上海跃尔自动化科技有限公司
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摘 要：文章介绍了黑岱沟实业公司锅炉房(选煤)出渣皮 带机调速改造——采用先进的变频技术和计算机控制技术，实现皮带机转速随锅炉运行台数 的不同而变化，这样有利于节约电能和降低设备磨损。关键词：锅炉；皮带机；变频；调速改造中图分类号：TM621.2  文献标识码：B  文章编号： 1007—6921(2009)17—0101—021 概述1.1 问题的提出
黑岱沟实业公司锅炉房(选煤)共有5台锅炉，20t/h热水锅炉3台，10t/h蒸汽锅炉2台。出 渣皮带机承担了整个锅炉房的5 台锅炉的出渣任务。各台锅炉排出的炉渣，经出渣刮板机输 送至该出渣皮带机，再由出渣皮带机运送至矸石缓冲仓。该出渣皮带机主要技术参数如下： 长度：150m皮带宽度：800mm皮带速率：1m/s电动机功率：18.5kW
锅炉房供暖期间，该设备长达180天连续工作。由于季节、昼夜、室外温度的差异，锅炉运 行台数和排渣量不同。但不论出渣多少，皮带机均以恒定速度运转，很多时间出渣量远远低 于设计能力。从而造成设备无畏的磨损和电能的消耗，同时还增大了运行与维护的成本。1.2 技术改造的思路
谈到皮带机的调速与控制，很容易联想到以运送物料多少为调速依据的单一模式。一次信号 由运送物料的重量或体积给定，信号采集就会变得十分复杂，如皮带称重或体积测定。若以 锅炉运行的台数为调速依据，问题就变得简单了许多。皮带机转速随锅炉运行台数的不同而 变化，锅炉运行台数越多，皮带机速度就越快；反之，锅炉运行台数越少，皮带机速度就越 慢。有利于节约电能和降低设备磨损。为减少不必要的投入和复杂的设备，采用了目前先进 的变频技术和计算机控制技术，选用SIEMENS MM440变频器和SIEMENS S7-200可编程控制器 (PLC)，并根据实际需求编写了运行程序。
该装置还应具有工频变频切换、启动响铃、现场启停、拉绳急停、状态显示、频率显示等功 能。2 技术方案
出渣皮带机变频技术改造采用先进的交流变频调速技术，根据各台锅炉运行与否和预先编制 的运行程序，从5台锅炉的配电柜中引出有代表性的锅炉运行信号，经变频控制柜进行信号 转换，再将此信号输入到PLC进行信息处理，PLC可按照预先编写的程序进行运算。PLC与变 频器通过RS485端口，使用USS协议连接，使变频器输出多档变频电流，皮带机电动滚筒则以 不同的转速运行。从而实现了皮带机速度随锅炉启动台数的多少而变化，达到节电和延长设 备寿命的目的。同时还增设了除尘排灰档，在皮带机机头或机尾均可控制。详见工作原理框 图：
2.1 信号采集部分2.1.1 锅炉运行信号：
各台锅炉在运行之前，必须先启动各自的出渣刮板机，将该信号做为锅炉运行的标志信号是 可行的。再将各台锅炉出渣刮板机运行的主回路电流信号，经中间继电器转换为开关信号。 当某台锅炉运行时，就会有交流220V电流通过相应的中间继电器，使另一中间继电器吸合， 此时有直流24信号输入PLC。2.1.2 除尘排灰信号：在皮带机机头或机尾按动“除尘”按钮，当操作人员按动该按钮 ，使中间继电器吸合，有直流24V信号输入PLC，来实现此功能。2.2 PLC 部分
就逻辑顺序而言，各台锅炉运行与否，并不是简单的运行台数相加，而是组合关系，共有2b =64种方式。如此复杂逻辑关系，很难用传统的继电器电路完成。因此，采用当前先进的可 编程控制器(PLC)。
在PLC内已输入预先编写的程序，该程序即可实现自动变频与控制。其频率设定依据如下：2.2.1 锅炉运行状态：只要有一台锅炉运行，则：f=fo+Δf式中：f—运行频率fo—基本频率Δf—状态频率[ZK)]有Δf = f1+ f2+ f3+ f4+ f5f1、f2、f3、f4、f5分别为1#汽炉、2#汽炉、1#水炉、2#水炉、3#水炉运行时的 频率，当某台锅炉不运行时，其值为零。当任何一台锅炉都不运行时，则f = 0即：皮带机不运行。2.2.2 除尘排灰状态：若需除尘排灰，操作人员按动“除尘”按钮，则：f = f＇式中：f＇—除尘设定频率该状态设置优先于锅炉运行状态，即不论在何种锅炉运行状态下，只要启动“除尘”按钮， 变频器输出为除尘频率。2.3 变频器部分
PLC与变频器通过RS485端口，使用USS协议连接，适时调整和改变变频器的输出频率。因为 各台锅炉的运行都可以有对应的频率增量，所以运行锅炉台数越多，变频器的输出频率也就 越高，反之亦然。当所有锅炉都停止运行，变频器的输出为零，仅处于待机状态。
