變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)在帶式輸送機上的應(yīng)用

王賀軍

西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲礦 山西 古交 030200

帶式輸送機是礦山運輸?shù)闹饕ぞ咧唬\行過程中需要耗費較多能源資源的機械設(shè)備，減少礦井帶式輸送機的能源資源消耗，做到節(jié)能運行工作，愈發(fā)受到采礦企業(yè)的關(guān)注和重視。因此，對基于變頻控制系統(tǒng)的礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析研究，有著重要的經(jīng)濟(jì)價值和現(xiàn)實意義[1]。

1 帶式輸送機概述

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模加大，帶式輸送機開始朝著大功率、大運量、長距離、多電機驅(qū)動及高速度等方向發(fā)展，并取得了比較好的應(yīng)用效果。通常情況下，帶式輸送機主要是由拉緊裝置、驅(qū)動裝置、托輥、閉環(huán)承載輸送帶、改向滾筒等組合而成的一套復(fù)雜機電系統(tǒng)。帶式輸送機主要是以電動機為核心，能夠為輸送帶運行提供所需動力，改向滾筒具備輸送帶導(dǎo)向作用，拉緊裝置可以為輸送帶提供拉緊力，托輥可以用于支撐輸送帶以及減少輸送帶撓度。圖1為帶式輸送機結(jié)構(gòu)圖。

圖1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)圖

在礦井帶式輸送機上應(yīng)用變頻技術(shù)，能夠發(fā)揮出變頻控制系統(tǒng)帶速可調(diào)、變速節(jié)能運行的優(yōu)點，同時避免操作人員對生產(chǎn)情況進(jìn)行錯誤判斷，避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故。帶式輸送機變頻系統(tǒng)運行過程中，通過對帶式輸送機上部煤量載荷大小進(jìn)行分析后來掌握其載荷情況，并對皮帶力矩的輸送能力進(jìn)行實時自動調(diào)整，從而實現(xiàn)變頻控制。帶式輸送機控制系統(tǒng)由上位機、變頻器、PLC控制器、電機及相關(guān)傳感器設(shè)備等組合而成。

變頻系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括 PLC 電控系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)兩部分，電控系統(tǒng)主要是由 PLC 智能控制器、速度監(jiān)控器、溫度傳感器、顯示屏、電子秤以及供電保護(hù)裝置等部分組成。作為中央樞紐，PLC 智能控制器是電控系統(tǒng)中最為重要與關(guān)鍵的部分，負(fù)責(zé)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和分析，并將指令傳輸至各個組件，以確保各組件的正常運行，不僅可以實現(xiàn)智能遠(yuǎn)程控制，而且還可以實現(xiàn)電機的變頻控制。通常情況下，帶式輸送機的監(jiān)測控制裝置和信息采集器被安裝在皮帶重點監(jiān)測區(qū)域和各轉(zhuǎn)載點上，主要負(fù)責(zé)測控皮帶負(fù)載變化情況。通過對中央電控系統(tǒng)與各種監(jiān)控器進(jìn)行有效調(diào)整和控制，可以實現(xiàn)電機變頻，進(jìn)而在保證皮帶平穩(wěn)運行的同時，降低故障率與磨損率。

2 變頻控制礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)分析

基于變頻控制系統(tǒng)的礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)能夠有效地減少礦井帶式輸送機在實際工作運行中消耗的能源資源，起到節(jié)能效果，從而在綠色環(huán)保的情況下保證礦井生產(chǎn)開采工作。變頻控制礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)主要由硬件節(jié)能以及軟件節(jié)能技術(shù)兩個部分共同組成。以下將對變頻控制礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析探究[2]。

2.1 硬件節(jié)能技術(shù)分析

變頻控制技術(shù)在礦井電機中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對礦井帶式輸送機工作速度的有效控制和調(diào)整，在保證運輸能力與運載量滿足開采運輸要求的情況下最大限度降低帶式輸送機運行的功率，從而實現(xiàn)節(jié)能效果。當(dāng)前我國普遍使用的帶式輸送機驅(qū)動方式如下：

第一，調(diào)速型液力耦合器驅(qū)動，實現(xiàn)了渦輪機與離心式水泵的有效組合。這一驅(qū)動方式在帶式運輸機使用階段具備的特點有：①可以確保帶式輸送機軟啟動，且隨帶式輸送機主要參數(shù)的變化而對啟動時間進(jìn)行任意調(diào)節(jié)。②能夠使電機空載啟動，并選擇尖峰力矩作為啟動力矩，這樣不僅可以縮短啟動時間，而且還可以提高其啟動能力。③在多機驅(qū)動過程中，可以確保多機順序驅(qū)動，不僅可以降低對外界電網(wǎng)造成的沖擊，而且還可以確保各電機功率平衡。④其液力傳動特性，這一驅(qū)動方式能夠隔離扭矩，減緩沖擊。但調(diào)速型液力耦合器在實際應(yīng)用階段出現(xiàn)了部分問題，在啟動過程中會導(dǎo)致液力耦合器機械效率為零，并且在電動機空載啟動時，啟動電流較大，會引起電網(wǎng)電壓劇烈波動，造成電動機發(fā)熱情況。同時，其容易導(dǎo)致輸送帶斷裂老化，一旦液力耦合器長時間運行，就會導(dǎo)致其內(nèi)部油溫升高，不僅會導(dǎo)致多種問題，也會加大維護(hù)難度與成本，污染環(huán)境。

