一種變頻和非變頻皮帶電機啟動優化的探索和實踐

牛力

摘要：在各種規模的煤炭生產中，皮帶輸送機以其大輸送力、低投入高性價比的優勢，成為港口煤碼頭的要的運輸工具。運輸皮帶機啟動一般都分為以下幾種啟動方式：變頻皮帶啟動、直起皮帶啟動、軟啟動等。皮帶運輸系統是否安全可靠，關系著煤業生產的高產高效。在各種運輸皮帶啟動中，一般都采用軟啟動或變頻啟動，這樣啟動電流相對較小，啟動更加穩定，對電網沖擊較小，但是變頻器相對較貴，維護更加復雜，直起皮帶相對便宜，維護簡單。

關鍵詞：電機科技;變頻和非變頻研究;皮帶啟動

中圖分類號：TM621.71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0078-02

0? 引言

神華黃驊港務公司皮帶啟動組合都是變頻和非變頻兩種方式。有的皮帶是變頻啟動，有的皮帶是非變頻啟動，有的沿線皮帶啟動方式都是混合啟動，這就對啟動提出了更高要求，本文討論的就是變頻和非變頻啟動電機啟動設置，變頻和非變頻的配置，以及如何啟動才是流程啟動最優化，最節約啟動時間和電能，本文還將討論逆起皮帶在未來可能應用。

1? 背景

神華黃驊港務公司亞洲最大的翻車機群，最大的筒倉群，對應20條卸車流程、16條裝船流程，皮帶啟動有變頻啟動、直接啟動。流程組合中有整條流程都是變頻啟動，整條流程都是直接啟動，還有整條流程是變頻和非變頻啟動組合啟動方式。在實際控制中皮帶長度大小不一，造成皮帶啟動時間也各有不同。皮帶承載力，皮帶速度也各有不同，造成皮帶順序啟動中要保障啟動安全。變頻啟動時間設定，變頻器達到全速運轉所需要的所有時間在整條流程中所占的時間比重，這些都是在設定流程啟動中需要考慮的。由于實際啟動時間、皮帶各種參數在啟動中所造成的影響，需要設定各條皮帶啟動時間，才能保障在重載啟動過程中不會因皮帶啟動問題造成現場灑落煤。

在初設中設定的各皮帶啟動時間都是較長，報警時間也比較保守，這樣有效的保障了皮帶啟動安全，保障了現場安全生產，但是這樣也造成一定時間的浪費，無法與現場實際情況結合起來，無法做到最優啟動。

目前黃驊港務公司生產三部運行多年，各皮帶啟動和設定基本穩定了，這就需要對啟動時間和順序進行重新考量，以達到設備啟動最優化。

2? 當前啟動設定及面臨的問題

①黃驊港務公司流程分為兩種：一種是翻車機到筒倉的卸車流程;一種是筒倉到裝船機的裝船流程。翻堆線是由翻車機、皮帶、卸料小車組合而成。翻卸流程皮帶命名規則如下，BF->BH-1->BH-2->BD四條皮帶，皮帶啟動設定，首先BD線聲光報警30s，報警結束后，BD線啟動，隨后BH-2線聲光報警30s，BH-2線報警結束后，BH-2線啟動，隨后BH-1線開始聲光報警，報警30s后，BH-1線開始啟動，隨后BF線聲光報警，報警30s后，BF線啟動，整條流程啟動下來聲光報警所占用120s，與此同時，整條流程中皮帶既有變頻啟動，又有非變頻啟動，啟動設定又是不同的。變頻啟動設定啟動時間為60s，直起皮帶啟動時間3-5s，二者之間差別很大，如果在重載啟動過程中變頻皮帶未能全速運轉時，非變頻皮帶已經正常運行，這樣就有很大可能造成堵料以及灑料。針對此情況，在程序中做了相關設定，每條變頻皮帶啟動后都有一定延時來保障變頻皮帶全速運轉后，后一條皮帶才啟動。經過多次測算后，延時10s是最合適的，目前在整個流程設定里報警和啟動時間都有一定浪費，面對日益增長對效率追求和節約能源思想下如何改進當前的設計是目前考慮的一個方向。

②翻堆線流程整體設計如下：翻堆線流程采用伸縮頭工藝設計，伸縮頭移動對應著五個工位，每個工位對應著一列筒倉，這樣就可以最大限度的增加流程利用率。利用伸縮頭移動來轉換卸車流程，有效的提高了卸車效率，最大程度利用現場設備。但是目前設定的流程中有以下幾個問題：1）一大列車分為兩小列車，在中間換倉時候啟停流程耽誤一定的時間，如何最快捷啟停流程才能保障效率，節約時間;2）兩小列車移倉時，需要提前移動卸料小車，何時移動卸料小車才能保證流程轉換最優;3）兩條流程轉換時，如何啟停皮帶才能做到最大程度節約。

