1、引言
    神華北電勝利能源有限公司地面生產(chǎn)系統(tǒng)南沈陽煤礦設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，總長3.6km．于2006年11月正式投入生產(chǎn)使用。它是使用1989年我國發(fā)布的帶式輸送機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CB 10595-89設(shè)計(jì)而成的。我國最早推廣應(yīng)用的帶式輸送機(jī)標(biāo)準(zhǔn)是由化工部運(yùn)輸設(shè)計(jì)技術(shù)中心制定的標(biāo)準(zhǔn)，于1982年形成系列產(chǎn)品。該系列，產(chǎn)品的皮帶運(yùn)輸機(jī)在我國應(yīng)用極廣。但20年過去了，帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式墨守常規(guī)的沿用至今，處于技術(shù)落后。就公司帶式輸送機(jī)而言，在目前實(shí)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(dòng)、停止控制系統(tǒng)，適應(yīng)性差（不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟制動(dòng)）；
    (2)功率大，存在大馬拉小車的現(xiàn)象，空載時(shí)也常在運(yùn)轉(zhuǎn)，能耗大：
    (3)無論運(yùn)送物料多少，輸送機(jī)都在恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能隨物料多少進(jìn)行變速運(yùn)輸，能耗大；
    (4)膠帶機(jī)保護(hù)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(yùn)輸；
    (6)在寒冷地區(qū)露天作業(yè)的膠帶機(jī)，物料在膠帶上粘附嚴(yán)重，清掃器清掃效果不理想；
    (7)運(yùn)輸物料灑落，對(duì)環(huán)境造成很大污染，且浪費(fèi)大。
    針對(duì)上述的問題，許多專家開始對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行改進(jìn)研究。本文則對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機(jī)應(yīng)用中節(jié)能方面進(jìn)行了研究。
2、目前帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
    目前帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置南電機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、耦合器、減速機(jī)、滾筒組合而成。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置寬度尺寸大，需要保養(yǎng)維修部位多，不能軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)、能耗高等。采用變頻技術(shù)不僅縮小了驅(qū)動(dòng)裝置的布置空間，而且可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。在帶式輸送機(jī)中裝入皮帶秤動(dòng)態(tài)稱重反饋控制，還可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)隨物料多少進(jìn)行的變速運(yùn)輸，重載加速、輕載減速、空載時(shí)停機(jī)。這樣不僅提高了運(yùn)輸效率而且還節(jié)省了寶貴的電能資源，且使帶式輸送機(jī)橫向尺寸大大減小，結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，方便與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備配置，適用于機(jī)頭位置狹小的場(chǎng)合，因而不需要許多齒輪降速，也節(jié)省了許多成本。
3、設(shè)計(jì)改進(jìn)內(nèi)容
    首先，把成型的PLC控制技術(shù)用到改進(jìn)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中。
PLC (programmable logic controller)，即可編程邏輯控制器�，F(xiàn)代的可編程控制器以微處理器為基礎(chǔ)．高度集成工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。
    PLC自問世以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以快速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了工作控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。PLC控制一般具有可靠性高、易操作性、靈活性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，平均故障時(shí)間為幾十萬h。
    在試驗(yàn)中為實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的變速控制，皮帶機(jī)的控制部分采用PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，功率部分采用變頻器調(diào)速，現(xiàn)場(chǎng)反饋部分是在皮帶輸送機(jī)中裝入皮帶秤動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。通過PLC主機(jī)、皮帶秤稱重系統(tǒng)、變頻器之間的通訊，由PLC控制可實(shí)現(xiàn)根據(jù)皮帶載荷大小調(diào)整皮帶的運(yùn)行速度，以達(dá)到節(jié)能的目的。
    因?yàn)楣�司的�?qū)動(dòng)電機(jī)為6kV高壓電機(jī)，所以在本試驗(yàn)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(tǒng)將變頻器、皮帶秤動(dòng)態(tài)料流檢測(cè)并入其中，并進(jìn)行輸入、輸出節(jié)點(diǎn)的分配，建立了各類模塊。主要完成給料機(jī)（破碎站給料）、皮帶運(yùn)輸機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制，眥根據(jù)負(fù)荷對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。皮帶秤安裝在破碎站出料口，皮帶秤將檢測(cè)到的料流數(shù)據(jù)傳遞到眥控制柜，PLC根據(jù)料流檢測(cè)結(jié)果并和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后輸出到變頻器，控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行器伺服放大器放大后，轉(zhuǎn)換為(4—20)mA的調(diào)節(jié)信號(hào)直接送至變頻器，進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)隨物料多少皮帶的速度也隨著變化，當(dāng)物料空載持續(xù)一段時(shí)間后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車。皮帶機(jī)的啟動(dòng)控制（包括自動(dòng)和手動(dòng)控制）要根據(jù)出料狀況和皮帶機(jī)停車前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。
該系統(tǒng)控制器部分主要是由上位機(jī)的調(diào)度監(jiān)控部分、下位機(jī)PLC控制部分組成。下位機(jī)在線實(shí)時(shí)記錄、監(jiān)控，并顯示數(shù)據(jù)；PLC向上位機(jī)傳遞設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機(jī)的實(shí)時(shí)控制命令�？赏ㄟ^控制繼電器、接觸器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制。皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)往往是多臺(tái)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從節(jié)能的效果來看，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)的變頻來說，產(chǎn)生的節(jié)能效果并非僅僅是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果，而是并行工作的多臺(tái)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果。如果2臺(tái)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，一臺(tái)運(yùn)行輸出扭力不足，2臺(tái)運(yùn)行時(shí)則需要進(jìn)行扭力分配調(diào)節(jié)。
    以公司帶寬1.6m，帶速4m/s，運(yùn)輸長度3.6km的膠帶機(jī)為例：
    變頻驅(qū)動(dòng)在節(jié)能、節(jié)省成本方面有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：
    (1)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高。原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.85左右，實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于0.8。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上．無需無功補(bǔ)償裝置就能大大地減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
    (2)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降。采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長，設(shè)備運(yùn)行壽命延長，減少了機(jī)械磨損，維護(hù)T作量降低，檢修費(fèi)用下降。
    (3)電機(jī)使用壽命延長。用變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟肩動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過電機(jī)額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命延長。在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。
    (4)更完善地保護(hù)了電機(jī)。與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。
    (5)適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)。電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15%~+10%之間波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可正常運(yùn)行。
    目前實(shí)踐證明將變頻調(diào)速器用在帶式輸送機(jī)上，節(jié)能效果顯著。
4、結(jié)束語
    在帶式輸送機(jī)配套設(shè)備及自動(dòng)化控制中采用變頻器控制，在實(shí)際生產(chǎn)中已有了大規(guī)模的應(yīng)用。通過帶式輸送機(jī)PLC軟件設(shè)計(jì)和控制程序設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了變頻啟動(dòng)和調(diào)速控制，有著廣泛的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。