煤矿皮带机电控系统存在问题及优化改造

张 嘎

（山西煤炭进出口集团鹿台山煤业有限公司， 山西 沁水 048200）

1 煤矿皮带机电控系统存在问题

1.1 电控系统部件易磨损

在皮带机运行过程中，机械传动和电气控制是出现故障次数最多的两个部分。如果皮带机电控系统难以正常运行，或受各种因素影响导致紧急停车，这种现象通常与电控系统构成中的电气组件有密切关联，特别是一些焊接点、插件等。正所谓“牵一发动全身”，一旦出现电气故障，就会对电控系统乃至整个皮带机运转造成严重影响。同时，在长时间运转的情况下电控系统部分设备零件也容易出现磨损，引起诸多负面影响。随着时间推移，零部件磨损加重，处于疲劳运行状态或日渐老化的机器就会频频出现故障。如果检修工作有所滞后或技改不合理，就会导致设备故障停机，严重影响煤矿生产效率。

1.2 稳定性较差

对于煤矿皮带机电控系统而言，恶劣的作业环境是其运行稳定性的最大威胁。电控系统运行稳定性不佳也是国内很多煤矿生产中影响皮带机运转的一个重要因素。受煤炭湿度和皮带阻力变化等因素的影响，电控系统稳定性也会受到不同程度的影响，皮带上下震动几率较大，进而产生大量洒落煤屑，需及时清理。此外，皮带震动可导致皮带跑偏，此类因素引起的故障往往需要检修人员现场维护调试，甚至停机清理维修，这对煤矿生产效率造成严重影响。

1.3 启动制动效果不佳，用时较长

在皮带机实际运转流程中，从启动加速开始直至减速停止，包含了一系列比较繁琐的操作程序，皮带机操作人员根据信号反馈来操作控制按钮，参与所有操作环节的控制，工作效率相对较低。此外，皮带机启动加速以及减速停止过程中电机负荷较高，电压波动较大，电控系统整体稳定性不佳，可靠性随之降低，且皮带机运行时间明显延长，严重影响煤矿生产效率。

2 煤矿皮带机电控系统的优化改造

煤矿皮带机结构中，其电控系统通常分为主控台、隔爆型变频调速器、电控箱、控制箱及相应的附属设备等多个部分，电控系统的优化改造也应着眼于以下几个方面。首先应选择可实现变频、工频自动转化效果的工频软启动互为备用控制系统，这不仅有利于增强电控系统稳定性和可靠性，同时还有利于加强电控系统对皮带输送机的控制效果[1]。采用基于BPBT-250/600型号的变频调速器，该型隔爆型变频调速器可保证输送机启动性能以及传输性能，同时还具有节能效果，增强输送机功率因数。主控台为TH系列安全型主控台，可实时在线监测煤位、电机电流、温度、速度以及跑偏量等信号反馈，而且能够控制变频调速器以及抱闸等部件。该模式改变了原有的单程通信方式，而是以串行通信为主，使得输送机接线问题大大简化，并且实现了语音报警功能[2]。

2.1 电控箱和控制箱的优化改造

电控箱主要负责向外提供电源（220 V），并且实现对变频器和其他一些电气设备运行的有效控制。控制箱的功能主要是负责确保PLC程序得到执行，而且可发挥对接入的保护效果（一般都为直接引入方式）。

2.2 变频器优化改造

如上所述，本文所选变频调速器为BPBT-250/660型矿用隔爆型变频调速器，其部件分为驱动单元、控制单元、整流桥、检测单元以及电源多个部分，主要负责对电机转速以及运行方向的控制[3]，其结构如下页图1所示。

2.3 主控台优化改造

图1 BPBT-250/660型矿用隔爆型变频调速器结构示意

就带式输送机而言，主控台模块的优化改造是其电控系统进行变频改造的关键。主控台部件中包括可进行编程控制器，利用这一控制器可明确系统不同保护与控制功能之间的逻辑关系，使系统运行更趋于合理。选择日本三菱公司生产的FX2NC-16MT为监控机主控器件，调整主控台数据传输，采用多行串口通信模式，在主控台内部安装的通信模块支持下实现数据传输。不同控制开关以及传感元件经由信号处理后连接PLC控制器输入端，数据逻辑运算以及处理工作由PLC控制系统完成，以此为基础来控制工作继电器以及安全继电器的全部节点[4]。这样一来，带式输送机无论是在启停、变速还是报警、保护状态下都可做到实时变形。

2.4 变频器控制的优化改造

考虑到以往带式输送机所用电控系统变频器的弊端，应改造其控制方式，首先通过微处理器软件对集成电子电路实施模拟控制，通过内置控制程序时钟，微处理器可测定输入信号，并实现对系统信息输入输出的控制。操作人员根据给定参数信息以及控制命令在操作面板实现对电动机运行的控制，并计算IGBT开关位置。门驱动器将参数放大后驱动IGBT，基于IGBT的通断频率来调节电压频率，最终实现对电动机运转速度的有效控制。倘若IGBT在实际运行期间出现过电流效应，门驱动器能够向微处理器发送传输故障信号，然后暂停输送信号，此种状态下变频器运行中止，提示故障并在控制界面显示故障类型[5-6]。

3 皮带机电控系统优化改造的效果分析

1）变频改造下系统软启动功能实现了电机软启动与输送机软启动二者的有机结合，皮带机储存的张力和能量被缓慢释放，启动和运行状态下产生的张力波随之降低，这有助于保护皮带机设备和皮带本身免受冲击损伤，也是真正意义上的软启动，设备故障概率明显降低。

2）变频改造下皮带机运行速度可调，这有利于检修人员及时开展皮带机检修工作，检修率进一步提升。

3）采用变频技术改造皮带机电控系统，可实现皮带机运行的主从控制，进一步保障系统实现功率平衡，从而有效应对多电机模式下驱动功率不平衡的矛盾。