煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)故障分析

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摘要：分析煤礦皮帶機(jī)電控故障問題，針對(duì)性的指出相關(guān)的優(yōu)化方案，為此后煤礦皮帶機(jī)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(jī)電控系統(tǒng)的故障原因，細(xì)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(jìn)行實(shí)例應(yīng)用，效果良好，可以有效改善運(yùn)行期間的故障問題，提高運(yùn)行效率，確保安全運(yùn)行，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)利益。

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

1煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)故障原因

電氣故障與機(jī)械故障屬于煤礦皮帶機(jī)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(jī)電控系統(tǒng)無法正常運(yùn)行時(shí)，其導(dǎo)致的緊急停車會(huì)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(diǎn)與插件屬于誘發(fā)電控系統(tǒng)故障的關(guān)鍵因素，在長(zhǎng)期使用過程中，電控系統(tǒng)的零件會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，以致影響了機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行效率，此時(shí)若得不到及時(shí)維修與調(diào)整，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，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(dòng)而導(dǎo)致煤屑灑落或跑偏問題。除此之外，實(shí)際生產(chǎn)后，皮帶機(jī)根據(jù)司機(jī)的操作實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)至加速的過程，期間皮帶運(yùn)行時(shí)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(jī)電控系統(tǒng)故障解決對(duì)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(yùn)行，檢修人員及時(shí)檢查傳感器的狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)與檢修；另一方面應(yīng)檢查磁力啟動(dòng)器，若傳感器未發(fā)現(xiàn)故障問題，應(yīng)及時(shí)檢查磁力啟動(dòng)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(shí)，則表明磁力啟動(dòng)器的開口控制回路存在故障問題。顯示器雖然會(huì)顯示故障信號(hào)，但卻表現(xiàn)出吸合狀態(tài)，此時(shí)檢修人員應(yīng)全面檢查入口與松閘位置的開關(guān)，并進(jìn)行詳細(xì)分析記錄。當(dāng)若檢查傳感器與磁力啟動(dòng)器均未發(fā)生故障問題時(shí)，則進(jìn)行全面的故障分析與排查，比如膠帶低速打滑會(huì)導(dǎo)致機(jī)器無法正常運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整皮帶機(jī)的運(yùn)行速度[2-4]。

3煤礦皮帶機(jī)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(jī)的核心部分。系統(tǒng)配備壓力傳感器、位置傳感器、驅(qū)動(dòng)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(jī)的運(yùn)輸堆料工作，此時(shí)變頻器有效監(jiān)測(cè)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(yùn)輸量超出標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，PLC控制器迅速接受壓力開關(guān)閉合的信號(hào)，并根據(jù)程序查找超載機(jī)器，處理多余的堆料。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)跑偏問題時(shí)，應(yīng)在皮帶機(jī)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(dòng)滾筒矯正，使其恢復(fù)正常的運(yùn)行模式[5]。另一方面應(yīng)做好設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化工作，通過配置操作面板顯示設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，選擇直流調(diào)速裝置，以有效控制電機(jī)啟動(dòng)，全面掌握調(diào)速過程。

4新查莊煤礦礦用皮帶機(jī)變頻電控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1原有皮帶機(jī)電控系統(tǒng)控制情況

新查莊煤礦采用DX3型皮帶機(jī)，其中帶速為2.5m/s，帶寬為1000mm，設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力為700t/h。配用電機(jī)功率為3×250kW，電壓為660V，且皮帶機(jī)的輸送長(zhǎng)度為890m。皮帶機(jī)通過皮帶與滾筒間的摩擦力驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)行，初期投入費(fèi)用較低但需要較大的維修成本，且皮帶機(jī)設(shè)于回風(fēng)巷內(nèi)，因并未做好液力耦合器的維護(hù)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(tái)高性能矢量控制變頻器控制3臺(tái)電機(jī)，構(gòu)成主從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并利用傳感設(shè)備采集電控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，配合系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)保護(hù)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(jìn)的可編程控制器，配備控制組件與多種檢測(cè)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(jī)利用可操作控制臺(tái)按鈕控制皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行模式，利用人機(jī)界面與指示燈了解皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，設(shè)定運(yùn)行模式與參數(shù)信息。

