变频器在井下强力皮带输送机中的运用研究

汤守义（开滦集团公司钱家营矿业分公司，河北　唐山　063000）



变频器在井下强力皮带输送机中的运用研究

汤守义
（开滦集团公司钱家营矿业分公司，河北唐山063000）

摘要：关于低压软启动控制的井下皮带输送机，其技术问题我们对设备进行了专项研究，发现其效率略低，而且对公司电气环境的运行情况也有一定影响，如果其工作状态不稳定会影响公司电气网络的正常运行。本论文研究的问题是充分发挥变频器技术在控制方面的优势，代替原有皮带运输机的驱动系统以达到优化工作效果的目的，本文介绍了我们对皮带输送机驱动方式的优化思路，介绍了使用变频技术为控制因素的系统的稳定性和设备运行效果得到的提升，对公司矿井原煤输送环节的工作质量起到的优化作用。在保证安全稳定生产的前提下，通过科技水平为企业创造价值。

关键词：变频器；改造；皮带输送机；调速

煤矿运煤主要使用的运输机属于胶带运输机，传统煤炭运输载体，大多数使用的技术是低压软启动技术，这种技术不但应用于煤炭，而且也应用于其他很多行业，当年这个技术主要核心是建立在固态继电器的位移的技术基础上，通过这个技术来实现电压提升的控制，通过电压的控制来控制速度。

皮带运输机正常工作需要皮带和机械相配合，由于变频器的加入，皮带不再会产生较大的前后位移，因此也能大幅度地节约皮带的使用，以往皮带出现问题产生的不仅仅是皮带费用，同时产生的是人力资源成本，扰乱生产计划的损失很难计算，井下设备质量的重要性关系着整个公司的运行。

1. 现有煤炭输送机控制系统的优化思路

1.1 目前设备控制系统改造思路

变频器的工作原理是集成大功率高压晶体管的技术和电子控制技术。通过改变交流电机的幅值，以及改变交流电机的频率，使电机的磁场周期发生变化，来实现电气控制的目的。曾经的控制系统原理比较复杂，但是使用变频器以后调速方面的控制变得更简单，而且维修和维护也更简单。

变频器主要是服务于异步电动机通过调频调压完成电力变换。该技术的核心构成可以大致分为电压型和电流型，能够将电压源由直流变成交流，即为电压型。能够将电流源的直流变成交流，即为电流型。变频器可以很容易地实现电动机的正反转控制，这样就使得生产过程越是复杂的条件，工作就越稳定越灵活，不会产生因为特殊情况产生的不可逆操作。加减速时间也可调整，这样就会让设备更容易适应各种负载装填，例如负载的形状，重量，重心等因素都可以灵活应对。可以在高速运转的前提下稳定运行，这一个特点使变频器适应大多数领域，产生了不可替代的竞争优势，代表了效率和质量，也就代表了企业的效益。

目前行业内控制皮带运输机主要的控制系统都是由变频器来负责核心的控制部分，因为其优势明显，适应行业已经成为没有争议的主流操作技术，随着生产效率要求不断地提高和行业的竞争煤炭的产量速度不断上升，对于电机来讲负荷不断增加，总工作时间增加，维修维护时间减少等实际问题一直考验着我们的生产设备，而技术就是设备工作的核心。在煤炭产量低峰时段，操作工程师可自己调整电动机的转速，通过调整转速达到节能减排的作用，达到降低成本，增加效益的目的。

1.2控制系统设计

为了正常地执行生产任务，控制系统的设计考虑到了工作的安全性，执行过程的准确性，设备维护的故障率。皮带运输机的控制系统尽量集成化网络化，使用现代化的工作方式进行操作和管理。系统采用集散式控制方法，使用二级分布式计算机来实现控制执行。系统具备自动检测相关参数的功能，控制数据和工作数据可以正常显示。并且在工作通过对关键控制点的监控起到保护报警的作用。

