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摘 要：文章介紹了黑岱溝實業(yè)公司鍋爐房(選煤)出渣皮 帶機調(diào)速改造——采用先進的變頻技術(shù)和計算機控制技術(shù)，實現(xiàn)皮帶機轉(zhuǎn)速隨鍋爐運行臺數(shù) 的不同而變化，這樣有利于節(jié)約電能和降低設備磨損。
關(guān)鍵詞：鍋爐；皮帶機；變頻；調(diào)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(yè)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(jīng)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(shù)參數(shù)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(xù)工作。由于季節(jié)、晝夜、室外溫度的差異，鍋爐運 行臺數(shù)和排渣量不同。但不論出渣多少，皮帶機均以恒定速度運轉(zhuǎn)，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(shù)改造的思路

談到皮帶機的調(diào)速與控制，很容易聯(lián)想到以運送物料多少為調(diào)速依據(jù)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(shù)為調(diào)速依據(jù)，問題就變得簡單了許多。皮帶機轉(zhuǎn)速隨鍋爐運行臺數(shù)的不同而 變化，鍋爐運行臺數(shù)越多，皮帶機速度就越快；反之，鍋爐運行臺數(shù)越少，皮帶機速度就越 慢。有利于節(jié)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(shù)和計算機控制技術(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(xiàn)場啟停、拉繩急停、狀態(tài)顯示、頻率顯示等功 能。
2 技術(shù)方案

出渣皮帶機變頻技術(shù)改造采用先進的交流變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)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(jīng)變頻控制柜進行信號 轉(zhuǎn)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(xié)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(zhuǎn)速運行。從而實現(xiàn)了皮帶機速度隨鍋爐啟動臺數(shù)的多少而變化，達到節(jié)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(jīng)中間繼電器轉(zhuǎn)換為開關(guān)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(xiàn)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(shù)相加，而是組合關(guān)系，共有2b =64種方式。如此復雜邏輯關(guān)系，很難用傳統(tǒng)的繼電器電路完成。因此，采用當前先進的可 編程控制器(PLC)。

在PLC內(nèi)已輸入預先編寫的程序，該程序即可實現(xiàn)自動變頻與控制。其頻率設定依據(jù)如下：
2.2.1 鍋爐運行狀態(tài)：只要有一臺鍋爐運行，則：
f=fo+Δf
式中：f—運行頻率
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(tài)：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(tài)設置優(yōu)先于鍋爐運行狀態(tài)，即不論在何種鍋爐運行狀態(tài)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(xié)議連接，適時調(diào)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(shù)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(tài)。

值得注意的是，皮帶機處于低速工作狀態(tài)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(jīng)改造后，實現(xiàn)變頻器輸出頻率隨鍋爐啟動臺數(shù)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(jù)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(yǎng)工作量大幅減少，實踐證明，皮帶輸送機經(jīng)變頻改造后既保證了運行的要求， 又達到了節(jié)能和降耗的目的。
4 改造效益

出渣皮帶機的工頻轉(zhuǎn)速為1m/s，改為變頻調(diào)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(jīng)改造后，電耗降為5 275元，節(jié)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(nèi)收回全部投資。
5 小結(jié)

目前，機電設備的運行與控制正向著自動化、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)正突飛猛進的速 度發(fā)展。廣泛應用變頻技術(shù)和計算機控制技術(shù)已成為工業(yè)機電領(lǐng)域不可遏制的趨勢。

利用此類新技術(shù)、新產(chǎn)品對傳統(tǒng)工業(yè)進行改造和革新，乃是傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)進步、增效挖潛的 十分有效的途徑。我們認為，目前變頻技術(shù)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(shù)的最大的優(yōu)點在于無極調(diào)整電動機的轉(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)恒壓變頻補水系統(tǒng)和蒸汽鍋爐恒水位變頻補水系統(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，在滿足該功能的同時，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，在風機、水泵類的應用，它隨負 荷變化而調(diào)整頻率，從而達到節(jié)能降耗的效果。該項目的應用其出發(fā)點和作用屬于此類型。 
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(wǎng)產(chǎn)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(nèi)。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(fā)。目前，在經(jīng)濟條件還不夠充足的情況下，對于變頻和計算機技 術(shù)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(tǒng)恒壓變頻補水” 和“蒸汽鍋爐汽包恒水位變頻補水”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，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起到了不小的作用。在供暖設備中，變頻技術(shù)還有著十分 廣闊的應用前景，如循環(huán)水泵、引風機、鼓風機等。

此次技術(shù)改造，使我們受到了很大啟發(fā)。我們要不斷學習和掌握新技術(shù)，大力推廣和應用新 產(chǎn)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(shù)力量雄厚的研發(fā)團隊，對煤礦自動化工程有多年的設計經(jīng)驗，已推出的工程有：礦井皮帶機電控系統(tǒng)、礦用絞車變頻電控系統(tǒng)、礦井泵房監(jiān)控系統(tǒng)、壓風機控制系統(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)、地面自動裝車系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、礦井綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等。同時在防爆電器產(chǎn)品中，也有卓越的成績，攜手多個民用權(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(shù)產(chǎn)品。

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