变频调速系统在尾矿输送过程的应用

柯攀

（江西铜业集团银山矿业有限责任公司，江西上饶334200）

变频调速系统在尾矿输送过程的应用

柯攀

（江西铜业集团银山矿业有限责任公司，江西上饶334200）

尾矿输送过程是整个煤矿工艺系统中的一个重要环节，因此输送过程的变频调速系统研究具有重大意义。首先简单介绍了变频器调速的工作原理，并对变频调速系统控制原理进行分析；其次，对系统的硬件进行设计；最后，分析系统运行过程以及系统运行时的注意事项。研究结果表明，采用变频器来控制尾矿输送系统泵的运行，能够达到根据实际情况自动调速的目的，这将在实际应用中具有很大实用价值。

PLC；变频器；调速系统；尾矿输送；应用

0　引言

目前，国内大多数尾矿输送系统都是采用普通工频运转的电机，既不稳定又不经济，更重要的是浪费了大量的能源。因此采用变频器和可编程控制器PLC等现代控制设备和技术来实现稳定尾矿输送能力，是选矿厂设备运用创新领域技术革新的一项有效措施［1-2］。本文在银山选矿厂原有的尾矿输送系统的基础上，采用变频调速系统来对其进行改造，实现了自动调速目的。这种变频尾矿输送系统以其有效的实用性和经济性，彻底解决了以前传统的尾矿输送系统的缺陷，是一种具有很大实用价值的调速系统，为现有的尾矿输送系统技术改造提供了切实可行的途径。

1　变频器调速技术

变频调速技术的基本原理是通过改变电动机工作电源频率达到控制电机转速的目的。实现变频调速的主要装置是变频器，它是在变频调速技术原理的基础上采用交-直-交电源变换技术、电力电子和微电脑控制等技术为一体的电气装置［3］。变频器一般由整流器、滤波器、高容量电容、驱动电路、保护电路以及控制器等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值，通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速的控制要求［4］。在尾矿输送的过程中，采用变频调速系统来控制自动控制输送过程，工作效率将大大提高。

2　变频调速系统控制原理及工作过程

2.1变频器调速系统控制原理

变频调速尾矿输送系统的工作原理是利用AB可编程控制器和变频器作为控制核心，时刻跟随尾矿泵池的液位与液位设定值之间偏差变化情况，然后利用DCS系统检测实际液位值，再将实际液位值和设定值进行比较，按照DCS系统内部的PID规律进行运算后，自动控制尾矿电机的转速；然后通过PLC输出自动控制电机的转速，实现闭环自动调速，在保持电机稳定运转下，达到液位值与电机转速同步变化的目的；同时利用“冗余”的原则，安装一套同样控制原理的尾矿输送系统作为备用系统，实现该系统运行的连续与稳定［5-6］。

本文以江西铜业集团银山矿业有限责任公司选矿厂的尾矿输送项目为例进行研究，整个尾矿输送系统主要由变频电机调速系统和泵池液位自动控制系统构成。变频调速系统具有以下特点。

（1）控制系统具有手动、自动两种工作方式，手动用于设备调试、检修及特殊情况下的运行。正常情况下，设备置于中控自动位，实现自动运行。当工作方式转换开关处于自动时，可以根据设定液位值自动进行控制，保证电机自动调速；当工作方式转换开关处于手动时，由人工在柜面上通过电位器调节各尾矿泵转速。

（2）尾矿输送泵正常情况下为一用一备，两台泵为一组，两组互为备用，由中控室控制两组之间的启停。

（3）系统具有运行、报警、故障等信号，均为无源常开点。

2.2变频调速系统工作过程

变频调速恒压控制系统由PLC、Flex755变频器、变频电机组、超声波液位计等组成。系统采用两台变频器分别拖动两台电动机的启动、运行与调速，系统结构图如图1所示。根据现场生产的实际情况，一般只需要一套输送系统变频工作就能满足生产需要，在尾矿量异常时期或特殊情况下需要两套系统同时运行。

图1　控制系统结构图

自动控制系统的工作过程是泵1在变频器的带动下变频运行，大约30 s之后，泵2变频运行，当用泵池液位不断上升至高限值时，泵1变频器达到设定最大35 Hz，泵2变频器将达到27 Hz；这时泵1、泵2默认达到满频运转，而当尾矿量减小，泵池液位不断下降，在PLC可编程控制器控制下，泵1、泵2的转速将随液位的下降不断降低，直至稳定在一定的转速范围之内。