第二，液粘離合器驅(qū)動，又被稱之為油膜離合器或粘滯離合器。這一驅(qū)動方式有著以下優(yōu)點： ①改善系統(tǒng)的啟動性能。②這一驅(qū)動方式所用電機功率與尺寸較小。③平穩(wěn)啟動帶式輸送機，可以實現(xiàn)在加速度與較低力矩狀態(tài)下啟動。④能夠?qū)崿F(xiàn)可控啟動與停止。⑤能夠精確控制速度與多驅(qū)動電機之間功率平衡。但這一驅(qū)動方式也存在著驅(qū)動電機空載啟動，電網(wǎng)電壓波動大，調(diào)速范圍廣，空載條件下無法長時間穩(wěn)定運行，傳動系統(tǒng)總體效率提升一般，發(fā)熱量極大等不足。由此可見，變頻控制技術(shù)在礦井帶式輸送機硬件中應(yīng)用，能夠通過降低啟動功率、減少啟動所需動力等方式實現(xiàn)節(jié)能，但也會帶來一定的額外電力消耗，從整體效果看，硬件節(jié)能技術(shù)仍能夠起到一定節(jié)能效果。

2.2 軟件節(jié)能技術(shù)分析

變頻控制技術(shù)在礦井帶式輸送機中所應(yīng)用的主要節(jié)能技術(shù)為軟件節(jié)能技術(shù)，即通過設(shè)計與應(yīng)用自動節(jié)能運行軟件，實現(xiàn)對礦井帶式輸送機的變頻控制，達(dá)到節(jié)能效果。軟件節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果關(guān)鍵在于軟件設(shè)計質(zhì)量水平，一般情況下，自動節(jié)能運行軟件在設(shè)計中需要包括基本功能設(shè)計以及特有功能設(shè)計。基本功能包括用戶界面全面支持、在線幫助功能、多視窗功能、系統(tǒng)文檔資料與文件修改、系統(tǒng)連編功能等功能。特有功能應(yīng)當(dāng)包括智能圖形化及文本編輯器功能、分層設(shè)計支持功能、實時診斷功能、數(shù)據(jù)庫輸入輸出功能、支持多任務(wù)組織結(jié)構(gòu)功能、系統(tǒng)導(dǎo)航功能、項目管理功能等。這些功能在實際應(yīng)用中，能夠合理對 PLC 進(jìn)行控制，利用帶式輸送機信息采集器以及監(jiān)測控制器等，獲得礦井帶式輸送機在實際工作運行中的相關(guān)參數(shù)與狀態(tài)，進(jìn)而通過自動軟件節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)對帶式輸送機運行狀態(tài)的分析，對帶式輸送機工作狀態(tài)進(jìn)行實時調(diào)整，在保證帶式輸送機能夠滿足運輸效果的情況下最大程度降低帶式輸送機工作運行的功率，實現(xiàn)節(jié)能運行。

3 帶式輸送機變頻控制技術(shù)發(fā)展前景

如今，在煤礦中變頻控制帶式輸送機應(yīng)用廣泛，低帶速、小功率掘進(jìn)帶式輸送機中選擇小容量、低電壓的低壓變頻器，而在高帶速、大運量與大功率主運輸帶式運輸機中選擇了大容量、高電壓的中壓變頻器。變頻控制系統(tǒng)帶式輸送機憑借其固有的特點在節(jié)能運行上有著先天優(yōu)勢，但相較于其他驅(qū)動方式帶式輸送機，差異化與優(yōu)越性較為一般。因此，帶式輸送機變頻控制技術(shù)的主要發(fā)展趨勢為特色化與高效化，最大程度發(fā)揮其節(jié)能優(yōu)勢。

4 結(jié)論

在我國礦井帶式輸送機應(yīng)用愈發(fā)普遍的背景下，對礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析研究，有著重要的價值和意義。變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用與礦井帶式輸送機上，有著諸多的優(yōu)勢優(yōu)點，文章對基于變頻控制系統(tǒng)的礦井帶式輸送機節(jié)能技術(shù)進(jìn)行綜合分析研究，并對節(jié)能技術(shù)進(jìn)行闡述，希望能夠幫助提高帶式輸送機節(jié)能效果。