皮带运输机变频控制系统设计分析

张鼎源

摘要：以皮带运输机变频控制系统设计为对象开展研究，在分析皮带运输机控制现状的基础上，从系统整体设计、构成部件选用和系统连线方式三方面对皮带运输机自动变频控制系统的设计进行全面介绍，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。

关键词：皮带运输机；变频控制；系统设计；部件选用

近年来电机变频技术作为一种比较成熟的新技术，已成为节能降耗的主要方法，如果将其应用在煤矿皮带运输装置上，通过监测皮带运输煤量来控制电机频率，就可使运输成本更加经济，同时也可提高运输机系统的使用寿命，降低事故发生率，对煤矿发展意义重大。

1皮带运输机变频控制系统整体设计分析

1.1变频控制系统构成分析

皮带运输机变频控制系统不仅能够依据皮带实际的煤炭运输量对运行速度进行自动调节，同时还能够对皮带运输机运输力矩进行调节。整个系统构成部分包括机械系统和 PLC 电气控制系统两部分，其中，PLC电气控制系统为核心。运行时，通过变频控制的方式驱动运输机的两台电机，所用变频装置均采用主从控制模式，确保驱动速度与驱动功率的均衡性。同时，驱动系统借由专用通讯系统实现同 PLC 的连通，进而达成对系统的统一控制。PLC 系统选用 S7-300 控制方案，上位机选用电子皮带秤。

系统运行时，控制部分不仅要与高低压配电柜和变频电机相互连通，实现对皮带机的监控，同时还要与保护装置和称重装置连通，以完成信号的有效采集。

1.2皮带变频控制原理分析

井下皮带运输机在变频控制过程中要求能够实现速度调节的平稳过渡，这就要求调速系统可以在力矩发生强烈变化时产生较大的力矩来稳定速度。一般来说，变频装置多通过变更电机供电频率完成对速度的调节，电机转速n与频率f之间存在如式（1）所示的关系：

n=60f（1-S）/m，（1）

式（1）中，n为电机转速，r/min；f为电机频率，Hz；S为电机转差率，%；m为电机极对数。

由式（1）分析可知，通过更改电动机频率 f 便能够实现对电机转速n的调节，而变频技术的作业原理便是基于这一点实现的。当运输煤炭量较大时，系统会自行调低运行频率，从而使得电机能够提供更大的扭矩，确保运行的有效性。

2变频控制系统构成部件选用分析

2.1变频控制系统硬件构成分析

2.2系统集中控制分析

皮带运输机变频控制系统的皮带控制部分位于各皮带侧部。本次设计所选用的控制系统为 KTC 系统，在皮带运输机作业时，其借由 PLC 装置对作业时的实时负载和煤流量进行监测，进而借助变频装置的变频功能对皮带运输速度进行自动调控，实现皮带运输装置不同运输模式的自动切换。运用 PLC 在提升整个控制系统运行稳定性的同时还能实现对故障的有效监测，提升运行的安全性。

皮带运输机选用型号为KTC101的集中控制和保护系统，该系统主控制型号为 KTC101-Z，电源型号为KDW101。皮带上布设有粒位感应装置和流量传感装置（电子秤），运行时传感装置能够自行将流量信号转变为电信号，以便于系统对皮带负载变化进行精准判定，从而实现对频率的实时有效调节。

2.3变频系统选用分析

变频装置的容量必须与电机容量相匹配，如果过小，便会导致电机转矩降低，而过大则可能导致电机烧毁。有鉴于此，变频系统使用前必须充分结合负载变化规律，借由计算负载电流来选取适宜的变频装置容量，同时使用前还应对其进行试运行校对，尽可能在满足使用需求的前提下选择小容量的变频装置，以降低运行成本。基于上述考量，最终决定选用型号为ACS800-07/U7的变频装置，变频装置控制采用主从运行模式，从而确保速度变化的平衡性。此外，为有效保护变频装置，在其电气回路中应当配置快速熔断装置，确保系统出现短路过载时能够及时断电，所用熔断装置型号为RS3。

2.4电子皮带秤选用分析

电子皮带秤是实现皮带负载监测的关键感应装置。变频控制系统选用压力传感装置，专用于皮带输送作业中。考虑到井下作业环境恶劣，所用电子皮带秤必须具备较好的稳定性。此次设计最终确定皮带秤型号为W E-X，其通过微机进行操控，能够在井下高温、高湿、高粉尘的复杂环境中实现对皮带所运输物料质量的精准测定，同时该设备安装和日常维护难度较小。

3系统连线方式分析

皮带运输机变频控制系统不同构成部分的有效连接是确保其运行有效性的关键所在。此次设计中皮带运输机为双电机运行，每台电机配置一个变频控制装置，同时在皮带机井口50m处布设配电室，用以将10kV电压转化为0.6kV，以供皮带机电机使用。PLC装置和变频装置通信所选用的适配器的型号均为RPBA-01，能够与不同型号的变频装置有效匹配。此外，皮带上的压力感应装置完成信号采集后，通过放大器放大后再经转换器转化后传入PLC装置。

4结语

皮带运输机作为矿井生产作业中的核心装置，其运行有效性对矿井综合效益的获得有着至关重要的直接影响。矿井管理者应当充分重视传统定频控制系统应用中存在的不足，积极在皮带运输机控制中引进变频控制技术，在降低皮带运输机运行能耗的同时提升其运行的稳定性，降低皮带损耗率，从而为矿井生产作业的持续、高效开展提供坚实保障。

参考文献

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[2]朱启建，孙凤花，宋志安.煤矿地面运输系统的可靠性分析及优化[J].煤矿机械，1999，（4）：1-3

（作者单位：冀中能源峰峰集团新三矿机运区

河北省邯鄲市峰峰矿区）