變頻調速技術在煤礦膠帶輸送機中的應用

黨 霞

(河南工業貿易職業學院，河南 鄭州 450000)

膠帶輸送機是煤礦的重要機械設備，主要負責將井下開采的煤炭運輸到地面。為了保證生產效率，膠帶輸送機經常處于超負荷運行狀態，其運行效率和能源消耗會直接影響到煤礦的生產效率和經濟效益。隨著我國煤礦開采難度的增加，膠帶輸送機的運輸距離以及承載的負荷不斷增加，由此對膠帶輸送機的性能有了更高的要求。在煤礦進行煤炭開采運輸時，不同的時間段輸煤量會存在一定的差異性。而目前所使用的膠帶輸送機采用的是恒速運轉，這樣就會出現低載高速或者空載高速的運行狀態，進而導致膠帶輸送機工作效率低下，電能消耗大的現象。節能降耗是我國經濟可持續發展的重要舉措，所以應該對煤礦膠帶輸送機的運行狀態進行改進。將變頻調速技術應用于膠帶輸送機中，通過對電源頻率的改變，來調節電動機在各個階段的運轉速度，從而改善膠帶輸送機空載高速或者低載高速的運行狀態，有效控制電能消耗，提高輸送機運行效率。

1 煤礦膠帶輸送機運行現狀

在煤礦井下作業中，隨著距離的延長，對膠帶輸送機的承載性能有了更高的要求，在長距離運輸的過程中，需要輸送機具有較強的動力支持，所以一般都會配置較大功率的電機，以確保在重載啟動和高負荷運輸時能夠帶動皮帶運轉。膠帶輸送機在啟動的瞬間會產生較大的沖擊電流，一般會達到額定電流的5～7倍，不僅會造成電能的浪費，同時還可能存在燒毀電機的風險。而在電機啟動時會產生較大的啟動力矩，無疑會加劇活動部件的磨損和老化，縮短設備的使用壽命，降低設備的作業精度。比如對膠帶的張力增加，就可能出現膠帶打滑或者斷帶的現象，不僅影響到輸送機運行效率，還縮短了膠帶的使用壽命。如果是在負載狀態下啟動電機，對機械設備造成的損傷會更大。在部分煤礦中，為了解決膠帶輸送機啟動需求功率大的問題，使用多電機驅動模式，但是多電機驅動難免出現功率不平衡的現象，還是無法從根本上解決問題。

因為輸送機的頻繁啟動會造成能源浪費，并且對電機和輸送機都存在一定的安全風險，所以輸送機會一直保持運行狀態。但是受到井下作業的限制，無法保證輸送機始終處于均勻負荷狀態，所以就會出現輸送機有時超荷載，而有時又空載，由此會導致膠帶始終處于不均勻拉伸狀態，并且在空載狀態下也會維持同等轉速，造成能源的浪費。在這種背景下，急需對膠帶輸送機的運行狀態進行技術優化，提高運行效能，降低能源浪費。

2 變頻調速技術應用于膠帶輸送機的意義

針對煤礦膠帶輸送機運行中存在的問題，可以使用變頻調速技術來解決。變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電源的頻率來調節電機在各個階段的運轉速度。這一原理非常適用于煤礦膠帶輸送機中，可根據膠帶輸送機的荷載狀態調整運行速度，避免出現空載高速或者低載高速的現象，既能夠延長膠帶輸送機的使用壽命，又能夠提高運行效率。變頻調速技術還可應用于膠帶輸送機的啟動中，無論是重載啟動還是軟啟動，都能夠進行相應的控制和調整，既能夠減少因為皮帶沖擊造成的機械損傷，又能夠降低電能損耗，實現煤礦輸送機的綠色調控，達到節能降耗的生產目的。在輸送機運行的過程中，可以根據輸送機的荷載狀態調整運行速度，在輸送機處于空載或者低載狀態時，降低膠帶輸送機的運行速度，可減少機械磨損與托輥磨損。由于膠帶輸送機中設有張緊皮帶系統，利用變頻調速技術，還能夠減緩對皮帶造成的磨損，延長皮帶的使用壽命。在多電機驅動的情況下，變頻調速技術能夠實現多電機驅動功率的平衡，對電機運行狀態進行精準控制，從而實現膠帶輸送機的節能優化控制。

3 變頻調速技術在煤礦膠帶輸送機中的應用

3.1 變頻調速設計思路

將變頻調速技術應用于煤礦膠帶輸送機中，主要目的就是實現對膠帶輸送機運行速度的實時控制。這一目的的實現需要通過信號檢測、數據處理分析、電機速度控制等各項技術參數的控制，才能夠達到節能運行的目的。在膠帶輸送機系統中，通常是由多級膠帶機組成，所以在變頻調速節能設計中，可以將DSP設置為控制中心，對電機電流信號進行采集，再結合負載及轉速傳感器數據，最終控制電機能夠根據實際需求處于最佳轉速運行。

