带式输送机变频控制系统的设计与应用

时间：2024-07-28

王延强

（潞安集团慈林山煤业夏店煤矿，山西长治 046000）

带式输送机是煤矿生产主要采用的运输设备，由于其运输距离长、设备简单、使用维护方便等优点，被广泛投入应用。但在实际工作当中，由于带式输送机拉运货物经常处于空载和满载的交替运行状态，随着煤量和矸石多少的变化，当处于同一频率带动的皮带出现空载时，仍然以高速进行运转，造成高电能的消耗浪费，当皮带机满载时，皮带下落与托辊接触，也容易造成边缘的磨损，缩短使用寿命，因此，通过监测皮带运转时载荷量的多少与变化，实时调控皮带控制电机频率，可使运行更加高效、节能，延长使用寿命，降低生产成本[1]。

1 变频系统整体设计方案

1.1 系统构成

带式输送机的变频系统主要通过监测运转时上部煤量的载荷大小，及时自动调整皮带力矩的输送，其主要构成包括PLC电控系统和机械传动系统两部分。一般情况下，为了确保皮带输送机的全时性工作，往往配套安装有两台电动机，以实现主从滚筒的双驱动模式，有利于调节转速与频率，驱动滚筒通过专用电缆连接PLC电控系统，确保信号指令的准确、快速传输。此外，监测监控功能主要通过双控系统与高压、低压电控箱与变频电机相连接来实现，而连接到保护装置与电子秤等系统则可实现数据的实时采集与控制，如图1 所示。

图1 控制系统连接图

1.2 原理分析

带式输送机在同一速率状态下高速运转时，为了调控速度，实现变速时和变速后的稳定运行，需要变频系统提供巨大的反向力矩以平衡掉调速过程皮带自身产生的力矩，因此，变频器的作用正是如此，而皮带电机转速n与频率f之间的关系如式（1）[2]。

式中：

S-转差率；

m-极对数。

由此关系可得出，在转差率与极对数固定的条件下，改变电机频率即可改变转速，且二者互为正比关系，即频率越高，转速越大；当频率降低衰减时，电机可补偿提供较大力矩，从而实现速度的稳定调整。

2 变频系统的组件配置

2.1 硬件配置

变频系统主要由PLC智能控制器、显示屏、温度传感器、速度监控器、供电保护装置及电子秤等硬件组成，以PLC智能控制器为中央枢纽，接收监测数据分析后，向各个组件传递发送指令，使其动作，实现智能远程控制，以及对电机实现变频控制[3]。如图2所示。

图2 控制系统硬件连接图

2.2 集成装置

带式输送机的信息采集器及监测监控装置被分布安装在皮带运行过程的各个转载点，与重点监测区域，主要测控皮带容易出现负载变化的地点，通过各种监控器与中央电控系统的调控，实现电机变频，确保皮带运行速度的平稳过度，减少磨损与故障率。如图3所示。

夏店煤矿井下采用KTC101型控制保护系统，KTC101-Z型主控变频器，以及KDW101 型电源箱，在皮带铺设运行较平缓的地段安装电子秤，以监测皮带煤流量与载荷变化，当发生变化时，及时将数字信号转化为电信号，传输给PLC电控系统进行解码分析，通过判断发送指令，实现皮带的智能调频[4]。

图3 电机集中控制图

2.3 设备选用

为了确保变频器电机的科学合理匹配，在各参数满足生产需要的前提下，减少能量的过多消耗，实现节能降耗。因此，需选用合适的电机容量与变频器容量进行配置。其配置原则应当以负载变化时的电机通过电流量来进行选择，其运行方式主要采用“主—从”式来调节平衡，当发生故障时，在供电系统的回路中安装快速熔断器，当短路电流过载时能够及时切断电源，保护变频器。

2.4 煤流监测装置

系统对煤流量的监测主要通过皮带电子秤的安装来实现，当皮带处于空载和重载运行状态时，会触发电子秤上的压力传感器，空载时由于皮带被拉伸，不与传感器接触，压力为零，或数值较小；当重载时，皮带附着于托辊，通过自重挤压，使传感器捕捉数据，进而传送给电控系统，进行分析指令，作出是否变频的指示，实现智能调控[5]。

3 系统连接方式

带式输送机实现变频功能的主要辅助系统包括电子秤、变频器、电控系统与计算机（数据分析与编程功能），各部分主要通过与中央控制系统的连接，实现多个端口的同时接入与工作。在斜井提升过程中，由于皮带运输使用双电机做功的模式，每台电动机各自拥有独立的变频控制器，需在距离提升井口50m处设置配电硐室，使供电系统的10kV降压为0.6kV，与皮带电机电压匹配后方可供电使用，如图4所示。

4 应用效果分析

自带式输送机变频控制系统设计运用的半年时间内，系统运行稳定，节能效果突出，且电机调速平稳，皮带启动时的电流较少，启动电流对整个供电系统的冲击减小。变频装置使用后，皮带电动机及其他设备的维修工程量下降，从而节约了大量的人工成本，减轻了维修人员的劳动强度。变频系统的使用使整个工序的自动化程度及故障保护水平的程度提高，有效地保证了带式输送机的正常可靠运行。

带式输送机的电机功率为5.5kW，变频系统使用以后，输送机的功率仅仅只有额定功率的60%左右，平均每台电机可节省功率2.2kW左右，矿井每年的工作日按300d机算，则矿井每年可节省的电费为300×24h×2.2×1.2=1.9008万元（电费按照1.2元/kW·h）计算，节能效果理想。