开滦能源化工股份有限公司煤炭产业机电部 河北省唐山市 063000
摘要：本文针对煤矿胶带运输机节能调速的现实需要，提出了胶带运输机智能变频节能控制运行方式的研究方案，并在多年现场应用中，结合实际中出现的具体问题，提出了现场使用中的注意事项。
关键词：胶带运输机；智能；控制；研究；应用
变频调速控制是近年来兴起的一门新技术，它是通过改变电源频率来实现速度的调节，因其具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等特性越来越被人们所重视。随着变频调速技术的不断成熟，变频调速装置在胶带运输设备上的应用也越来越广泛。
变频控制器的工作原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
目前使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
煤矿胶带机运输机采用变频器节能控制系统性能的优点在这里就不细说了，实际节能效果可达15%～40%
智能变频调速控制研究与应用
2013年，开滦集团在钱家营矿平三皮带开发试制了智能变频调速系统并取得了成功，2015年起动了四个矿井16部主运输胶带运输智能变频调速改造，节能效果显著。随后在全集团公司推广使用这种技术。到目前开滦集团仅唐山片区就已经陆续投入了30多部采用这种智能调速技术的主运胶带运输机。
系统智能节能技术的实现
（1）料流的检测及计算
皮带电控系统发出起动命令后，变频器开始拖动电机运行，PLC控制箱在接收到变频器返回的运行信号后，延时一段时间，待皮带运行平稳后，开始检测安装在皮带机机尾的超生波料流传感器（非接触式）的料流信号，实时检测皮带上物料的多少，并将检测到的数值传送到PLC控制箱，PLC控制箱经过比较计算输出控制信号。PLC将计算结果通过模拟量通道控制变频器的输出频率，通过变频器来调节皮带机转速，可以达到皮带物料较少时自动降低皮带速度，运量增大时自动提高皮带速度，从而实现节能和减少设备磨损。
（2）多个落煤点的检测
多个落煤点的节能控制是在每个落煤点安装一台料流传感器，每台料流传感器的检测信号都传输到位于机头的PLC控制箱，控制箱内的PLC分别计算当前位置的煤量多少，取两个地点的最大值来与变频器的输出频率进行调节。
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图1 起车过程功率平衡的控制程序流程图
变频驱动功率平衡功能的实现
功率平衡控制过程分为起车过程功率平衡调节、运行工况（依据煤流调节）功率平衡调节和满转速功率平衡调节三个过程。调节时设置一台为主机，其它为从机。
a.起车过程功率平衡的控制程序流程如图1所示。这里采用差值法进行功率平衡的调节，一般是在主电机电流不超过额定电流的前提下，保证主机电流和从机电流的差值△I=Iz-Ic在10%的额定电流Ie范围之内。如果某台从电机的电流差值△I≤5%Ie时，该电机对应的频率继续增加；当5%Ie≤△I≤10%Ie时，该电机对应的频率停止增加；当△I＞10%Ie时，该电机对应的频率需要减小。在煤流控制转速的系统中，对于大多数非变频电机设定起车完成为30HZ。当其中任一台电机的频率升到30HZ，输送机达到设定转速，保证5%Ie≤△I≤10%Ie满足后，起车过程调节结束，从而投入运行工况功率平衡调节。
b.运行工况功率平衡调节的流程图如图2所示。在实际运行中，基本都需要投入运行工况功率平衡调节。运行工况的功率平衡调节和起车过程的功率平衡调节虽然都采用差值法进行控制，但还是存在差别。起车过程，频率总体呈增加趋势，但在运行工况时，频率调节随煤流的多少，随时调节，煤流多时，频率调高，煤流少时，频率调低，最高频率50HZ，最低频率30HZ（如果采用专用的变频电机，可以低至10HZ）。调节时还是从机跟随主机实时调节。
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图2 运行工况功率平衡的控制程序流程图
c.满转速功率平衡调节中，在主电机达到最大50HZ运行时，调节从电机频率使其达到50HZ，如果从电机调节到50HZ时，还不能达到功率平衡状态，这时将主电机频率降低后再调节，最终使主从机达到功率平衡运行状态。
现场使用中的注意事项
在开滦集团多年现场使用过程中，由于各矿井在设备招标采购中购入的变频器及控制系统厂商不同，因此在实际使用中有不同的问题和解决方案，总结如下：
（1）由于给煤机给到皮带上的物料有时是不均匀的，所以皮带机上的物料多少要在程序里按建立的数学模型进行计算，不是简单的进行PID调节，PID调节将造成皮带机的速度变化过于频繁，从而造成皮带电机过热而损坏。
（2）控制程序模拟3到6个档位最佳，也是为了防止变频器频繁调速，可以有效延长变频器和电机使用寿命。
（3）最好采用专用的变频电机，可以将频率调低至10HZ；如果使用普通电机改造，要拆除原同轴散热风扇并加装单独受plc控制的散热风机，频率不要调低于30HZ。
结 论
由于胶带运输机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点，所以广泛应用于矿山、煤炭、冶金等行业，用来输送松散物料或成件物品，煤炭是我国第一能源，胶带运输机作为主运输设备已经被普遍采用。随着我国高产高效矿井建设的不断推进，研究和推广胶带运输机智能变频节能控制技术，降低能源消耗和设备磨损，具有广泛的应用前景。
作者简介：
夏晓光，1991年毕业于黑龙江矿业学院机电系机械专业，2014年取得辽宁工程技术大学硕士学位 现工作于开滦能源化工股份有限公司煤炭产业机电部，主管胶带运输机工作10多年。