在对PLC进行软件设计时，必须认真考虑液位与电机转速的对应关系，才能保证系统实现正常的切换与长期稳定的运行。

3　系统硬件设计

3.1变频器硬件设计

变频器选用AB Flex755型变频器产品，适配电机132 kW。该变频器频率的大小与超声波液位计反馈来的一个液位信号（4～20 mA）实现PID调节功能模块，变频器根据实测液位和给定信号大小，调节输出频率，改变泵转速，控制泵池保持在合理的液位值上。变频器的故障输出端分别进PLC可编程控制器和故障指示灯，PLC可编程控制器让故障泵停止工作，切换到正常泵，同时让故障指示灯亮，起到提醒操作人员的作用。变频器面板上有故障复位按键，一般的故障用复位按键复位，可以重新启动变频器；变频器的运行与停止端子接到PLC可编程控制器的输出端；2台变频器的U、V、W输出端分别接到2个泵上面，每台变频器可带动1个泵，使得每个泵的频率调节实现独立调速。

3.2PLC控制系统设计

根据系统要求，系统数字量输入点总有13个，数字量输出点11个，PLC可编程控制器选用AB中的CPU 1769（L63）系列［7］。I/O地址分配见表1。

4　系统运行过程及注意事项

变频调速系统采用DCS系统自动调节变频器频率与液位的对应变化关系，使用方便，工作可靠，系统输送能力恒定，无冲击，具有较好的控制效果。在实际运行中，可以根据生产实际需要，通过改变液位值给定，进行任意设定，在尾矿量变化的过程中，液位波动允许的范围内，一旦液位上升或下降过程结束，速度立即稳定到设定值，这个过程前后不到30 s时间，很好地满足了生产的要求，系统的运行过程图如图2所示。但是在运行的过程中考虑到实际情况，需要注意的事项如下。

图2　系统运行过程

表1　I/O地址分配

（1）远程与就地电机运行与调速

设置就地运行是为了确保在远程调速出现故障时，泵由远程控制转为现场控制的过程中，现场能够及时地将系统运行起来。同时为了电机转速能够及时合理地变化，将调速电位器也设置为远控与就地控制，这样方便现场操作人员能够及时调整电机的转速，避免泵空转而对渣浆泵本体产生的冲击，此时要合理设置电机速度，太小很容易造成尾矿外排，根据经验，一般前后电机设置频率大致相差10 Hz左右（如1#泵35 Hz、2#泵25 Hz）左右，最好根据实际情况来调整。

（2）上下限频率持续时间TH和TL

变频器运行的频率随泵池液位升高而升高，本系统以变频器运行的频率是否达到上限（下限）、并保持一定的时间为依据来判断是否加泵（减泵），这个判断的时间就是TH（TL）。如果设定值过大，系统就不能迅速对泵池液位的变化做出反应；如果设定值过小，泵池液位的变化时就很可能引起频繁的加减泵动作。两种情况下都会影响尾矿输送的质量。

5　结论

变频调速系统采用变频器调节尾矿泵转速，使系统实现了高效节能，节能效率可达40%左右，同时由于采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了渣浆泵、电机设备的使用寿命。运行结果表明，采用PLC和变频器为核心部件构成的变频尾矿输送系统，有着很强的实用性，具有调速稳定、结构简单、工作可靠等特点，为尾矿输送领域的技术革新，开辟了切实有效的途径。

［1］明晓虎，朱明方.渣浆泵变频调速在尾矿输送系统控制与应用［J］.机械与自动化，2014（05）：129.

［2］田金鹏.变频器在四方金矿选厂尾矿输送系统中的应用［J］.金属矿山，2008（11）：473-474.

［3］夏志华，曹丽苹.变频调速技术在煤矿输送机中的应用［J］.煤矿机械，2013（34）：235-236.

［4］孙传森.变频器技术［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［5］郭克敏.变频调速技术在氧化铝输送系统中的应用［J］.有色冶金节能，2005（22）：1-2.

［6］吴隽.低压变频调速系统在矿用带式输送机上的应用［J］.能源技术与管理，2011（04）：151-153.

［7］隋振有.电气控制与PLC应用快速入门［M］.北京：中国电力出版社，2012.

Application of Variable Frequency Adjustable Speed System in Tailing Transportation Process

KE Pan
（Yinshan Minning Co.，Ltd.，Jiangxi Copper Corporation，Shangrao334200，China）

Tailing conveying process is an important part in the coal mining process system，so the study of variable frequency adjustable speed system of conveying process is of great significance.First，this paper introduces the working principle of speed control on the frequency converter，and analyzes the controlling principle of variable frequency speed adjustable system.Second，designs the hardware on the system.Finally，analyzes system operation process and the attention points during the system operation.The results show that the frequency converter to control pump operation of tailing conveying system，it can achieves the goal of automatic speed adjustment according to the actual condition，this would have a great practical value in practical application.

PLC；frequency converter；speed control system；tailing conveying；application

TD634

A文献标识码：1009-9492（2015）12-0120-03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.034

柯攀，男，1987年生，江西上饶人，大学本科，工程师。研究领域：电气、仪表自动化控制系统。

（编辑：向飞）

2015-10-19