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摘 要：文章介紹了黑岱溝實(shí)業(yè)公司鍋爐房(選煤)出渣皮 帶機(jī)調(diào)速改造——采用先進(jìn)的變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速隨鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù) 的不同而變化，這樣有利于節(jié)約電能和降低設(shè)備磨損。
關(guān)鍵詞：鍋爐；皮帶機(jī)；變頻；調(diào)速改造
中圖分類號(hào)：TM621.2  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B  文章編號(hào)： 1007—6921(2009)17—0101—02
1 概述
1.1 問題的提出

黑岱溝實(shí)業(yè)公司鍋爐房(選煤)共有5臺(tái)鍋爐，20t/h熱水鍋爐3臺(tái)，10t/h蒸汽鍋爐2臺(tái)。出 渣皮帶機(jī)承擔(dān)了整個(gè)鍋爐房的5 臺(tái)鍋爐的出渣任務(wù)。各臺(tái)鍋爐排出的爐渣，經(jīng)出渣刮板機(jī)輸 送至該出渣皮帶機(jī)，再由出渣皮帶機(jī)運(yùn)送至矸石緩沖倉(cāng)。該出渣皮帶機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下： 
長(zhǎng)度：150m
皮帶寬度：800mm
皮帶速率：1m/s
電動(dòng)機(jī)功率：18.5kW

鍋爐房供暖期間，該設(shè)備長(zhǎng)達(dá)180天連續(xù)工作。由于季節(jié)、晝夜、室外溫度的差異，鍋爐運(yùn) 行臺(tái)數(shù)和排渣量不同。但不論出渣多少，皮帶機(jī)均以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，很多時(shí)間出渣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 于設(shè)計(jì)能力。從而造成設(shè)備無畏的磨損和電能的消耗，同時(shí)還增大了運(yùn)行與維護(hù)的成本。
1.2 技術(shù)改造的思路

談到皮帶機(jī)的調(diào)速與控制，很容易聯(lián)想到以運(yùn)送物料多少為調(diào)速依據(jù)的單一模式。一次信號(hào) 由運(yùn)送物料的重量或體積給定，信號(hào)采集就會(huì)變得十分復(fù)雜，如皮帶稱重或體積測(cè)定。若以 鍋爐運(yùn)行的臺(tái)數(shù)為調(diào)速依據(jù)，問題就變得簡(jiǎn)單了許多。皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速隨鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)的不同而 變化，鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)越多，皮帶機(jī)速度就越快；反之，鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)越少，皮帶機(jī)速度就越 慢。有利于節(jié)約電能和降低設(shè)備磨損。為減少不必要的投入和復(fù)雜的設(shè)備，采用了目前先進(jìn) 的變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，選用SIEMENS MM440變頻器和SIEMENS S7-200可編程控制器 (PLC)，并根據(jù)實(shí)際需求編寫了運(yùn)行程序。

該裝置還應(yīng)具有工頻變頻切換、啟動(dòng)響鈴、現(xiàn)場(chǎng)啟停、拉繩急停、狀態(tài)顯示、頻率顯示等功 能。
2 技術(shù)方案

出渣皮帶機(jī)變頻技術(shù)改造采用先進(jìn)的交流變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)各臺(tái)鍋爐運(yùn)行與否和預(yù)先編制 的運(yùn)行程序，從5臺(tái)鍋爐的配電柜中引出有代表性的鍋爐運(yùn)行信號(hào)，經(jīng)變頻控制柜進(jìn)行信號(hào) 轉(zhuǎn)換，再將此信號(hào)輸入到PLC進(jìn)行信息處理，PLC可按照預(yù)先編寫的程序進(jìn)行運(yùn)算。PLC與變 頻器通過RS485端口，使用USS協(xié)議連接，使變頻器輸出多檔變頻電流，皮帶機(jī)電動(dòng)滾筒則以 不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)速度隨鍋爐啟動(dòng)臺(tái)數(shù)的多少而變化，達(dá)到節(jié)電和延長(zhǎng)設(shè) 備壽命的目的。同時(shí)還增設(shè)了除塵排灰檔，在皮帶機(jī)機(jī)頭或機(jī)尾均可控制。詳見工作原理框 圖：


2.1 信號(hào)采集部分
2.1.1 鍋爐運(yùn)行信號(hào)：

各臺(tái)鍋爐在運(yùn)行之前，必須先啟動(dòng)各自的出渣刮板機(jī)，將該信號(hào)做為鍋爐運(yùn)行的標(biāo)志信號(hào)是 可行的。再將各臺(tái)鍋爐出渣刮板機(jī)運(yùn)行的主回路電流信號(hào)，經(jīng)中間繼電器轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)。 當(dāng)某臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)，就會(huì)有交流220V電流通過相應(yīng)的中間繼電器，使另一中間繼電器吸合， 此時(shí)有直流24信號(hào)輸入PLC。
2.1.2 除塵排灰信號(hào)：在皮帶機(jī)機(jī)頭或機(jī)尾按動(dòng)“除塵”按鈕，當(dāng)操作人員按動(dòng)該按鈕 ，使中間繼電器吸合，有直流24V信號(hào)輸入PLC，來實(shí)現(xiàn)此功能。
2.2 PLC 部分