值得注意的是，皮带机处于低速工作状态时，只有功率和速度的变化，其扭矩不会改变。在 选择变频器时，我们采用了了上述型号的恒扭矩变频器。3 改造效果
经改造后，实现变频器输出频率随锅炉启动台数而变化，皮带机速度由低到高，按多种不同 速度运行，其改变量可根据需要而设定。目前，单台锅炉运行时，皮带机电动机的运行频率 为17.5Hz，每增加启动一台锅炉，频率增加2.5Hz，以此类推(见下表)。
改造效果十分明显。①电动机工作电流明显下降，由原来的22A，下降为4～10A。②机修工 的维修、保养工作量大幅减少，实践证明，皮带输送机经变频改造后既保证了运行的要求， 又达到了节能和降耗的目的。4 改造效益
出渣皮带机的工频转速为1m/s，改为变频调速运行后平均带速不足0.5m/s。因此,皮带机及 托辊的寿命增长了一倍，成本降低了一倍。皮带机寿命为3年，价值54 000元，改造后寿命 延长为6年。变频装置总造价5万元，仅皮带机一项可在3年收回投资。改造之前，一个采暖 期托辊费用为9 546元，就托辊一项5~6年收回投资。改造之前一个采暖期电耗为16 577元， 经改造后，电耗降为5 275元，节约电费11 302元。就电费一项5年收回成本。
综合计算后，该改造项目可在1.3个采暖期内收回全部投资。5 小结
目前，机电设备的运行与控制正向着自动化、智能化、数字化的方向发展。变频技术的产生 和发展是电气技术和自动化技术发展的结晶，相配套的控制技术、传感技术正突飞猛进的速 度发展。广泛应用变频技术和计算机控制技术已成为工业机电领域不可遏制的趋势。
利用此类新技术、新产品对传统工业进行改造和革新，乃是传统工业技术进步、增效挖潜的 十分有效的途径。我们认为，目前变频技术的应用方向大致可分为几种类型。5.1 工艺伺服型
变频技术的最大的优点在于无极调整电动机的转速，从而服从和满足工艺需求。我们改造的 热水采暖系统恒压变频补水系统和蒸汽锅炉恒水位变频补水系统主流上属于此类。换句话说 ，是以工艺伺服功能为出发点，在满足该功能的同时，又起到了节能降耗的显著效果。5.2 节能降耗型
变频技术本身就有十分显著的节能作用。实践证明，由于变频器的智能化作用，在同样的使 用条件下，最少也可节能2%，其他情况则不言而喻。比如，在风机、水泵类的应用，它随负 荷变化而调整频率，从而达到节能降耗的效果。该项目的应用其出发点和作用属于此类型。 5.3 其他用途
变频技术除上述两大用途之外，还可以开发出一些其他功能，如大型电动机的启动。目前大 型电动机启动还限于降压起动，其主要为自耦降压起动，也有电子降压启动的软启动器。该 方法仍然会对电网产生较大的的冲击，以风机、水泵类负载为例，在使用软启动器和条件下 ，其启动电流也约为额定电流的3倍。而变频启动则不同，电动机从0Hz开始运行，启动电流 可控制在额定电流范围内。此外，变频器还具有直流输出、高频输出、软停车、制动停车等 功能，这些功能有待开发。目前，在经济条件还不够充足的情况下，对于变频和计算机技 术的推广与应用，应把有限 的资金尽可能地投入到高回报的项目中。我们还先后进行了“热水采暖系统恒压变频补水” 和“蒸汽锅炉汽包恒水位变频补水”的技术改造，均取得了理想的效果。除节能降耗、减少 维修之外，对系统的安全稳定运行起到了不小的作用。在供暖设备中，变频技术还有着十分 广阔的应用前景，如循环水泵、引风机、鼓风机等。
此次技术改造，使我们受到了很大启发。我们要不断学习和掌握新技术，大力推广和应用新 产品，更新观念、与时俱进，使机电设备运行和管理工作迈上新的台阶。
   拥有一支技术力量雄厚的研发团队，对煤矿自动化工程有多年的设计经验，已推出的工程有：矿井皮带机电控系统、矿用绞车变频电控系统、矿井泵房监控系统、压风机控制系统、乳化液泵控制系统、地面洗煤厂监控系统、选煤厂集控系统、地面自动装车系统、电力监控系统、矿井综合自动化监控系统、人员定位系统等。同时在防爆电器产品中，也有卓越的成绩，携手多个民用权威公司，打造出多款矿用专用型产品。已推出产品方案：防爆变频器方案、隔爆兼本安型可编程控制箱方案、隔爆磁力启器方案、防爆馈电开关方案、矿用组合开关方案、矿用高压软启动方案、矿用双电源风机切换装置、防爆移动变压器方案等高新技术产品。
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