矿用皮带机变频系统改造

摘 要 ：矿用皮带机能否安全、高效地工作对整个原煤生产系统起到举足轻重的作用.文章结合笔者实践,对矿用皮带机变频系统作了介绍,提出皮带机的由多台电机拖动方式的控制方案,最后对变频系统的改造做了分析,得出结论.

关 键 词 ：矿用皮带机；变频系统；方案设计；技术改造

中图分类号：U416 文献标识码：A

众所周知,皮带机广泛使用于我国的矿山、煤炭等行业部门,是它们实现生产的关键性设备之一,肩负着矿井等上下输送松散物料或成件物品的重任.根据其输送工艺具体要求,笔者总结出它既可以单台输送,也可以多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统,以满足不同布置型式的作业线需要.而随着这种作业形式的强劲发展,矿用皮带机变频系统在我国矿山机电设备中也有了广泛发展,它能有效降低矿山企业生产成本,提高企业经济效益,更能有效避免事故的发生和延长皮带机的使用寿命.

1矿用皮带机变频系统介绍

矿用皮带机变频系统,是采用高性能矢量控制型变频器驱动主电机,通过各类传感器采集设备的运行状态信息,配合控制系统完成所有的工艺控制和保护功能.它主要由主控台、变频柜、电源柜等组成,安放于控制室内.司机可操作控制台上的转换开关及控制按钮来控制皮带机的运行,并通过指示灯、仪表、及人机界面了解皮带机的运行状态及运行参数.

它的主要控制单元是变频调速柜,采用知名品牌的全数字、矢量控制型变频器作为主控原件,通过轴编码器的数据反馈,实现高精确度的速度和力矩控制.同时完成对电机启动、调速等控制过程,与主控台等单元共同构成全数字、高性能的矿用皮带机变频电控系统.这其中主控台是系统的控制中枢,通过操作人员的操作,可完成对皮带机的所有控制.通过操作面板和触摸屏的操作,可对控制方式和运行状态进行设定,监视输送机的运行状态和运行参数的设置.而电源柜采用双独立的双柜电源接入方式,可靠的保障了生产的连续性.同时向变频柜、主控台进行馈电.完善的过电流、短路、欠电压保护功能,使设备运行安全.具体如下图所示：

2矿用皮带机变频系统工作原理

矿用皮带机系统工作原理是充分利用单片机与大规模CPLD之间的互补性.将此两类器件相结合的电路运用在工业现场的皮带运输机保护控制中,CPLD负责采集信号及预处理,单片机做数据运算、判断等,实现高性能的微机模式.通过配用不同的传感器来实现胶带运输机的低速、堆煤等,并实现报警及自动洒水,同时具备沿线电铃信号自动打点停车功能.

3矿用皮带机变频系统特征

根据笔者多年来工作心得可知道,矿用皮带机变频系统能实现皮带机沿线保护、各类温度保护、张紧装置、变频软启动系统的集中统一控制,使皮带机原来各自独立部分整合为一个系统,提高了系统的安全性、可靠性.它还可利用现场总线技术实现皮带机的监控,可以提高电控系统的可靠性,降低成本,同时实现了系统间互连使信息共享,并且控制系统扩展容易、维护方便.在控制箱触摸屏方面实现汉化界面,各种状态显示一目了然,便于现场人员随时了解系统的状态及故障原因.

4矿用皮带机变频系统控制方案

多年来,笔者在工作中对其控制方案方面做了大量尝试性工作,取得了较好的效果.现就其皮带机由多台电机拖动方式总结如下.

在实际工作中由于各电机输出是通过皮带耦合在一起的,需要考虑协调控制问题.根据电机学原理,对于滑差0.01的电机,变频器输出频率相差0.2%时,将会导致约20%的输出转矩不平衡,在轻载时,变频器少量的输出频率差别,还会导致输出频率较低的变频器进入能量回馈状态,进而发生过压故障.因此一般需要采取有效的控制手段,平衡各电机出力.

5矿用皮带机变频系统改造

5.1变频系统改造.根据笔者具体工作分析可以知道,下行皮带机在运行时其驱动电机会运行在四个象限内,这就需要驱动用变频器是四象限带能量回馈型变频器.同时根据皮带机的工作情况,需要变频器能够在电机带载启动、空载启动或是停机时能够输出直流制动力矩,以保证皮带机平稳启动、停止,减小机械冲击.

同时,为使该皮带机同轴的两台电机能够实现转矩平衡,在变频改造中采用同轴的两台电机的两套逆变单元公用直流母线、统一控制指令,公用一套整流单元和回馈单元.这样控制系统检测控制两台电机的输出转矩,使之达到转矩平衡,彻底解决扭震、共振等问题.为使整个皮带机系统达到同步,在此笔者建议,可以将所有变频单元里的直流母线共同连接,将控制系统设成主从控制；系统检测所有电机的输出转矩,经运算后控制各电机的输出转矩达到统一平衡,从而实现所有电机转矩平衡和速度同步.将所有变频单元的直流母线连接在一起,还可以实现变频器内部整流单元、逆变单元和回馈单元的冗余连接.当某一个整流或回馈单元发生故障时,可以由其他的整流和回馈单元来完成整流和回馈功能.

5.2改造之后运行效果及分析.

经过上述事例的改造,笔者认为它真正实现了矿用皮带运输机变频系统的软起动.通过电机的慢速起动,带动皮带机缓慢起动,将皮带内部贮存的能量缓慢释放,使皮带机在起动过程中形成的张力波极小,几乎对皮带不造成损害.这是其一.

其二,降低了设备的维护量.我们都知道,变频器是一种电子器件的集成,它将机械的寿命转化为电子的寿命,寿命很长,大大降低设备维护量.利用变频器的软起动功能实现皮带运输机的软起动,起动过程中对机械基本无冲击,也大大减少了皮带机系统机械部分的检修量.相应的降低了维修费用.

其三,节约了能源.我们由电机设计和运行特性知道,电机只有在接近满载时效率才是最高、功率因数最佳,轻载时则降低,造成不必要的电能损失.这是因为当轻载时,定子电流有功分量很小,主要是励磁的无功分量,因此功率因数很低.采用变频器驱动后,在整个过程中功率因数达0.9以上,大大节省了无功功率.