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上海躍爾自動化科技有限公司
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摘 要：文章介紹了黑岱溝實業公司鍋爐房(選煤)出渣皮 帶機調速改造——采用先進的變頻技術和計算機控制技術，實現皮帶機轉速隨鍋爐運行臺數 的不同而變化，這樣有利于節約電能和降低設備磨損。
關鍵詞：鍋爐；皮帶機；變頻；調速改造
中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：B 文章編號： 1007—6921(2009)17—0101—02
1 概述
1.1 問題的提出
黑岱溝實業公司鍋爐房(選煤)共有5臺鍋爐，20t/h熱水鍋爐3臺，10t/h蒸汽鍋爐2臺。出 渣皮帶機承擔了整個鍋爐房的5 臺鍋爐的出渣任務。各臺鍋爐排出的爐渣，經出渣刮板機輸 送至該出渣皮帶機，再由出渣皮帶機運送至矸石緩沖倉。該出渣皮帶機主要技術參數如下：
長度：150m
皮帶寬度：800mm
皮帶速率：1m/s
電動機功率：18.5kW
鍋爐房供暖期間，該設備長達180天連續工作。由于季節、晝夜、室外溫度的差異，鍋爐運 行臺數和排渣量不同。但不論出渣多少，皮帶機均以恒定速度運轉，很多時間出渣量遠遠低 于設計能力。從而造成設備無畏的磨損和電能的消耗，同時還增大了運行與維護的成本。
1.2 技術改造的思路
談到皮帶機的調速與控制，很容易聯想到以運送物料多少為調速依據的單一模式。一次信號 由運送物料的重量或體積給定，信號采集就會變得十分復雜，如皮帶稱重或體積測定。若以 鍋爐運行的臺數為調速依據，問題就變得簡單了許多。皮帶機轉速隨鍋爐運行臺數的不同而 變化，鍋爐運行臺數越多，皮帶機速度就越快；反之，鍋爐運行臺數越少，皮帶機速度就越 慢。有利于節約電能和降低設備磨損。為減少不必要的投入和復雜的設備，采用了目前先進 的變頻技術和計算機控制技術，選用SIEMENS MM440變頻器和SIEMENS S7-200可編程控制器 (PLC)，并根據實際需求編寫了運行程序。
該裝置還應具有工頻變頻切換、啟動響鈴、現場啟停、拉繩急停、狀態顯示、頻率顯示等功 能。
2 技術方案
出渣皮帶機變頻技術改造采用先進的交流變頻調速技術，根據各臺鍋爐運行與否和預先編制 的運行程序，從5臺鍋爐的配電柜中引出有代表性的鍋爐運行信號，經變頻控制柜進行信號 轉換，再將此信號輸入到PLC進行信息處理，PLC可按照預先編寫的程序進行運算。PLC與變 頻器通過RS485端口，使用USS協議連接，使變頻器輸出多檔變頻電流，皮帶機電動滾筒則以 不同的轉速運行。從而實現了皮帶機速度隨鍋爐啟動臺數的多少而變化，達到節電和延長設 備壽命的目的。同時還增設了除塵排灰檔，在皮帶機機頭或機尾均可控制。詳見工作原理框 圖：
2.1 信號采集部分
2.1.1 鍋爐運行信號：
各臺鍋爐在運行之前，必須先啟動各自的出渣刮板機，將該信號做為鍋爐運行的標志信號是 可行的。再將各臺鍋爐出渣刮板機運行的主回路電流信號，經中間繼電器轉換為開關信號。 當某臺鍋爐運行時，就會有交流220V電流通過相應的中間繼電器，使另一中間繼電器吸合， 此時有直流24信號輸入PLC。
2.1.2 除塵排灰信號：在皮帶機機頭或機尾按動“除塵”按鈕，當操作人員按動該按鈕 ，使中間繼電器吸合，有直流24V信號輸入PLC，來實現此功能。
2.2 PLC 部分
就邏輯順序而言，各臺鍋爐運行與否，并不是簡單的運行臺數相加，而是組合關系，共有2b =64種方式。如此復雜邏輯關系，很難用傳統的繼電器電路完成。因此，采用當前先進的可 編程控制器(PLC)。
在PLC內已輸入預先編寫的程序，該程序即可實現自動變頻與控制。其頻率設定依據如下：
2.2.1 鍋爐運行狀態：只要有一臺鍋爐運行，則：
f=fo+Δf
式中：f—運行頻率
fo—基本頻率
Δf—狀態頻率[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#水爐運行時的 頻率，當某臺鍋爐不運行時，其值為零。當任何一臺鍋爐都不運行時，則
f = 0
即：皮帶機不運行。
2.2.2 除塵排灰狀態：若需除塵排灰，操作人員按動“除塵”按鈕，則：
f = f＇
式中：f＇—除塵設定頻率
該狀態設置優先于鍋爐運行狀態，即不論在何種鍋爐運行狀態下，只要啟動“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協議連接，適時調整和改變變頻器的輸出頻率。因為 各臺鍋爐的運行都可以有對應的頻率增量，所以運行鍋爐臺數越多，變頻器的輸出頻率也就 越高，反之亦然。當所有鍋爐都停止運行，變頻器的輸出為零，僅處于待機狀態。