系统包含操作站和现场控制站。现场控制站采用西门子S7-200系列产品作为控制核心。由变频器、现场的控制站和操作站通过PLC通信技术组成DP网络，现场控制站非常关键，他的正常工作和操作站配合，完成整个工作网络的正常运行，系统在工作中不断通过传感器进行取样，将信号反馈包括控制信号传递都依赖于此。

现有行业内的工作模式为：在工作现场设置3台变频器，变频器一当做主机，变频器二，变频器三对变频器一起到辅助作用，其目的是保证控制系统正常工作重点是控制系统的精准度。主控制点为主机操作员通过控制主机达到系统运行的目的，主机负责控制所有变频器从而控制转速。如果某一台分机发生故障，输送机的控制权限自动转移到其他没有故障的机器上进行。如果主机有故障产生，其他两台分机就自动衔接了工作任务。从风险上把故障率压到最低，保证生产正常运行。

2. 使用变频器的设备硬件简介

2.1采用变频器的必要性

由于变频器作为电力控制设备，可以使皮带输送机启动、加速、降速、停止的速度变化非常柔和。在传统的采煤工作模式中，当操作工要使皮带输送机开机工作的时候，从开动环节就会感到整个设备顿挫感很强，本身对设备也是一种伤害，加速，降速，停机都不稳定。皮带机的传动机构磨损严重，导致连带不良效果严重。变频器有较好的保护功能，对于设备来讲，过流保护，过压保护以及过载保护，这几个特性都很重要。目前行业内的变频器具备失速保护功能，所谓失去速保护指的是：有时候给定的加速时间过短，这样变频器的输出频率变化就会大幅度超过转速的变化，这时候变频器就会自动跳闸，导致设备停止运行，也就是专业人士讲的“失速”。为了防止失速以后电动机不停止运转，需要检测电流的大小然后通过频率来执行控制。如果加速电流过大，可以通过对加速速率进行调整。

2.2变频器与可编程控制器系统工作简介

交流电动机的转速公式：

n——异步电动机的转速；f——异步电动机的频率；s——电动机转差率；p——电动机极对数。由式（1）可知，n与f成正比，只要改变频率f即可改变转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。

PLC在系统中的作用主要是控制变频器，并且可以通过控制变频器来控制电动机的正转和反转。PLC的工作一个循环周期中包含3个子阶段，即信号输入采集阶段、逻辑程序执行阶段和输出刷新，共3个阶段。所谓的扫描周期就是指上述的3个阶段。一个最简单的PLC控制系统主要是由PLC、模拟量和数字量的输入输出模块，I/O设备和受控的变频机以及电动机等机电设备构成。

目前行业内简单的控制系统采用西门子s7-200较为普遍，而且随着行业的进步，国内的一些品牌比如和利时也渐渐成为了工控人员比较普遍采用的品牌，一些国外的品牌也在朝着功能增加，价格降低的趋势发展，例如最新的西门子smart就是一个价格很低的新系列。而且主打网络共能，非常适合现在的工作模式以及我国未来的工业4.0趋势。

2.3变频器为驱动方案对工作带来的效益

因为控制原理发生了优化，操作人员的精力和压力可以从繁重的井下作业中得到一定的减压，只要在做生产计划调度的时候对设备负载进行计算保护设备在负荷内运行即可，可以保证煤炭的最大开采效率，也能使设备在合理的成本下工作，减少工人的劳动负荷，降低成本。

结语

提到变频器发展到今天已经历经四代产品。他的出现改变了以往了调速方式，变频器的优点及应用效果已经在各个行业都被充分认可，一方面他可以完全满足和提高劳动生产效率，另一方面它的出现优化了产品的工作质量、第三个方面大幅度提高了设备相关的自动化水平、大幅度节约了能源、降低了生产成本。成本是任何企业都高度重视的问题，提高工作质量，使工作质量稳定也是成本问题，对煤炭行业来讲因为关系到安全因素所以稳定的工作质量显得更加重要，对于煤炭行业来说普遍的收益就是输运系统，因为输煤系统主要的动力和工作就是电动机，变频器恰恰是控制电机调速以及控制节约能量最好的产品。

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中图分类号：TD63

文献标识码：A