變頻技術(shù)在皮帶機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉建濤

摘要：隨著我國(guó)皮帶輸送機(jī)技術(shù)與國(guó)外設(shè)備的接軌，對(duì)皮帶機(jī)的啟動(dòng)方式越來越嚴(yán)格，皮帶輸送機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)及設(shè)備的研究和應(yīng)用取得了快速進(jìn)展。采用合理的皮帶機(jī)啟動(dòng)方案能延長(zhǎng)皮帶機(jī)的使用壽命，同時(shí)還能夠提高輸送機(jī)的運(yùn)行效率，在皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)方案中，采用CST和變頻器作為軟啟動(dòng)的設(shè)計(jì)方案比較多?；诖?，本文主要對(duì)變頻技術(shù)在皮帶機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);皮帶機(jī);調(diào)速系統(tǒng);

1、前言

礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)工作開展過程中，其工作效率和工作質(zhì)量受到多方面因素的影響，進(jìn)而影響煤炭運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)工作合理開展。利用變頻器可以提高對(duì)皮帶輸送速度等的控制能力，減少因耦合器軟啟動(dòng)產(chǎn)生的污染等，對(duì)推動(dòng)礦井工作更好的開展具有重要意義。

2、變頻技術(shù)在礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

2.1變頻技術(shù)在礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用的意義

不同地區(qū)的環(huán)境不同，煤炭開采方式也會(huì)存在差異，這在一定程度上增加了礦井工作的不確定性。因?yàn)楣ぷ鏖_展過程中存在大量變化性內(nèi)容，要求對(duì)煤炭開采設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備等及時(shí)開展對(duì)應(yīng)的調(diào)整，這樣各項(xiàng)工作才能按照正常計(jì)劃進(jìn)行。但傳統(tǒng)礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)功率相對(duì)比較大，同時(shí)直流供電的方式將會(huì)產(chǎn)生大量能源消耗，導(dǎo)致機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)故障的頻率提高。這在一定程度上影響了后續(xù)各項(xiàng)工作的合理開展，同時(shí)還會(huì)支出大量的維護(hù)成本，影響煤礦企業(yè)效益。在礦用皮帶輸送機(jī)上應(yīng)用變頻技術(shù)，可以通過電動(dòng)機(jī)等完成功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的調(diào)整，其工作的有效性明顯提高，對(duì)推動(dòng)后續(xù)各項(xiàng)工作以合理方式開展等具有重要意義。

2.2礦用皮帶變頻系統(tǒng)簡(jiǎn)介

礦用皮帶變頻系統(tǒng)主要是在應(yīng)用高性能矢量控制器的變頻器作用下開展主電機(jī)驅(qū)動(dòng)等各項(xiàng)工作。同時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)收集與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行和皮帶運(yùn)輸機(jī)工作要求等相關(guān)的信息，在控制系統(tǒng)的集中調(diào)控指揮下，相關(guān)運(yùn)輸設(shè)備等可及時(shí)做出反應(yīng)，完成皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作保護(hù)和工藝控制等多項(xiàng)功能。主控臺(tái)、電源柜和變頻臺(tái)是礦用皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)工作開展過程中的主要構(gòu)成部件，在操作人員的控制下，可及時(shí)通過控制按鈕來完成對(duì)礦用皮帶輸送機(jī)的各項(xiàng)操作，同時(shí)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)等還會(huì)通過人機(jī)界面和指示燈等顯示出來，對(duì)提高操作人員的操作準(zhǔn)確性也具有一定意義。

2.3礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作原理

在礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作開展過程中，主要在大規(guī)模的CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）與單片機(jī)之間的互補(bǔ)作用下開展各項(xiàng)工作。在系統(tǒng)工作開展過程中，在兩類器件綜合使用的電路上，可利用CPLD完成對(duì)工作信號(hào)和工作數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)該類設(shè)備還會(huì)對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行初步處理，在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)會(huì)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次分析，繼而對(duì)其運(yùn)行情況和可能出現(xiàn)的問題等進(jìn)行判斷，方便工作人員及時(shí)處理相關(guān)問題。該方式的工作效率相對(duì)較高，對(duì)傳感器的綜合使用可滿足皮帶運(yùn)輸機(jī)在不同工作階段的工作要求。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)處于無(wú)工作狀態(tài)時(shí)，可自動(dòng)放慢其輸送速度，而當(dāng)有運(yùn)煤任務(wù)時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)則會(huì)主動(dòng)完成堆煤工作，其運(yùn)輸速度也會(huì)明顯加快，可實(shí)現(xiàn)提高工作效率和降低工作能耗的目標(biāo)。同時(shí)，在多類設(shè)備的綜合作用下，利用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)功能的深度開發(fā)，繼而在皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)其他問題時(shí)，可及時(shí)通過警報(bào)等將問題報(bào)告給相關(guān)工作人員，保障皮帶運(yùn)輸機(jī)各項(xiàng)工作合理開展。礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)還可以完成自動(dòng)灑水等工作要求，可降低其運(yùn)輸路線上的粉塵量，對(duì)凈化礦井空氣等具有重要意義。