3.2 DSP控制器設計

因為變頻調速技術是要對膠帶輸送機的運行速度進行實時控制，所以對系統的運算速度有較高的要求，在獲取相關的數據信息后，要及時準確計算出轉速以及需求調整的轉速，然后向變頻器發送指令。傳統的單片機和PLC無法滿足實時控制的需求，而DSP控制器可滿足此項需求。在選擇DSP控制器的型號時，要重點考慮主頻、芯片、CPU等方面的性能參數，確保DSP有極強的數據處理能力和實時控制性能。DSP控制器將會接收到傳感器收集到的各項數據信息，然后經過處理分析得出電機運行的最優速度，再將控制指令發送給變頻器，以此來對電機的工作電壓和頻率進行調節，實現對膠帶輸送機運行速度的控制。

3.3 變頻器設計

變頻器在接收到DSP控制器的指令后，就需要按照指令要求對電機的轉速和電壓進行控制。一般情況下，變頻器需要安裝在膠帶輸送機的電機位置，運行環境相對較為惡劣，所以對變頻器的型號選擇有一定的要求，一般會選擇礦用防爆安全型交流變頻器，確保其在惡劣的環境下能夠安全穩定運行。在變頻系統的內部，變頻器會設計為交流-直流-交流的調速模式，整流裝置可將交流的工頻電源轉變為直流電源，為電機提供所需電能。在膠帶輸送機運行過程中，可以根據工業電價和煤倉儲量來實時調節電機轉速。在電價較高的情況下，DSP控制器經過最優速度計算向變頻器發出調節信號，降低輸送機的運行速度，減少煤炭的輸送量，在電價較低時，則反之。

3.4 膠帶秤和煤倉料位計

膠帶輸送機在運行過程中，需要對運載載荷實時監測，防止超過載荷而加重輸送機的運行負擔，也可控制因為載荷過小而影響輸送效率。因為膠帶秤的運行環境較為復雜，所以對其可靠性有較高要求，一般會選擇防爆型荷載稱。煤倉料位計主要是對煤倉的儲煤量進行監測，當煤倉儲煤量接近上限值時，可減少輸送機的輸送量，或者降低轉速，防止煤炭溢倉。如果煤倉儲煤量較小，可適當增加輸送量，以確保煤炭輸送的連續性。

3.5 轉速傳感器和人機對話裝置

變頻調速技術在煤炭膠帶輸送機中的應用，基礎條件是對膠帶輸送機的轉速進行實時監測，只有獲得輸送機的轉速，才能夠根據實際所需對其進行調節。轉速傳感器是監測輸送機轉速的裝置，可選擇磁阻式轉速傳感器，利用法拉第電磁感應原理，在輸送帶轉動時驅動靠輪旋轉，帶動傳感器鐵芯，經過信號轉換即可獲得輸送機的實時轉速。人機對話裝置既能夠顯示膠帶輸送機的運行狀態，又能夠對輸送機的運行狀態進行調節和控制，是實現人機交互的窗口，可根據實際需求選擇適宜的型號。

3.6 軟件程序設計

在變頻調速系統中的程序主要包括變頻調速程序，緊急情況處理程序，軟啟動控制程序，功率平衡控制程序，每個程序都負責對應的功能，確保膠帶輸送機能夠安全穩定地完成變頻調速節能優化。主程序的運行流程為，通過膠帶秤對輸送機的荷載狀態進行檢測，將檢測到的數據信息傳輸至DSP控制中心，控制中心經過數據信息處理分析，計算出輸送機的最佳運轉速度，然后將控制指令發送給變頻器，進而對電機的運行速度進行調節，從而完成膠帶輸送機的節能控制。

4 結語

因為膠帶輸送機是煤礦重要的輸送設備，為了保證煤炭能夠及時輸送，輸送機需要長時間保持運行狀態。處于恒速運轉狀態的輸送機，長時間處于運行狀態，不僅會加劇皮帶和各零件的磨損，降低設備的使用壽命，同時還會造成能源消耗過大，增加煤礦的運行成本。將變頻調速技術應用于煤礦膠帶輸送機中，能夠實現自動化控制，提高生產效率。變頻調速技術還能夠消除常規啟停方式下產生的機械沖擊和大啟動電流等情況，降低輸送機發生故障的幾率，降低故障維修成本，確保煤礦生產運行的安全性和穩定性。變頻調速技術在煤礦膠帶輸送機中的應用，既符合我國煤炭綠色采掘的要求，又提高了煤礦的生產效率和經濟效益。隨著科學技術的快速發展，變頻調速技術還會不斷優化，為進一步促進煤礦生產作業水平的提升創造良好條件。