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平煤股份十三矿钢缆皮带输送机隔爆兼本安四象限变频控制系统的应
发布时间：2013-10-19 08:53 来源：未知
1、概述
十三矿己3钢缆皮带机为电压1140v、功率2×500kw四象限交流变频拖动，主导轮直径3.5米，运输能力500t/h，最大速度2米／秒，全长2280米，带宽1米，具有良好的运行特性，能实现高效运行，具有运煤、运人、验绳三种运行速度。电控系统由唐山开诚电器制造，液压站及盘式制动器由山东科技大学生产。
在钢带机电控系统中，变频器是设备安全运行的关键和核心，其运行性能好坏直接影响到原煤和人员的安全运输。我矿使用的四象限变频电控系统技术含量高，�；ち槊�，节能，启动平缓，制动可靠；本系统运用了主动前端自换技术，脉宽调制斩波技术，矢量控制技术，自调整技术等，遵循了“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先；同时技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到够用、适用、好用、易扩展，并充分利用了现有资源，在技术先进的基础上，做到经济实用。
2、系统简介
在本系统中最关键的是拖动系统，而变频器又是拖动系统的核心，本系统设计采用无速度传感器磁通矢量控制的变频器拖动系统。
2.1本系统采用磁通矢量控制变频器
本系统变频器采用SPWM磁通矢量控制方式。要实现精确的磁场定向矢量控制，则必须在异步电动机上安装精密的测速装置，但在井下钢丝绳牵引带式输送机上安装测速装置是很困难的，同时会增加系统的维护量。SPWM磁通矢量控制的基本控制思想是根据输入的电动机的参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值、检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用SPWM磁通矢量控制的变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩，以保证在低频运行时额定转矩的输出。
2.2良好的散热功能
通用变频器在国内外以广泛应用，但由于大功率器件的散热问题一直未能得到解决而没有在
煤矿井下得到广泛的应用，此次研制生产的隔爆变频器由于采用真空热管散热技术，很好的解决了
大功率器件的散热问题，投入使用以来，效果很好。
2.3优越的变频软起动、软停止特性
软起动、软停止特性是钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的首选目标。钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速时间，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。
2.4平稳的重载起动
钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。另外由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1.5-2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。
2.5 自动回馈制动
当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，将能量反馈到电网中，从而在负力提升的状态下也能实现准确的速度控制，又达到了节能的效果。
2.6实现无级调速
钢丝绳牵引带式输送机是煤矿生产运输系统主要组成部分，从最大限度的满足安全生产、经济运行的角度出发，驱动系统不仅可实现运人、运料、验绳等多种速度，而且可实现无级调速。变频器可调整电机于5%-100%额定带速范围内的任意带速长期工作。并且在任意速度下均可提供额定转矩。对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然钢丝绳牵引带式输送机系统的运煤量也是不均匀的，在负载较轻或无负载时，钢丝绳牵引带式输送机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要钢丝绳牵引带式输送机系统又不能随时停车。采用单独的PLC控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。此方案适于载荷不均的钢丝绳牵引带式输送机系统，可大大节约电能，同时降低钢丝绳牵引带式输送机系统的设备损耗，延长使用寿命。
针对平煤十三矿钢丝绳牵引胶带输送机系统，不仅可以通过“运行方式”选择“运煤”、“运人”或“验绳”以达到不同的速度设定，还提供了无级调速接口以供现场需要进行调速。
2.7可任意调整的加、减速度
根据钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的工作原理，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0. 2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。
变频器的加减时间可分别任意调整（0.1- 9999秒），故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。
2.8完善的�；ず凸收献哉锒瞎δ�
变频器具有完善的保护功能，以保障电气设备的正常运行。如：过压、欠压、过流、过热、短路、接地、三相不平衡、缺相等�；すδ�，不仅能保留10次故障代码，还能保存相应的故障参数。
2.9针对煤矿采取特殊措施
针对矿山应用的特殊环境，隔爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防爆、防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均涂抹多遍三防漆。