③取裝線所有皮帶都是變頻驅動的，變頻驅動如何使用才能發揮最大價值。整條流程都是變頻驅動，如何設定變頻器啟停、如何利用變頻斜坡啟動，這些都是目前需要考慮問題。變頻啟動對設備的好處沒有徹底發揮出來。

在當前設定情況下，黃驊港務公司三四期工程已經運轉8年以上，流程設定已經穩定運行八年，為解決日益增長的對流程效率的需求和節約用電的考慮。必須將翻堆、取裝所有流程最大范圍內利用起來，將現場設備、程序設計統一結合起來，最大范圍內利用設備本身性能，達到翻車、裝船最大化。

3? 解決措施

3.1 針對翻堆線流程啟動解決措施。

翻堆線皮帶是由變頻啟動和非變頻啟動組合而成，當前設定是能夠保障啟動過程中不會因變頻和非變頻配合不到位造成灑落煤情況，針對此我們將變頻和非變頻重載啟動和空載啟動做好區分。

變頻皮帶：BF12、BF13、BH11-1、BH12-1、BH13-1、BH14-1，BD11、BD12、BD13、BD14。

非變頻皮帶：BF10、BF11、BH11-2、BH12-2、BH13-2、BH14-2，BD7，BD8，BD9，BD10。

根據上述皮帶組合而成的流程如表1。

根據流程設定變頻和非變頻組合形式多種多樣，如何優化當前啟動方式，最大程度降低啟動時間。在目前狀況下啟動中最大問題是如何設定變頻和非變頻的配合，如何調整變頻和非變頻啟動時間和順序才能最大限度避免電網沖擊，避免啟動浪費。

根據上述思路目前改造思路如下：將啟動流程規定為兩種模式：①重載啟動，這種情況下要保障重載啟動時不能灑落煤，當前面皮帶完全啟動后，后面皮帶才隨之啟動;②空載啟動，空載啟動確保在啟動中不會因多個直起電機同時啟動造成電網沖擊?？蛰d啟動不會涉及到灑落煤問題，空載啟動時變頻和非變頻可以同時啟動。

重載啟動，還是按照原始設計方案，流程開始啟動，BD線報警30s后，BD線啟動，隨后BH-2線報警，報警30s后，BH-2線啟動，隨后BH-1線報警，報警30s后，BH-1線啟動，BF線開始報警，報警30s后，BF線啟動，整條流程啟動完畢。

空載啟動設定：整條流程設計思路編寫如下：當流程啟動開始后，整條流程所有皮帶報警全部啟動，報警30s后，BD線啟動，繼續報警8s后，BD線報警停止，BH-2線啟動，報警8s后，BH-2線報警停止，BH-1線開始啟動，報警8s后，BH-1線報警停止，BF線開始啟動。中間增加8s報警時間是緩沖，確保電網啟動平穩?？蛰d啟動時間比原始設計節約時間66s，大大增加流程效率。

如何區分當前是重載還是空載，目前沒有比較智能方法，由上述思路做出如下方案：在控制畫面中增加兩個按鈕：重載啟動，空載啟動。當中控需要啟動流程時，選擇重載啟動還是空載啟動，則整條流程就按照初設開始啟動。如果中控忘記選擇重載還是空載，則程序默認重載啟動，最大程度保護啟動正常。

3.2 兩小列車中間移倉時優化方案

目前三四期翻車機卸車都是由兩小列車組合而成一大列車，兩小列車煤種不同，需要卸筒倉不同，由此需要在兩小列車中間進行移倉，如何移倉才能保證卸車時間最少。改進思路如下：提前將需要的卸料小車開到目的筒倉處，再將后一條流程所需要皮帶提前啟動，當前半列的流程走完煤后，直接將流程切換到后一條流程中，兩條公共皮帶不停止，這樣避免了流程一起一停，最大限度的節約了作業時間，流程停止需要6-8min，如此能夠節約最少6min時間，大大增加了翻車機卸車能力。

3.3 取裝線變頻電機使用

目前取裝線都是變頻電機驅動，這樣就避免了翻堆線的非變頻電機和變頻電機之間的配合。變頻電機有緩速啟動優點，利用變頻電機可以調節頻率特點，將整條流程同時啟動，這樣就最大程度節約啟動時間。變頻電機同時啟動，啟動時間60s左右，大大減少了整條流程順序啟動時間，有效增加了取裝線流程效率。

4? 效果

翻堆線變頻和非變頻的組合，節約流程啟動時間66s，根據三四期翻車機一年作業車列數，可以得出每年節約400多小時，大大增加翻車機卸車能力。如果再優化兩小列車之間移倉時間，則整個翻車機卸車能力將會更上一層樓，同時節約的電能也是一個客觀數字。

取裝線將變頻啟動同時啟動，節約取裝線的時間，一方面增加了取裝線作業效率，又節約了電能。

參考文獻：

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