煤礦皮帶機電控系統(tǒng)故障分析

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摘要：分析煤礦皮帶機電控故障問題，針對性的指出相關(guān)的優(yōu)化方案，為此后煤礦皮帶機電控系統(tǒng)的優(yōu)化工作提供更多的借鑒依據(jù)。指出了煤礦皮帶機電控系統(tǒng)的故障原因，細化故障類型，在遵循控制原理的基礎(chǔ)上提出變頻與系統(tǒng)優(yōu)化改造方案。將優(yōu)化后的方案進行實例應(yīng)用，效果良好，可以有效改善運行期間的故障問題，提高運行效率，確保安全運行，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟利益。

關(guān)鍵詞：煤礦皮帶機；電控系統(tǒng)；故障；優(yōu)化方案

1煤礦皮帶機電控系統(tǒng)故障原因

電氣故障與機械故障屬于煤礦皮帶機電控系統(tǒng)常見的故障因素，其中電氣故障為主要原因。當(dāng)皮帶機電控系統(tǒng)無法正常運行時，其導(dǎo)致的緊急停車會嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，降低生產(chǎn)效率。而焊接點與插件屬于誘發(fā)電控系統(tǒng)故障的關(guān)鍵因素，在長期使用過程中，電控系統(tǒng)的零件會出現(xiàn)不同程度的磨損，以致影響了機器的實際運行效率，此時若得不到及時維修與調(diào)整，則會導(dǎo)致設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)。同時，受煤炭濕度以及皮帶阻力的影響，電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，極易因皮帶振動而導(dǎo)致煤屑灑落或跑偏問題。除此之外，實際生產(chǎn)后，皮帶機根據(jù)司機的操作實現(xiàn)啟動至加速的過程，期間皮帶運行時間受限，電壓系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，極易引發(fā)故障問題[1]。

2煤礦皮帶機電控系統(tǒng)故障解決對策

一方面應(yīng)檢查傳感器，電控系統(tǒng)在發(fā)生故障問題后，應(yīng)立即停止運行，檢修人員及時檢查傳感器的狀態(tài)，并進行相應(yīng)的維護與檢修；另一方面應(yīng)檢查磁力啟動器，若傳感器未發(fā)現(xiàn)故障問題，應(yīng)及時檢查磁力啟動器，通過吸合現(xiàn)象判斷其故障原因。若表現(xiàn)出直接停車或者不吸合問題時，則表明磁力啟動器的開口控制回路存在故障問題。顯示器雖然會顯示故障信號，但卻表現(xiàn)出吸合狀態(tài)，此時檢修人員應(yīng)全面檢查入口與松閘位置的開關(guān)，并進行詳細分析記錄。當(dāng)若檢查傳感器與磁力啟動器均未發(fā)生故障問題時，則進行全面的故障分析與排查，比如膠帶低速打滑會導(dǎo)致機器無法正常運行，此時應(yīng)及時調(diào)整皮帶機的運行速度[2-4]。

3煤礦皮帶機電控系統(tǒng)的改造方案

3.1控制原理

一方面是優(yōu)化主控部分，即煤礦皮帶機的核心部分。系統(tǒng)配備壓力傳感器、位置傳感器、驅(qū)動滾筒以及清掃器等組件。利用高性能矢量控制的變頻器有效控制電控系統(tǒng)，順利完成皮帶機的運輸堆料工作，此時變頻器有效監(jiān)測日常的工作狀態(tài)，并通過加速電流控制模式在顯示器內(nèi)展現(xiàn)皮帶機的運行狀態(tài)，實現(xiàn)各個工作流程的有效監(jiān)控。在每一節(jié)皮帶的下方安裝壓力傳感器，當(dāng)煤炭運輸量超出標(biāo)準(zhǔn)值時，PLC控制器迅速接受壓力開關(guān)閉合的信號，并根據(jù)程序查找超載機器，處理多余的堆料。當(dāng)皮帶運輸機出現(xiàn)跑偏問題時，應(yīng)在皮帶機的左右位置設(shè)置開關(guān)，當(dāng)跑偏后，PLC控制器促使驅(qū)動滾筒矯正，使其恢復(fù)正常的運行模式[5]。另一方面應(yīng)做好設(shè)備運行優(yōu)化工作，通過配置操作面板顯示設(shè)備的運行參數(shù)，選擇直流調(diào)速裝置，以有效控制電機啟動，全面掌握調(diào)速過程。

4新查莊煤礦礦用皮帶機變頻電控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1原有皮帶機電控系統(tǒng)控制情況

新查莊煤礦采用DX3型皮帶機，其中帶速為2.5m/s，帶寬為1000mm，設(shè)計運輸能力為700t/h。配用電機功率為3×250kW，電壓為660V，且皮帶機的輸送長度為890m。皮帶機通過皮帶與滾筒間的摩擦力驅(qū)動皮帶運行，初期投入費用較低但需要較大的維修成本，且皮帶機設(shè)于回風(fēng)巷內(nèi)，因并未做好液力耦合器的維護工作而導(dǎo)致漏油問題，存在較大的安全隱患問題[6]。

