甲带给煤机调速系统应用改造

张 露

（西山煤电集团有限公司官地选煤厂， 山西 太原 030000）

引言

甲带给煤机是用于矿井中煤仓的原煤转运的运输设备，是煤矿生产中必不可少的运输装置，与煤矿的产量息息相关。在实际生产中，为了避免煤仓出现满仓或空仓状态，需要经常对甲带给煤机的给煤量进行调整[1]。目前，官地矿甲带给煤机给煤量的调整为手动方式，通过手动调节摩擦式无极调速装置，改变驱动减速机的驱动转速，使给煤量在一定范围内连续可调。手动调节具有一定局限性，且受工人主观因素影响程度较大，该设备在投入运行后，由于工人操作失误和调速机构失效等问题，造成停机5次，严重影响了生产效率，因此该矿对甲带给煤机的调速系统进行了优化和改造。

1 甲带给煤机工作原理

甲带给煤机接通电源后，由电机作为动力源，带动无极调速装置正向转动。减速机的输入端与无极调速装置的输出端相连接，通过改变无极调速装置的输出转速，可以实现减速机的输入转速在一定转速范围内可调。减速机带动驱动滚筒正向运转，驱动滚筒带动胶带，胶带带动甲带，通过甲带与物料间的摩擦力作用，使物料与甲带一同向出料口方向运动，到达出料口后物料排出。

无极调速装置在甲带给煤机给煤量的调整中起决定性作用，是整个调速系统的核心部件。无极调速装置采用MB新型摩擦机械式变速器，由主动装置、摩擦传动装置及调速装置构成，如图1所示。

调速装置是通过转动调速手轮，改变调速凸轮与与固定环间中心距，进而改变行星轮与主动轮、压盘及固定环、调整凸轮摩擦处的工作半径，从而改变传动比，达到均匀调整转速的目的[2]。

无极调速装置采用纯机械式调整方式，无法根据煤仓可用容量进行实时调整，只能依靠工人使用通讯设备进行沟通调整，精度较低，效率较差，并且存在反馈不及时造成煤仓满仓或空仓的风险；给煤机在持续运行时，当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，电机效率低，还会造成不必要的能源浪费[3]。

图1 无极调速装置

2 调速系统改造方案设计

随着煤矿生产自动化、智能化程度的提高，PLC控制器被广泛应用于煤矿生产中[4]。PLC控制器编程方便、调试便利、功能强大，在实际生产中适应性好，故障率低，可以实现参数可视化，通过预先编制好的程序，输出指定信号，达到控制目的，适用于甲带给煤机的调速系统自动控制。

变频器控制电机调速是已经成熟的通用技术，在各个行业中被广泛采用，通过改变电机供电频率，可以在一定范围内实现高精度的无极调速。异步电动机转速的计算公式为：

式中：f为电机供电电源频率；s为异步电动机转差率；p为异步电动机级数。

由公式（1）可知，异步电动机转速与供电电源频率成正比，因此，当频率在0～50 Hz内变化时，调速范围大于无极调速装置的调速范围，可以替代无极调速装置在甲带给煤机调速系统中的作用，且变频器调速属于电气式调速，易于与PLC控制系统相结合实现自动化控制。变频器调速在60Hz以下的变频器效率大约为94%～96%，能量损耗小，可以有效减小电动机的启动电流，降低电动机故障风险[5]。

基于对现有甲带给煤机运行状况的分析，提出使用基于PLC控制变频器调速的甲带给煤机调速系统改造方案。改造后系统原理如图2所示。

图2 改造后系统控制原理

本系统采用闭环控制，分为手动调速模式与自动调速模式，PLC为主控单元，变频器为被控单元，煤仓可用容积为主控参数，给煤机给煤量为主输出参数。系统的工作原理为：煤仓料位计安装在煤仓内，用来采集煤仓信息，并将煤仓可用容积信号传递给PLC。PLC接收到信号后，根据预先设置好的逻辑算法，将输出信号发送至变频器，变频器根据收到的信号对电源频率进行调整，控制电机转速，从而实现给煤机给煤量的联动调整。PLC还能实时的将煤仓容量信息、电机转速信息、给煤机给煤量信息输出到显示屏上，实现参数的可视化，便于技术人员的信息读取与记录。自动调速模式适用于正常工作状态，无需人工操作即可自动适时调整给煤量，实现生产的连续化与自动化。手动模式用于特殊工况，切换至手动模式后，可以人工设定给煤量，PLC根据设定的给煤量参数，发出信号给变频器控制电机转速，实现定量给煤。

整个系统安全稳定，根据煤仓可用容积实时调整给煤机的给煤量，避免了空仓和满仓的情况发生，大幅提高了生产效率。采用该系统可以减少1名给煤机操作员，将原先的人工控制给煤量变为系统自动调整给煤量，可以有效避免发生由于操作失误、沟通不及时等因素造成的给煤量过大或过小的问题。

3 系统改造步骤

1）订购系统主要部件西门子变频器、西门子PLC控制器及煤仓料位计；

2）拆除原甲带给煤机的无极调速装置，将电机输出轴与减速器输入轴直接连接；

3）安装变频器，连接变频器与电机间的电路；

4）将煤仓料位计安装在煤仓合适位置，调试料位计；

5）按照电气原理图完成PLC控制系统的电路连接，其中料位计的输出信号连接到PLC的输入触点，变频器的输入信号线连接到PLC的输出触点，显示屏的输入信号线连接到PLC的输出触点；

6）安装电气控制柜，与给煤机保持一定安全距离；

7）将预先编制好的甲带给煤机给煤量控制程序利用计算机导入PLC中；

8）系统空载试运行，调整设置参数；

9）系统负载运行；

10）完成给煤机调速系统改造。

按上述步骤完成甲带给煤机调速系统改造后，甲带给煤机给煤量的调整由人工操作变为自动控制，消除人工干预，降低了煤仓出现满仓或空仓的风险。

4 应用分析

该调速系统在前期投资较大，但从长远运行情况来看，经济效益显著大于未改造前的调速系统。给煤机经改造后可以实现无人值守，减少1名在岗人员，按平均工资4 000元计算，1年可以节支4.8万元。由于使用变频调速，电机启动特性好，降低了电机的无功功率消耗，1台给煤机年消耗电量较改造前降低了6万余kWh，极大地提高了用电效率，节约了用电成本。调速系统改造后运行半年，稳定无故障，给煤量调节准确到位，为连续安全高效生产提供了保障。

5 结论

通过对现有甲带给煤机的调速系统进行改造，给煤机的调速系统由人工操作方式转变为手动方式加闭环自动控制方式，实现了给煤量的精确调整，并且该系统能够适应不同工况，不仅调节效果比原系统更稳定，满足生产需要，提高生产效率，而且节约了人力资源成本和能源成本，达到了改造优化的目的。