值得注意的是，皮帶機處于低速工作狀態時，只有功率和速度的變化，其扭矩不會改變。在 選擇變頻器時，我們采用了了上述型號的恒扭矩變頻器。
3 改造效果
經改造后，實現變頻器輸出頻率隨鍋爐啟動臺數而變化，皮帶機速度由低到高，按多種不同 速度運行，其改變量可根據需要而設定。目前，單臺鍋爐運行時，皮帶機電動機的運行頻率 為17.5Hz，每增加啟動一臺鍋爐，頻率增加2.5Hz，以此類推(見下表)。
改造效果十分明顯。①電動機工作電流明顯下降，由原來的22A，下降為4～10A。②機修工 的維修、保養工作量大幅減少，實踐證明，皮帶輸送機經變頻改造后既保證了運行的要求， 又達到了節能和降耗的目的。
4 改造效益
出渣皮帶機的工頻轉速為1m/s，改為變頻調速運行后平均帶速不足0.5m/s。因此,皮帶機及 托輥的壽命增長了一倍，成本降低了一倍。皮帶機壽命為3年，價值54 000元，改造后壽命 延長為6年。變頻裝置總造價5萬元，僅皮帶機一項可在3年收回投資。改造之前，一個采暖 期托輥費用為9 546元，就托輥一項5~6年收回投資。改造之前一個采暖期電耗為16 577元， 經改造后，電耗降為5 275元，節約電費11 302元。就電費一項5年收回成本。
綜合計算后，該改造項目可在1.3個采暖期內收回全部投資。
5 小結
目前，機電設備的運行與控制正向著自動化、智能化、數字化的方向發展。變頻技術的產生 和發展是電氣技術和自動化技術發展的結晶，相配套的控制技術、傳感技術正突飛猛進的速 度發展。廣泛應用變頻技術和計算機控制技術已成為工業機電領域不可遏制的趨勢。
利用此類新技術、新產品對傳統工業進行改造和革新，乃是傳統工業技術進步、增效挖潛的 十分有效的途徑。我們認為，目前變頻技術的應用方向大致可分為幾種類型。
5.1 工藝伺服型
變頻技術的最大的優點在于無極調整電動機的轉速，從而服從和滿足工藝需求。我們改造的 熱水采暖系統恒壓變頻補水系統和蒸汽鍋爐恒水位變頻補水系統主流上屬于此類。換句話說 ，是以工藝伺服功能為出發點，在滿足該功能的同時，又起到了節能降耗的顯著效果。
5.2 節能降耗型
變頻技術本身就有十分顯著的節能作用。實踐證明，由于變頻器的智能化作用，在同樣的使 用條件下，最少也可節能2%，其他情況則不言而喻。比如，在風機、水泵類的應用，它隨負 荷變化而調整頻率，從而達到節能降耗的效果。該項目的應用其出發點和作用屬于此類型。
5.3 其他用途
變頻技術除上述兩大用途之外，還可以開發出一些其他功能，如大型電動機的啟動。目前大 型電動機啟動還限于降壓起動，其主要為自耦降壓起動，也有電子降壓啟動的軟啟動器。該 方法仍然會對電網產生較大的的沖擊，以風機、水泵類負載為例，在使用軟啟動器和條件下 ，其啟動電流也約為額定電流的3倍。而變頻啟動則不同，電動機從0Hz開始運行，啟動電流 可控制在額定電流范圍內。此外，變頻器還具有直流輸出、高頻輸出、軟停車、制動停車等 功能，這些功能有待開發。目前，在經濟條件還不夠充足的情況下，對于變頻和計算機技 術的推廣與應用，應把有限 的資金盡可能地投入到高回報的項目中。我們還先后進行了“熱水采暖系統恒壓變頻補水” 和“蒸汽鍋爐汽包恒水位變頻補水”的技術改造，均取得了理想的效果。除節能降耗、減少 維修之外，對系統的安全穩定運行起到了不小的作用。在供暖設備中，變頻技術還有著十分 廣闊的應用前景，如循環水泵、引風機、鼓風機等。
此次技術改造，使我們受到了很大啟發。我們要不斷學習和掌握新技術，大力推廣和應用新 產品，更新觀念、與時俱進，使機電設備運行和管理工作邁上新的臺階。
擁有一支技術力量雄厚的研發團隊，對煤礦自動化工程有多年的設計經驗，已推出的工程有：礦井皮帶機電控系統、礦用絞車變頻電控系統、礦井泵房監控系統、壓風機控制系統、乳化液泵控制系統、地面洗煤廠監控系統、選煤廠集控系統、地面自動裝車系統、電力監控系統、礦井綜合自動化監控系統、人員定位系統等。同時在防爆電器產品中，也有卓越的成績，攜手多個民用權威公司，打造出多款礦用專用型產品。已推出產品方案：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、防爆饋電開關方案、礦用組合開關方案、礦用高壓軟啟動方案、礦用雙電源風機切換裝置、防爆移動變壓器方案等高新技術產品。
信息庫新推出：礦用PLC（和利時）、礦用變頻器（意科、普傳）、礦井綜合自動化（騰控）
