起到了積極的推動作用。此外，變頻技術的應用降低了人工檢修機械的時間，節約了大量的人力資源，并且動態調控實現了皮帶等低磨損的目的，降低了輸送機內部構造的破損概率，總之，該技術具有廣泛的應用前景。