2.10隔爆兼本安型PLC控制箱
(1)胶带边缘线速度等同：本钢丝绳牵引带式输送机系统采用两台电机驱动，为了保证系统内的同步性能，首先要求两台电机应同步启停，在某一电机或驱动系统故障时能系统�；�，同时为了使系统更好的工作，还应尽量保证两台电机之间的功率平衡以及胶带边缘线速度等同。通过轴编码器采样胶带边缘线速度，由PI，C控制系统调整两台隔爆变频器的速度给定及频率给定增益，自动调整两台电机之间的微小速度差，实现两驱动电机之间胶带边缘线速度等同。
(2)两机动态功率平衡：在保证胶带边缘速度等同的前提下，可以通过PLC控制系统采样两台隔爆变频器的电流值，再通过适当调整两电机的速度来使两电机电流值逐步趋于平衡，这便形成了一个动态的功率平衡系统。
(3)完成各种保护的控制；完成绳脱槽�；�、带脱槽�；ぁ⒍仙；�、乘人上下越位保护（两极双�；ぃ�、电机的温度�；ぁ⒀涛肀；ぁ⒚翰侄衙罕；ぁ⒊鲁救魉缺；すδ堋�
(4)实现液压站油泵、润滑站油泵的选择及控制，根据油泵选择及工作状态，自动实现电磁阀的控制。
2. 11本质安全型操作集控台
操作集控台具有设备操作及显示功能。设备操作，操作方式选择、速度设定、肩停胶带输送机、可逆运行等；在操作台实时显示两台电机的电流、电压、速度、故障�；ぷ刺允炯翱刂疲ǘ仙⑸闲邢滦性轿�、张紧状态、煤仓堆煤、打滑、温度等�；さ南允荆�
(1)操作方式：
考虑到现场的需要及方便程度，本系统只分为正常操作方式和检修操作方式，以便简化用户的操作。
正常操作方式：此种方式用于正常生产运人或者运物，此时系统具有所有的�；すδ�，如绳脱槽�；ぁ⒋巡郾；ぁ⒍仙；�、乘人时的越位保护等，以保证正常生产的要求。
检修操作方式：此种方式用于设备检修或处理事故等工况下，此时系统除传动系统的�；ね�，
其他�；ぞ慌月�，因此这是一种非正�？捣绞剑员慵煨藜按硎鹿适笔褂�，最高限速为0.5m/s的速度。
(2)速度设定：
根据用户现场的实际负载及工况要求，用户可选择“运物”、“运人”、“验绳”及“无级调速”四种调速方式，以适应不同的负载情况。
2.12�；は低臣按衅�
由于本系统比较复杂，各种�；な勘冉隙�，如果采用电缆直联，不仅要耗费较多的电缆、增加工程施工量，也不利于系统的检修和维护。本系统采用现场总线型网络，只敷设一根三芯屏蔽电缆，形成总线型网络，将所有的�；つ扇胪缦低常叶晕幌允�，便于维护和检修。要注意的是，急停线、电源和通讯单独敷设电缆。
(1)本安型语言告警箱：
在上下乘人区，均设立语言告警箱�？登埃镅愿婢爸梅⒊鲇镆舾婢�。
(2)就地急停及启动确认按钮：
由于本胶带输送机传输距离比较远，现场工况又比较复杂。因此，在机头、机尾和有关需要�；牡胤缴枇⒕偷夭僮鞯悖杈偷丶蓖０磁�。急停按钮为就地优先，一旦发现问题，便于就地停车。同时，在此处还设启动确认按钮，发出开车预警后，相应地点进行开车前的确认工作，此确认在操作台屏上显示位置，并进入控制系统，与控制系统闭锁。此信号发出后控制系统自保住，但是一旦开车，这个信号就被复位，以避免确认信号长期有效造成的事故。这两种按钮信号通过现场总线网络传输给控制系统。
(3)超速�；ぜ按蚧；ぃ�
测速装置：本安型轴编码器
两台本安型轴编码器用来测量两条钢丝绳的速度（认为是皮带边缘的速度），以保证两条钢丝绳速度的同步。同时，该速度值又参与到控制系统的�；せ芈分校瓿沙俦；ぜ按蚧；さ墓δ�。
(4)断绳�；�、绳脱槽保护、带脱槽保护、沿线停机�；ぃ�
本安型四大�；ご衅鳎好扛�30米设�；ご衅饕惶祝刻�4台），将保护传感器就近接入现场总线型网络中，通过网络上传到控制系统中，以实现报警停车。这种方法解决了以下问题：操作台显示屏显示故障位置，便于检修和维护；分别用开关量传输，解决了传统电阻分段回路电阻值不准确的问题；采用先进的现场总线型网络传输故障位置及状态，解决了控制电缆芯线较多的问题。
其中因乘人越位�；さ闹匾虼�，上下各设两级乘人越位�；さ�，实现越位的两级�；�，以保障人员的安全。
(5)满仓、堆煤�；ぃ�
为了保证输送机可靠地工作，在机尾给煤点设输送机堆煤�；ご衅鳎诨访翰稚杪直；�。
(6)液压站油缸涨紧保护：
为了保证牵引钢丝绳的张力，不使机尾绳落地，在机尾设置液压自动张紧装置。当压力下降到规定位置时开关动作，油泵自动启动，压力达到规定值自动停止，以保证输送机的安全运行。
3、经济效益和社会效益
平煤股份十三矿己3防爆变频调速拖动钢缆皮带于2006年11月份开始安装，2007年3月份试运行，2007年6月正式投入运转，皮带全长2288米，安装倾角5度-8度。输送机驱动装置采用2×500KW电动机驱动(YB500-12)，总投资2000多万，单从投资上讲，成本比较高，但其维修费用低，节约电能，如果安装普通1米皮带，则需7部，总功率为2100KW，己3钢缆皮带投入运行以来，取得了良好的经济效益和社会效益。
3.1经济效益
(1)开机工作制：年工作300天，每天20小时，效率为80%
应用变频调速四年节约电能为：
(2100 -1000)×300×20×80%=528万KW.h
工业用电按0.5元/KW．计算，每年节约电费为582万xo．5—264万元
(2)己3防爆变频系统投入运行前，己三总机巷7部皮带运行需要10名司机，现在需要6名司机，每个岗位按系数1.5计算，一个班少用6人，三个班就是18人，大大节约了人力资源，其人均工资每月按2500元计算，则年节约工资：
18×12×2500- 54万元
(3)己3钢缆皮带投入运行以后，己1、己3两个采区可同时生产，大大提高了运输能力，每天提高1500吨，吨煤售价按350元计，除去每吨成本270元，一年按300天计算，则每年增加净利润为：
350 -270 -80元
1500×80×300 - 3600万元
合计每年的效益；N=264+54+3600=3918万元
3.2社会效益
己3钢缆皮带投入运转以后，完全满足了己1、已3两个采区原煤运输，工人可乘坐钢缆皮带出入工作场所，大大降低了工人的劳动强度。由于本系统为全国第一套2×500KW防爆变频调速拖动，为将来的更大功率变频拖动的研制和应用提供了现场实际使用的实例，创造了巨大的社会效益。
