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1、引言
    神華北電勝利能源有限公司地面生產系統南沈陽煤礦設計院設計，總長3.6km．于2006年11月正式投入生產使用。它是使用1989年我國發布的帶式輸送機技術標準CB 10595-89設計而成的。我國最早推廣應用的帶式輸送機標準是由化工部運輸設計技術中心制定的標準，于1982年形成系列產品。該系列，產品的皮帶運輸機在我國應用極廣。但20年過去了，帶式輸送機結構、傳動方式墨守常規的沿用至今，處于技術落后。就公司帶式輸送機而言，在目前實際使用過程中存以下7方面的不足，具體如下：
    (1)采用直接啟動、停止控制系統，適應性差（不能實現軟啟動，軟制動）；
    (2)功率大，存在大馬拉小車的現象，空載時也常在運轉，能耗大：
    (3)無論運送物料多少，輸送機都在恒速轉動，不能隨物料多少進行變速運輸，能耗大；
    (4)膠帶機保護裝置少，膠帶縱向撕裂解決方案不理想：
    (5)不能在大坡度下運輸；
    (6)在寒冷地區露天作業的膠帶機，物料在膠帶上粘附嚴重，清掃器清掃效果不理想；
    (7)運輸物料灑落，對環境造成很大污染，且浪費大。
    針對上述的問題，許多專家開始對皮帶運輸機進行改進研究。本文則對變頻調速技術在帶式輸送機應用中節能方面進行了研究。
2、目前帶式輸送機的結構和特點
    目前帶式輸送機的驅動裝置南電機、聯軸器、制動器、耦合器、減速機、滾筒組合而成。其結構復雜，布置寬度尺寸大，需要保養維修部位多，不能軟啟動、軟制動、能耗高等。采用變頻技術不僅縮小了驅動裝置的布置空間，而且可以實現軟啟動。在帶式輸送機中裝入皮帶秤動態稱重反饋控制，還可以實現帶式輸送機隨物料多少進行的變速運輸，重載加速、輕載減速、空載時停機。這樣不僅提高了運輸效率而且還節省了寶貴的電能資源，且使帶式輸送機橫向尺寸大大減小，結構緊湊、輕巧，方便與現場設備配置，適用于機頭位置狹小的場合，因而不需要許多齒輪降速，也節省了許多成本。
3、設計改進內容
    首先，把成型的PLC控制技術用到改進帶式輸送機的設計中。
PLC (programmable logic controller)，即可編程邏輯控制器。現代的可編程控制器以微處理器為基礎．高度集成工業控制技術相結合的產品。
    PLC自問世以來，經過20多年的發展，已經成為最受歡迎的工業控制類產品。它之所以快速發展，除了工業自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優點，較好地解決了工作控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。PLC控制一般具有可靠性高、易操作性、靈活性強、抗干擾能力強等特點，平均故障時間為幾十萬h。
    在試驗中為實現皮帶運輸機的變速控制，皮帶機的控制部分采用PLC控制的變頻調速系統，功率部分采用變頻器調速，現場反饋部分是在皮帶輸送機中裝入皮帶秤動態稱重系統。通過PLC主機、皮帶秤稱重系統、變頻器之間的通訊，由PLC控制可實現根據皮帶載荷大小調整皮帶的運行速度，以達到節能的目的。
    因為公司的驅動電機為6kV高壓電機，所以在本試驗中采用輸入電壓6kV．輸入頻率50Hz；輸出電壓6kV．輸出頻率0—50Hz，輸出功率450kW，輸出電流90A的變頻器。系統將變頻器、皮帶秤動態料流檢測并入其中，并進行輸入、輸出節點的分配，建立了各類模塊。主要完成給料機（破碎站給料）、皮帶運輸機的聯動控制，眥根據負荷對皮帶運輸機的速度進行調節控制。皮帶秤安裝在破碎站出料口，皮帶秤將檢測到的料流數據傳遞到眥控制柜，PLC根據料流檢測結果并和數據庫中的數據進行對比分析后輸出到變頻器，控制信號經執行器伺服放大器放大后，轉換為(4—20)mA的調節信號直接送至變頻器，進行電機轉速調節。從而實現隨物料多少皮帶的速度也隨著變化，當物料空載持續一段時間后可實現自動停車。皮帶機的啟動控制（包括自動和手動控制）要根據出料狀況和皮帶機停車前運行狀態進行控制。
該系統控制器部分主要是由上位機的調度監控部分、下位機PLC控制部分組成。下位機在線實時記錄、監控，并顯示數據；PLC向上位機傳遞設備實時狀態，接受并執行上位機的實時控制命令。可通過控制繼電器、接觸器等設備實現對現場設備控制。皮帶機驅動往往是多臺電機同時進行驅動，從節能的效果來看，對皮帶運輸機電機的變頻來說，產生的節能效果并非僅僅是一臺電動機的節能效果，而是并行工作的多臺電動機系統的節能效果。如果2臺電機并聯運行，一臺運行輸出扭力不足，2臺運行時則需要進行扭力分配調節。
    以公司帶寬1.6m，帶速4m/s，運輸長度3.6km的膠帶機為例：
    變頻驅動在節能、節省成本方面有以下幾方面的優點：
    (1)網側功率因數提高。原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.85左右，實際運行功率因數遠低于0.8。采用變頻調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.9以上．無需無功補償裝置就能大大地減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備的運行費用。
    (2)設備運行與維護費用下降。采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長，減少了機械磨損，維護T作量降低，檢修費用下降。
    (3)電機使用壽命延長。用變頻調速裝置后，可對電機實現軟肩動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內，電機可保證運行平穩，損耗減小，溫升正常。
    (4)更完善地保護了電機。與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱等多項保護功能，更完善地保護了電機。
    (5)適應電網電壓波動能力強。電壓工作范圍寬，電網電壓在-15%~+10%之間波動時，系統可正常運行。
    目前實踐證明將變頻調速器用在帶式輸送機上，節能效果顯著。
4、結束語
    在帶式輸送機配套設備及自動化控制中采用變頻器控制，在實際生產中已有了大規模的應用。通過帶式輸送機PLC軟件設計和控制程序設計，從而實現了變頻啟動和調速控制，有著廣泛的應用和市場前景。