煤矿用带式输送机变频调速控制技术改造及其效果

石元铎

（山西阳泉煤业寿阳开元公司，山西 阳泉 045000）

引言

带式输送机是煤矿开采中重要的运输设备，其运行过程的稳定性和效率对煤矿开采效率有决定性影响[1]。随着煤矿开采技术水平的不断发展，传统的带式输送机技术已经不符合现代化发展需要，严重制约着煤矿开采效率的进一步提升[2]。基于此，煤矿企业有必要采取措施对矿用带式输送机进行技术改造，更替传统的技术，使用新技术以提升带式输送机的技术水平[3-4]，从而提升煤矿开采效率，为企业创造更大的经济效益。

1 带式输送机运行中存在的问题分析

某煤矿企业每年需要生产1 000 万t 煤矿，如此大量的煤矿主要通过带式输送机进行运输。煤矿中使用的带式输送机型号为DSJ140/350/2×500，工作过程中需要同时使用两台电机进行驱动，且两台电机全部安装在输送机的头部位置。为了对电机进行保护，并避免设备启动阶段产生过大的电流问题，输送机中使用了液力耦合器进行保护。该项技术以往确实为煤矿企业带来了很多优势，创造了一定的经济效益。但是放眼现在，该项技术已经相对落后，在实践中暴露的问题主要表现在以下几个方面：

第一，液力耦合器在启动过程中会产生非常大的电流，其大小为正常运行时的4～5 倍，大电流不仅会对电机造成严重损伤，同时还会影响整个煤矿供电网络的稳定运行；第二，设备启动时间较短，会对皮带造成较大冲击，容易使皮带出现损伤，降低使用寿命；第三，带式输送机同时由两台电机驱动，两台电机之间的功率平衡问题无法得到有效解决；第四，液力耦合器运行时还会产生一定的环境污染问题，不符合当代环境保护基本要求。基于以上缺陷，煤矿企业经过技术论证，决定基于先进的变频调速控制技术对带式输送机进行技术改造。

2 带式输送机变频调速控制技术改造整体方案设计

2.1 整体方案设计

由于煤矿中使用的带式输送机同时由两台电机驱动，保障两台电机之间的功率平衡是技术改造过程中需要重点考虑的问题。在充分考虑以上实际情况的基础上，最终使用的是主—从控制方式。对两台电机各自配备一台变频器。其中一台作为主变频器，另外一台作为从变频器。主变频器受控制系统控制，根据带式输送机的实际需要输出对应的电压频率，确保电机转速满足实际需要。从变频器同样接受控制系统控制，但其输出的电压频率主要依据主变频器。通过这种方式保障两台电机的输出转速完全一致，达到功率平衡的效果。如图1 所示为基于变频调速控制技术的带式输送机技术改造方案。

图1 基于变频调速控制技术的带式输送机技术改造方案

系统还配备有带速传感器和转速传感器，主要是对带式输送机运行过程中的速度进行检测，并将检测结果输送至变频控制器中进行分析与处理，作为电机速度调整的依据。为了保障变频控制系统的稳定运行，系统中还设置了系统检测模块，作用是对整个控制系统自身进行检测。从而及早发现问题并解决问题，保障系统运行的稳定性。还设置有显示器和操作台，其中显示器的作用是对整个控制过程进行监控，工作人员可通过操作台对控制系统进行操作，实现人工控制。

2.2 方案的优势分析

通过使用先进的变频调速控制技术，能够很好地解决传统液力耦合技术在实践中存在的问题，其优势主要表现在以下几个方面：第一，利用变频调速控制技术可以实现带式输送机的软启动，设备的启动过程可以根据需要自行设定，有效避免了启动阶段造成的电流过大问题，对电机进行保护；第二，由于实现了软启动，所以整个启动过程不会对设备造成很大冲击，皮带启动时的受力显著降低，提升了皮带的使用寿命；第三，采用主—从控制方式，可以实现两台电机转速的同步控制，确保电机功率平衡；第四，变频技术的使用不会造成环境污染问题。

3 技术改造方案主要硬件设施介绍

带式输送机技术改造方案中应用的硬件设施较多，以下主要对变频器及其控制器进行详细介绍。

3.1 变频器的选型

本文所述带式输送机有两台电机，需要配备两台变频器。结合实际情况最终选用的是MWG-2000/10/6k 型矿用防爆变频器，由东芝三菱公司研制生产。该型号变频器在使用时不会产生谐波，即运行时不会对电网产生影响，所以在煤矿领域已经有了很多的应用，且取得了很好的应用效果。变频器的输入电压及频率分别为10 kV 和50 Hz。输出的电压为6 kV，但其输出电压频率可以在0～120 Hz范围内变化。可以实现电机较大范围转速的控制，且控制精度可以控制在0.1%范围内。另外，可以将两台电机的功率不平衡度控制在2%范围内。

3.2 控制器的选型

控制器为技术改造方案的核心内容，其作用主要是对变频器进行控制。本研究中选用的控制器型号为S7-300 型PLC 控制器。为了保障控制器的稳定运行，采用的是冗余CPU 设置，即配置了两个CPU，任何一个能够正常运行就可以保证控制系统的正常工作。另外，控制器同时包含有数字量输入模块和模拟量输入模块，意味着传感器检测到的模拟量信号可以直接输入控制器中进行处理，无需经过A/D 转换，大大简化了系统的整体结构。

4 带式输送机技术改造实践应用效果分析

将本文设计的带式输送机技术改造方案应用到某煤矿工程实践中，对原有的液力耦合控制模式进行技术改造，结果发现取得了很好的应用效果。第一，带式输送机的启动过程实现了软启动，有效规避了启动过程对设备造成的冲击，降低了设备的故障率，尤其是皮带的损伤率，从而显著缩短了设备的停机时间和维护保养时间，工作人员的工作量也显著减小，降低了企业的人力成本和设备维护保养成本；第二，提升了设备的自动化程度，带式输送机运行过程中可以根据实际使用需要对电机输出转速进行调整，可以节省大量的电力能源消耗，根据初步统计计算，通过使用变频调速控制技术每年可以为煤矿企业节省55 万元左右的电能消耗；第三，规避了环境污染问题，营造了更好的工作环境，社会效益显著。综上所述，通过在煤矿用带式输送机中使用变频调速控制技术，能够为煤矿企业创造很好的经济效益和社会效益，值得其他煤矿企业借鉴。