就邏輯順序而言，各臺(tái)鍋爐運(yùn)行與否，并不是簡(jiǎn)單的運(yùn)行臺(tái)數(shù)相加，而是組合關(guān)系，共有2b =64種方式。如此復(fù)雜邏輯關(guān)系，很難用傳統(tǒng)的繼電器電路完成。因此，采用當(dāng)前先進(jìn)的可 編程控制器(PLC)。

在PLC內(nèi)已輸入預(yù)先編寫的程序，該程序即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻與控制。其頻率設(shè)定依據(jù)如下：
2.2.1 鍋爐運(yùn)行狀態(tài)：只要有一臺(tái)鍋爐運(yùn)行，則：
f=fo+Δf
式中：f—運(yùn)行頻率
fo—基本頻率
Δf—狀態(tài)頻率[ZK)]
有Δf = f1+ f2+ f3+ f4+ f5
f1、f2、f3、f4、f5分別為1#汽爐、2#汽爐、1#水爐、2#水爐、3#水爐運(yùn)行時(shí)的 頻率，當(dāng)某臺(tái)鍋爐不運(yùn)行時(shí)，其值為零。當(dāng)任何一臺(tái)鍋爐都不運(yùn)行時(shí)，則
f = 0
即：皮帶機(jī)不運(yùn)行。
2.2.2 除塵排灰狀態(tài)：若需除塵排灰，操作人員按動(dòng)“除塵”按鈕，則：
f = f＇
式中：f＇—除塵設(shè)定頻率
該狀態(tài)設(shè)置優(yōu)先于鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，即不論在何種鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，只要啟動(dòng)“除塵”按鈕， 變頻器輸出為除塵頻率。
2.3 變頻器部分

PLC與變頻器通過RS485端口，使用USS協(xié)議連接，適時(shí)調(diào)整和改變變頻器的輸出頻率。因?yàn)?nbsp;各臺(tái)鍋爐的運(yùn)行都可以有對(duì)應(yīng)的頻率增量，所以運(yùn)行鍋爐臺(tái)數(shù)越多，變頻器的輸出頻率也就 越高，反之亦然。當(dāng)所有鍋爐都停止運(yùn)行，變頻器的輸出為零，僅處于待機(jī)狀態(tài)。

值得注意的是，皮帶機(jī)處于低速工作狀態(tài)時(shí)，只有功率和速度的變化，其扭矩不會(huì)改變。在 選擇變頻器時(shí)，我們采用了了上述型號(hào)的恒扭矩變頻器。
3 改造效果

經(jīng)改造后，實(shí)現(xiàn)變頻器輸出頻率隨鍋爐啟動(dòng)臺(tái)數(shù)而變化，皮帶機(jī)速度由低到高，按多種不同 速度運(yùn)行，其改變量可根據(jù)需要而設(shè)定。目前，單臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)，皮帶機(jī)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率 為17.5Hz，每增加啟動(dòng)一臺(tái)鍋爐，頻率增加2.5Hz，以此類推(見下表)。

改造效果十分明顯。①電動(dòng)機(jī)工作電流明顯下降，由原來的22A，下降為4～10A。②機(jī)修工 的維修、保養(yǎng)工作量大幅減少，實(shí)踐證明，皮帶輸送機(jī)經(jīng)變頻改造后既保證了運(yùn)行的要求， 又達(dá)到了節(jié)能和降耗的目的。
4 改造效益

出渣皮帶機(jī)的工頻轉(zhuǎn)速為1m/s，改為變頻調(diào)速運(yùn)行后平均帶速不足0.5m/s。因此,皮帶機(jī)及 托輥的壽命增長(zhǎng)了一倍，成本降低了一倍。皮帶機(jī)壽命為3年，價(jià)值54 000元，改造后壽命 延長(zhǎng)為6年。變頻裝置總造價(jià)5萬元，僅皮帶機(jī)一項(xiàng)可在3年收回投資。改造之前，一個(gè)采暖 期托輥費(fèi)用為9 546元，就托輥一項(xiàng)5~6年收回投資。改造之前一個(gè)采暖期電耗為16 577元， 經(jīng)改造后，電耗降為5 275元，節(jié)約電費(fèi)11 302元。就電費(fèi)一項(xiàng)5年收回成本。