4.2.2變頻系統(tǒng)改造

同時(shí)還應(yīng)完成變頻系統(tǒng)的改造工作，采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)單元以及制動(dòng)電隊(duì)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(jī)速度的反饋信號(hào)，精準(zhǔn)控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)輸皮帶較長(zhǎng)，存在較多的傳動(dòng)點(diǎn)，為了有效平衡整個(gè)皮帶的張力系統(tǒng)，應(yīng)采用“助力點(diǎn)”方式確保運(yùn)行，且各傳動(dòng)點(diǎn)之間應(yīng)保證轉(zhuǎn)矩平衡與速度同步。為了實(shí)現(xiàn)各傳動(dòng)點(diǎn)的主/從控制，應(yīng)利用Vacon系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)主/從控制，通訊速率必須達(dá)到12Mbit/s。各單機(jī)應(yīng)采用制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元的運(yùn)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(dá)到250kW的制動(dòng)要求，促使皮帶正常運(yùn)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(jī)安全停車。

4.3改造效果

4.3.1系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）本電控裝置可以任意設(shè)定皮帶的起動(dòng)時(shí)間與運(yùn)行速度，避免了直接起動(dòng)帶來的機(jī)械沖擊問題；（2）便于更換皮帶，且可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)的運(yùn)輸速度，避免了電機(jī)過流與溜車問題；（4）可以利用變頻器完成電機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的低速運(yùn)行，具備明顯的節(jié)能效果；（5）系統(tǒng)具備全面監(jiān)測(cè)故障功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)過電壓、過電流以及短路等狀態(tài)的保護(hù)；（6）具備低速驗(yàn)帶功能。

4.3.2經(jīng)濟(jì)效益

首先具備節(jié)約電能的效果，改造后的皮帶機(jī)電機(jī)功率為3×250kW，平均每天運(yùn)行12h。原設(shè)計(jì)采用直接啟動(dòng)模式，且啟動(dòng)后全速運(yùn)行，但井下煤倉(cāng)煤量較少，以致皮帶上煤量不足，浪費(fèi)了電能，缺乏經(jīng)濟(jì)性。變頻器可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速，確保其根據(jù)實(shí)際煤炭運(yùn)輸需求設(shè)定輸出頻率，降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以確保皮帶運(yùn)輸速度與井下煤倉(cāng)煤量的匹配度，在降低電機(jī)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(fèi)用，原設(shè)計(jì)采用電機(jī)直接起動(dòng)模式，無法及時(shí)調(diào)速，起動(dòng)瞬間會(huì)對(duì)電網(wǎng)、傳動(dòng)機(jī)械以及電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生較大的沖擊力，加劇了機(jī)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(shí)，直接起動(dòng)會(huì)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(fèi)用，且停產(chǎn)檢修也會(huì)損失大量的煤炭產(chǎn)量[7-8]。而通過改造變頻器可以實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)與機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備造成沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。自設(shè)備投入使用后，運(yùn)行穩(wěn)定，除了正常維護(hù)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(hù)量。變頻器屬于電子器件的集成，其可以將機(jī)械壽命轉(zhuǎn)化為電子壽命，降低了設(shè)備的維護(hù)量。且通過變頻器的軟啟動(dòng)可以減少皮帶機(jī)械部分的維修量，無需配備較多的維修人員。同時(shí)，變頻器的操作流程比較簡(jiǎn)單，且運(yùn)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(yǔ)

煤礦皮帶機(jī)屬于煤礦生產(chǎn)中的基礎(chǔ)使用設(shè)備，運(yùn)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(xì)檢查磁力啟動(dòng)器與傳感器設(shè)施，在結(jié)合實(shí)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(jī)故障發(fā)生幾率的基礎(chǔ)上，切實(shí)提高其運(yùn)行效率。

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