2.4礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作特征

礦用皮帶變頻系統(tǒng)工作開展過程中，可以在相關(guān)設(shè)備的作用下完成對(duì)皮帶機(jī)沿線的工作保護(hù)和溫度保護(hù)等各項(xiàng)工作，同時(shí)其張緊裝置和變頻啟動(dòng)系統(tǒng)等可以在系統(tǒng)的集中組織下開展各項(xiàng)控制工作，提高不同工作部位的整體有效性，對(duì)保障系統(tǒng)安全運(yùn)行、提高系統(tǒng)整體運(yùn)行可靠性等具有重要意義。在該系統(tǒng)的作用下，控制平臺(tái)可實(shí)時(shí)開展對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況的監(jiān)控，能以更為合理的方式進(jìn)行其成本控制工作，同時(shí)，利用相關(guān)技術(shù)還可以完成系統(tǒng)內(nèi)的信息共享等建設(shè)要求。皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行信息等能以高效的方式傳遞到不同的設(shè)備，對(duì)推動(dòng)各項(xiàng)維護(hù)工作及時(shí)開展具有重要意義。在當(dāng)前控制系統(tǒng)建設(shè)工作開展過程中，系統(tǒng)的漢化界面可以滿足對(duì)信息的多樣化顯示等要求，有利于操作人員和管理人員合理開展故障分析工作，對(duì)提高其整體工作效率等具有重要意義。

3、變頻調(diào)速方案的確定

皮帶運(yùn)輸機(jī)采用多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)注意電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制。由于各電機(jī)的動(dòng)力輸出是由皮帶耦合實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，若電機(jī)存在滑差，變頻器的輸出頻率就會(huì)出現(xiàn)偏差，從而引起輸出轉(zhuǎn)矩不平衡，甚至出現(xiàn)故障。因此要采取措施平衡各電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，目前主要有以下3種驅(qū)動(dòng)方案：

（1）一拖多并聯(lián)運(yùn)行方案。該方案的適用于電機(jī)（單機(jī)）功率小、電機(jī)數(shù)量少于3臺(tái)、成本要求低的變頻調(diào)速系統(tǒng)。

（2）主-從控制方案。該方案的適用于要求各電機(jī)轉(zhuǎn)矩均衡輸出、電機(jī)數(shù)量少于3臺(tái)、各電機(jī)間間距小的簡(jiǎn)單變頻調(diào)速系統(tǒng)。

（3）統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案。該方案適用于電機(jī)數(shù)量超過3臺(tái)、電機(jī)間間距較大的復(fù)雜變頻調(diào)速系統(tǒng)。

結(jié)合該煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及各方案適用條件，為有效控制負(fù)載平衡，該皮帶運(yùn)輸機(jī)確定采用主-從控制方案作為高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。其中一臺(tái)變頻器為主控，確定輸出轉(zhuǎn)矩，另一臺(tái)變頻器由主控變頻器控制，與其同步運(yùn)行。變頻調(diào)速系統(tǒng)只控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，不控制從控電機(jī)的轉(zhuǎn)速。主-從控制結(jié)構(gòu)負(fù)載平衡控制示意見圖1。

圖1表明，1#電機(jī)轉(zhuǎn)速由主控高壓變頻器控制，兩臺(tái)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩由主控高壓變頻器輸出。2#電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是由從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制的。為保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度，將其控制在0.5%以內(nèi)，變頻器一般采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)。若精度要求更高，如控制在0.1%以內(nèi)，則應(yīng)采用速度傳感器。

主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有兩種功能：①外部信號(hào)連鎖控制功能;②報(bào)警邏輯信號(hào)輸出功能。主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不僅能接收來自本地或遠(yuǎn)程的指令，還可接收從控系統(tǒng)發(fā)送的指令。同時(shí)，從控系統(tǒng)也具有類似主控系統(tǒng)的接收指令程序。主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在該煤礦井下皮帶運(yùn)輸機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，減少了電能消耗，降低了生產(chǎn)成本，初步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行。該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施使維護(hù)工作量大大降低，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，目前尚未出現(xiàn)安全問題。

4、結(jié)論

某煤礦井下皮帶運(yùn)輸機(jī)采用變頻技術(shù)代替原軟啟動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制并結(jié)合該礦實(shí)際和變頻調(diào)速方案的比選，最終選擇主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于井下皮帶運(yùn)輸機(jī)，解決了多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不平衡的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)行速度隨負(fù)載煤炭量的變化而實(shí)時(shí)變化，降低了電能消耗和維修工作量，有利于延長(zhǎng)皮帶的使用壽命，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為同類皮帶運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)改造提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

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