1、主井帶式輸送機實施技術改造的背景
晉城無煙煤礦業集團公司成莊礦主斜井帶式運輸機，是我國煤炭系統引進的第一條長距離變頻驅動的
帶式運輸機。輸送帶全長2 667 m，寬度1.4m，帶強3500 N/mm．物料提升高度約為184 m，最大傾角130，平均傾角4°，設計運量為1350t/h，運行速度為4 m/s。輸送機采用雙滾筒三電機驅動方式，其機頭驅動滾筒同時又作為卸載滾筒，控制部分采用變頻調速技術，實現三臺驅動電機的軟起動和功率平衡。隨著礦井的不斷延伸，其運量需進一步提升，這樣，系統運行的問題越來越多，輸送能力不能滿足礦井發展的需要，主要表現在以下幾方面：
(1)變頻驅動系統控制模式不合理，輸送機速度超過3 m/s后，振動會逐漸加大，系統不能穩定運行，致使運量只能控制在1000 t/h，輸送機達不到原設計運量。
(2)由于產量提升，輸送機運量需提升至1770t/h，不僅原驅動電機的容量必須增大，而且變頻器容量也不能滿足要求。
(3)原有變頻器采用模擬電路進行控制，控制方式落后，且為水冷方式，系統故障率高，不能滿足礦井安全生產。
由于以上原因，成莊煤礦必須對現有系統進行改造，必須將系統輸送能力提升至1770t/h。根據計算和分析，需將電機容量更換為900 kW，減速器也需要重新選型，同時要更新變頻驅動系統，并實現輸送機多電機驅動。
確定了合理的主從控制模式后，可達到既實現電機之間功率和力矩平衡，又減小對輸送機設備的沖擊。
2、技術改造方案
(1)雙滾筒三電機驅動模式
帶式輸送機采用雙滾筒三電機驅動的物理模型，其輸送機自動張緊裝置設在機頭回程側，驅動模型如圖1所示。
通過建立輸送機變頻驅動機電耦合數學模型，為進一步研究雙滾筒三電機驅動的輸送機系統的加速特性、控制原則和策略等提供了理論基礎。
(2)輸送機起動過程的拋物線組合加速度控制曲線
輸送機起動過程中分為三個階段：初始起動階段，由牽動整條輸送帶所需時間確定；靜阻力施加于驅動滾筒的階段，由靜阻力從最后一個托輥組反射回驅動滾筒所需的時間確定；輸送機起動到額定速度的階段。為了使輸送機起動過程平穩，減小動張力，輸送機的起動有一個預加速及低速爬行階段和主加速階段。目前，帶式輸送機廣泛使用的加速度控制曲線有：澳大利亞Harrsion的正弦形加速度控制曲線，美國Nordell的三角形加速度控制曲線等。
通過理論分析與仿真研究發現，采用拋物線、正弦形、三角形加速度曲線與sm(31rt/T)合理組合，可以削平拋物線、正弦形、三角形的峰值，研究發現，其拋物線組合加速度曲線的峰值最小。從限制輸送帶動張力的角度考慮，拋物線組合加速度曲線為最佳。
(3)確定合理的主從控制模式
通過對輸送機的速度控制原則，力矩控制原則，功率控制原則，以及綜合控制原則的理論分析，計算機仿真，以及大量的工業實驗研究，確定控制原則為：以I級驅動的l#電機為主驅動，按速度給定的2’電機按力矩跟蹤；Ⅱ級驅動的3’電機按給定速度的1.1倍跟蹤，并進行力矩限制。這種主從控制模式不僅能保證輸送機系統正常運行，而且其組合加速度達到最佳狀態。
3、具體改造內容
(1)更換電機，變頻器及減速器
更換原型號為HM65的3臺750 kW水冷電機，全部選用西門子公司生產的型號為ILA4 500-4CV90-2的900 kW風冷式電機。將原CE型3臺水冷變頻器，全更換為西門子公司生產的6SE8014 -1AAOI-Z型風冷變頻器。將原戴維．布朗公司生產的B3-500型3臺水冷減速器（速比為26.98），全部更換為德國FLENDER公司生產的B3SH-19型（速比為25.409）風冷減速器。
(2)采用閉環控制技術
西門子公司的6SE8014-1AAOI-Z型變頻器采用高精度的矢量控制技術，其控制核心為全數字化SIMADYN D（32位），采用閉環控制。協調3臺變頻器之間的主從控制及遠端控制功能，增設1臺西門子S7 -300PLC可編程控制器來完成此項功能。
4、改造完成后的效果分析
(1)技術改造前帶式輸送機曾出現滾筒因輸送帶受力分配不均局部過載而造成主驅動滾筒軸承損壞，二次滾筒斷軸減速器齒面剝落等故障，通過改造后，采用拋物線組合加速度起動曲線，其輸送機啟動和停止時張力曲線更加平緩，有效地限制了輸送帶的動張力和彈性振動，成功解決了起動沖擊對輸送機造成的損害，有效抑制了輸送帶的抖動現象，驅動滾筒、改向滾筒、減速器、托輥等部件的機械工況也得到了明顯改善。
(2)從多滾筒、多電機的驅動系統和控制系統出發，運用輸送機變頻驅動矢量控制技術，實現了各驅動滾筒的牽引力和牽引功率的均衡分配，采用以I驅動的14電機為主驅動，按速度給定，I驅動的29電機按力矩跟蹤，Ⅱ驅動的34電機按給定速度的1.1倍跟蹤，并進行力矩限制的工作模式。這種優化多電機主從控制原則，使3臺電機的功率分配更加均勻，保證了輸送機系統正常工作。從運行圖中可以看出，3臺驅動電機啟動、停止時電流、速度曲線重合度非常好，組合加速度為最佳狀態，極大地減小了系統的彈性振動。
(3)系統改造完成后，主井輸送機運量有了很大的提升，運量由1000t/h提升至1770 t/h，運行速度達到4 m/s，系統運行平穩，為成莊礦下一步發展創造了必要條件。
5、經濟效益分析
通過運用合理的控制原則，不僅保證了帶式輸送機系統安全，而且節省了能耗。按可以延長設備壽命為2年計算，每年設備的折舊為100萬元，可節約資金為200萬元/a；改造完成后，大大提升了礦井主運系統的能力，按每天運行18 h、每年生產日為330 d、每噸凈利潤為120元計算，每年可創造的經濟效益：(1 770 -1 000) x18 x330 x120 =54 885.6萬元/a。總的經濟效益合計為：200+54 885.6=55335.6萬元/a—5.5億元/a
