煤矿井下皮带机控制系统

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摘 要：文章介绍了黑岱沟实业公司锅炉房(选煤)出渣皮 带机调速改造——采用先进的变频技术和计算机控制技术，实现皮带机转速随锅炉运行台数 的不同而变化，这样有利于节约电能和降低设备磨损。
关键词：锅炉；皮带机；变频；调速改造
中图分类号：TM621.2  文献标识码：B  文章编号： 1007—6921(2009)17—0101—02
1 概述
1.1 问题的提出煤矿井下皮带机控制系统

黑岱沟实业公司锅炉房(选煤)共有5台锅炉，20t/h热水锅炉3台，10t/h蒸汽锅炉2台。出 渣皮带机承担了整个锅炉房的5 台锅炉的出渣任务。各台锅炉排出的炉渣，经出渣刮板机输 送至该出渣皮带机，再由出渣皮带机运送至矸石缓冲仓。该出渣皮带机主要技术参数如下： 
长度：150m
皮带宽度：800mm
皮带速率：1m/s
电动机功率：18.5kW

锅炉房供暖期间，该设备长达180天连续工作。由于季节、昼夜、室外温度的差异，锅炉运 行台数和排渣量不同。但不论出渣多少，皮带机均以恒定速度运转，很多时间出渣量远远低 于设计能力。从而造成设备无畏的磨损和电能的消耗，同时还增大了运行与维护的成本。
1.2 技术改造的思路

谈到皮带机的调速与控制，很容易联想到以运送物料多少为调速依据的单一模式。一次信号 由运送物料的重量或体积给定，信号采集就会变得十分复杂，如皮带称重或体积测定。若以 锅炉运行的台数为调速依据，问题就变得简单了许多。皮带机转速随锅炉运行台数的不同而 变化，锅炉运行台数越多，皮带机速度就越快；反之，锅炉运行台数越少，皮带机速度就越 慢。有利于节约电能和降低设备磨损。为减少不必要的投入和复杂的设备，采用了目前先进 的变频技术和计算机控制技术，选用SIEMENS MM440变频器和SIEMENS S7-200可编程控制器 (PLC)，并根据实际需求编写了运行程序。

该装置还应具有工频变频切换、启动响铃、现场启停、拉绳急停、状态显示、频率显示等功 能。
2 技术方案

出渣皮带机变频技术改造采用先进的交流变频调速技术，根据各台锅炉运行与否和预先编制 的运行程序，从5台锅炉的配电柜中引出有代表性的锅炉运行信号，经变频控制柜进行信号 转换，再将此信号输入到PLC进行信息处理，PLC可按照预先编写的程序进行运算。PLC与变 频器通过RS485端口，使用USS协议连接，使变频器输出多档变频电流，皮带机电动滚筒则以 不同的转速运行。从而实现了皮带机速度随锅炉启动台数的多少而变化，达到节电和延长设 备寿命的目的。同时还增设了除尘排灰档，在皮带机机头或机尾均可控制。详见工作原理框 图：


2.1 信号采集部分
2.1.1 锅炉运行信号：

各台锅炉在运行之前，必须先启动各自的出渣刮板机，将该信号做为锅炉运行的标志信号是 可行的。再将各台锅炉出渣刮板机运行的主回路电流信号，经中间继电器转换为开关信号。 当某台锅炉运行时，就会有交流220V电流通过相应的中间继电器，使另一中间继电器吸合， 此时有直流24信号输入PLC。
2.1.2 除尘排灰信号：在皮带机机头或机尾按动“除尘”按钮，当操作人员按动该按钮 ，使中间继电器吸合，有直流24V信号输入PLC，来实现此功能。
2.2 PLC 部分

就逻辑顺序而言，各台锅炉运行与否，并不是简单的运行台数相加，而是组合关系，共有2b =64种方式。如此复杂逻辑关系，很难用传统的继电器电路完成。因此，采用当前先进的可 编程控制器(PLC)。

在PLC内已输入预先编写的程序，该程序即可实现自动变频与控制。其频率设定依据如下：
2.2.1 锅炉运行状态：只要有一台锅炉运行，则煤矿井下皮带机控制系统
式中：f—运行频率
fo—基本频率
Δf—状态频率[ZK)]
有Δf = f1+ f2+ f3+ f4+ f5
f1、f2、f3、f4、f5分别为1#汽炉、2#汽炉、1#水炉、2#水炉、3#水炉运行时的 频率，当某台锅炉不运行时，其值为零。当任何一台锅炉都不运行时，则
f = 0
即：皮带机不运行。
2.2.2 除尘排灰状态：若需除尘排灰，操作人员按动“除尘”按钮，则：
f = f＇
式中：f＇—除尘设定频率
该状态设置优先于锅炉运行状态，即不论在何种锅炉运行状态下，只要启动“除尘”按钮， 变频器输出为除尘频率。煤矿井下皮带机控制系统
2.3 变频器部分

PLC与变频器通过RS485端口，使用USS协议连接，适时调整和改变变频器的输出频率。因为 各台锅炉的运行都可以有对应的频率增量，所以运行锅炉台数越多，变频器的输出频率也就 越高，反之亦然。当所有锅炉都停止运行，变频器的输出为零，仅处于待机状态。

值得注意的是，皮带机处于低速工作状态时，只有功率和速度的变化，其扭矩不会改变。在 选择变频器时，我们采用了了上述型号的恒扭矩变频器。
3 改造效果

经改造后，实现变频器输出频率随锅炉启动台数而变化，皮带机速度由低到高，按多种不同 速度运行，其改变量可根据需要而设定。目前，单台锅炉运行时，皮带机电动机的运行频率 为17.5Hz，每增加启动一台锅炉，频率增加2.5Hz，以此类推(见下表)。