綜合計(jì)算后，該改造項(xiàng)目可在1.3個(gè)采暖期內(nèi)收回全部投資。
5 小結(jié)

目前，機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行與控制正向著自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。變頻技術(shù)的產(chǎn)生 和發(fā)展是電氣技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，相配套的控制技術(shù)、傳感技術(shù)正突飛猛進(jìn)的速 度發(fā)展。廣泛應(yīng)用變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已成為工業(yè)機(jī)電領(lǐng)域不可遏制的趨勢(shì)。

利用此類新技術(shù)、新產(chǎn)品對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造和革新，乃是傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)進(jìn)步、增效挖潛的 十分有效的途徑。我們認(rèn)為，目前變頻技術(shù)的應(yīng)用方向大致可分為幾種類型。
5.1 工藝伺服型

變頻技術(shù)的最大的優(yōu)點(diǎn)在于無極調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而服從和滿足工藝需求。我們改造的 熱水采暖系統(tǒng)恒壓變頻補(bǔ)水系統(tǒng)和蒸汽鍋爐恒水位變頻補(bǔ)水系統(tǒng)主流上屬于此類。換句話說 ，是以工藝伺服功能為出發(fā)點(diǎn)，在滿足該功能的同時(shí)，又起到了節(jié)能降耗的顯著效果。
5.2 節(jié)能降耗型

變頻技術(shù)本身就有十分顯著的節(jié)能作用。實(shí)踐證明，由于變頻器的智能化作用，在同樣的使 用條件下，最少也可節(jié)能2%，其他情況則不言而喻。比如，在風(fēng)機(jī)、水泵類的應(yīng)用，它隨負(fù) 荷變化而調(diào)整頻率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。該項(xiàng)目的應(yīng)用其出發(fā)點(diǎn)和作用屬于此類型。 
5.3 其他用途

變頻技術(shù)除上述兩大用途之外，還可以開發(fā)出一些其他功能，如大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。目前大 型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)還限于降壓起動(dòng)，其主要為自耦降壓起動(dòng)，也有電子降壓?jiǎn)?dòng)的軟啟動(dòng)器。該 方法仍然會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的的沖擊，以風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載為例，在使用軟啟動(dòng)器和條件下 ，其啟動(dòng)電流也約為額定電流的3倍。而變頻啟動(dòng)則不同，電動(dòng)機(jī)從0Hz開始運(yùn)行，啟動(dòng)電流 可控制在額定電流范圍內(nèi)。此外，變頻器還具有直流輸出、高頻輸出、軟停車、制動(dòng)停車等 功能，這些功能有待開發(fā)。目前，在經(jīng)濟(jì)條件還不夠充足的情況下，對(duì)于變頻和計(jì)算機(jī)技 術(shù)的推廣與應(yīng)用，應(yīng)把有限 的資金盡可能地投入到高回報(bào)的項(xiàng)目中。我們還先后進(jìn)行了“熱水采暖系統(tǒng)恒壓變頻補(bǔ)水” 和“蒸汽鍋爐汽包恒水位變頻補(bǔ)水”的技術(shù)改造，均取得了理想的效果。除節(jié)能降耗、減少 維修之外，對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了不小的作用。在供暖設(shè)備中，變頻技術(shù)還有著十分 廣闊的應(yīng)用前景，如循環(huán)水泵、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。

此次技術(shù)改造，使我們受到了很大啟發(fā)。我們要不斷學(xué)習(xí)和掌握新技術(shù)，大力推廣和應(yīng)用新 產(chǎn)品，更新觀念、與時(shí)俱進(jìn)，使機(jī)電設(shè)備運(yùn)行和管理工作邁上新的臺(tái)階。

     擁有一支技術(shù)力量雄厚的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對(duì)煤礦自動(dòng)化工程有多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，已推出的工程有：礦井皮帶機(jī)電控系統(tǒng)、礦用絞車變頻電控系統(tǒng)、礦井泵房監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、乳化液泵控制系統(tǒng)、地面洗煤廠監(jiān)控系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、地面自動(dòng)裝車系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、礦井綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等。同時(shí)在防爆電器產(chǎn)品中，也有卓越的成績(jī)，攜手多個(gè)民用權(quán)威公司，打造出多款礦用專用型產(chǎn)品。已推出產(chǎn)品方案：防爆變頻器方案、隔爆兼本安型可編程控制箱方案、隔爆磁力啟器方案、防爆饋電開關(guān)方案、礦用組合開關(guān)方案、礦用高壓軟啟動(dòng)方案、礦用雙電源風(fēng)機(jī)切換裝置、防爆移動(dòng)變壓器方案等高新技術(shù)產(chǎn)品。

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