4.2系統(tǒng)改造方案

4.2.1主控系統(tǒng)改造

將原控制方式改為變頻電控模式，利用3臺高性能矢量控制變頻器控制3臺電機，構(gòu)成主從驅(qū)動系統(tǒng)，并利用傳感設(shè)備采集電控系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，配合系統(tǒng)有效實現(xiàn)保護功能，完成工藝控制。主控系統(tǒng)采用性能可靠且技術(shù)先進的可編程控制器，配備控制組件與多種檢測設(shè)備，以有效完成設(shè)備閉鎖、速度閉環(huán)等控制工作。司機利用可操作控制臺按鈕控制皮帶運輸機的運行模式，利用人機界面與指示燈了解皮帶運輸機的運行狀態(tài)參數(shù)，設(shè)定運行模式與參數(shù)信息。

4.2.2變頻系統(tǒng)改造

同時還應(yīng)完成變頻系統(tǒng)的改造工作，采用單機驅(qū)動、制動單元以及制動電隊的方案。采用690V低壓變頻器，并在控制單元中配備Vacon系統(tǒng)總線模塊、通訊模塊以及配碼盤模塊，以有效接收電機速度的反饋信號，精準(zhǔn)控制電機的運行狀態(tài)。運輸皮帶較長，存在較多的傳動點，為了有效平衡整個皮帶的張力系統(tǒng)，應(yīng)采用“助力點”方式確保運行，且各傳動點之間應(yīng)保證轉(zhuǎn)矩平衡與速度同步。為了實現(xiàn)各傳動點的主/從控制，應(yīng)利用Vacon系統(tǒng)總線實現(xiàn)主/從控制，通訊速率必須達到12Mbit/s。各單機應(yīng)采用制動電阻與制動單元的運行方式，做好快速停車與發(fā)電能耗處理工作。Vacon系統(tǒng)與變頻器功率相等，可以達到250kW的制動要求，促使皮帶正常運行。為了確保皮帶正常停車，還應(yīng)在主回路停電的基礎(chǔ)上，繼續(xù)控制變頻器，確保皮帶機安全停車。

4.3改造效果

4.3.1系統(tǒng)特點

（1）本電控裝置可以任意設(shè)定皮帶的起動時間與運行速度，避免了直接起動帶來的機械沖擊問題；（2）便于更換皮帶，且可以結(jié)合現(xiàn)場煤量情況降頻使用，具備明顯的節(jié)能效果；（3）主控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測皮帶機的運輸速度，避免了電機過流與溜車問題；（4）可以利用變頻器完成電機啟動，實現(xiàn)長時間的低速運行，具備明顯的節(jié)能效果；（5）系統(tǒng)具備全面監(jiān)測故障功能，可以實現(xiàn)對過電壓、過電流以及短路等狀態(tài)的保護；（6）具備低速驗帶功能。

4.3.2經(jīng)濟效益

首先具備節(jié)約電能的效果，改造后的皮帶機電機功率為3×250kW，平均每天運行12h。原設(shè)計采用直接啟動模式，且啟動后全速運行，但井下煤倉煤量較少，以致皮帶上煤量不足，浪費了電能，缺乏經(jīng)濟性。變頻器可以實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速，確保其根據(jù)實際煤炭運輸需求設(shè)定輸出頻率，降低了電機的轉(zhuǎn)速，可以確保皮帶運輸速度與井下煤倉煤量的匹配度，在降低電機電壓與電流的基礎(chǔ)上，減少了能源消耗量，節(jié)約了10%～15%的電能。其次可以節(jié)省維修費用，原設(shè)計采用電機直接起動模式，無法及時調(diào)速，起動瞬間會對電網(wǎng)、傳動機械以及電機設(shè)備產(chǎn)生較大的沖擊力，加劇了機械設(shè)備的磨損，縮短了使用壽命，增加了停產(chǎn)檢修次數(shù)。同時，直接起動會導(dǎo)致開關(guān)、真空接觸器等設(shè)備的頻繁更換，增加了維修費用，且停產(chǎn)檢修也會損失大量的煤炭產(chǎn)量[7-8]。而通過改造變頻器可以實現(xiàn)皮帶機的軟啟動，不會對電網(wǎng)與機械傳動設(shè)備造成沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。自設(shè)備投入使用后，運行穩(wěn)定，除了正常維護外，并未發(fā)生明顯的停車檢修問題，為企業(yè)節(jié)省了大量的維修成本。最后減少了人力資源的使用量，也降低了設(shè)備的維護量。變頻器屬于電子器件的集成，其可以將機械壽命轉(zhuǎn)化為電子壽命，降低了設(shè)備的維護量。且通過變頻器的軟啟動可以減少皮帶機械部分的維修量，無需配備較多的維修人員。同時，變頻器的操作流程比較簡單，且運行安全穩(wěn)定，企業(yè)只需每班配置一名值班人員即可，節(jié)省了大量的人力資源投入成本，也提升了煤炭的生產(chǎn)效率。

5結(jié)束語

煤礦皮帶機屬于煤礦生產(chǎn)中的基礎(chǔ)使用設(shè)備，運行期間受到電氣等多種因素的影響，以致很容易出現(xiàn)系統(tǒng)故障問題。在發(fā)生故障后，工作人員應(yīng)詳細檢查磁力啟動器與傳感器設(shè)施，在結(jié)合實際生產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上優(yōu)化改造電控系統(tǒng)，在降低皮帶機故障發(fā)生幾率的基礎(chǔ)上，切實提高其運行效率。

作者：李朝印 單位：山西汾西礦業(yè) （集團） 有限責(zé)任公司曙光煤礦