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摘要：选煤厂作为煤炭深加工中的重要系统，机电一体化的应用提高了选煤厂工作效率，避免了选煤过程中不必要的时间和经济成本。以机械制造为基础，机电一体化技术将计算机技术、微电子技术、自动控制技术和光学技术融合在一起，实现了选煤技术的绿色化、智能化和数据化。变频调速技术的快速发展以及其具有的高效驱动性，被广泛应用于选煤厂风机、水泵和压缩机等流体机械，交流伺服系统中的变频器与PLC联网以达到自动控制的目的，全面提升了选煤的质量和数量，工人的安全得到了保障，增加了企业经济效益和社会效益。本文以某选煤厂为工程背景，阐述了现有节流自动调控系统原理，提出了现有方案存在的问题，引入变频调速技术，为企业节能和提高自动化管理水平提供了理论基础。
关键词：选煤厂；变频调速技术；机电一体化；应用
1选煤厂概况
某选煤厂处理能力为1.2Mt/a，采用原煤混合跳汰工艺。随着煤炭组成结构的变化，原有选煤工艺及设备对选煤需求的适应性减弱，经济效益急剧下滑。结合机电一体化技术，2012年引入了不脱泥、不分级重介质选煤工艺，该工艺以3GDMC1300/920A型无压三产品重介质旋流为主要分选设备，对企业管理水平进行了升级改造，自动化技术显著提高。
2阀门节流自控系统
2.1系统原理
原有阀门节流自控调节系统通过增加系统的管网阻力，消耗泵提供的富裕扬程，根据运行工况调节泵的流速，进而改变泵的流量，避免了阀门调节过程中的节流损耗。
2.2存在问题
阀门节流自控系统在一定程度上完成了节流调控的任务，但具有以下缺点：（1）损耗电能过多，与资源节约型理念相悖；（2）系统工作时停车次数较多，维修频繁；（3）矿浆泵磨损严重，使用寿命较短；（4）自控调节过程中耗时较长，效率较低。
3变频调速技术应用
3.1技术概况
机电一体化设计中，为提升各设备工作效率，结合生产工艺系统的供料方式及特点，引入了变频调速新技术。变频器的应用能够根据实际生产需要提供合适的转速，避免了人工操作不当造成的安全事故，同时提高了生产自动化程度，使其向智能化、绿色化及数字化方案发展，实现了机电一体化。
3.2变频调速原理
机电一体化的实现依靠IPC-PLC控制系统的介入。IPC全称为工控机，在传统计算机的基础上改善了自动计算功能，使其能够适用于不同的生产环境。PLC全称为可编程控制器，是现代自动化设计中最为重要的自动控制装置。变频调速技术主要应用原理是利用IPC-PLC控制系统改造矿浆储存器，根据储浆槽情况调整入泵的入料量。从变量关系分析，变频调速功能的应用基于流量Q、转速n、扬程H和轴功率N的关系。当泵转速改变，即由n1变为n2时，流量Q、扬程H和轴功率N等指标变化如下：
由公式（1）可知，泵的转速与电机转速有关，通过改变电机的输出入功率，实现对电机的无极调速。储浆槽液位调节系统运行最重要的元件为液位传感器，经计算，储浆槽内的液位转化为4~20mA标准信号，进而送入模块SM332，经PLC模块模拟输出执行信号以调控变频器频率。当储浆槽液位超过设定限值时，PLC开关会将槽放空信号传送至输出模块，从而合理控制给料量大小。变频器采用恒转矩调速方式，频率限值为50Hz，为避免需要大流量时给料装置因增速过快产生溢流现象，将上限频率设定为50Hz，下限频率设定为20Hz，这样给料装置增料时能够保持稳定，减料时保持迅速精确。变频调速不仅使矿料存储器能够精确控制入泵的入料量，还具有调速、节能和操作方便等优点。
具体为：（1）选用变频器对煤泥合格介质泵、精煤泥泵、GPJ-96加压过滤机入料泵和中粉矸泵等多台重介系统工艺给料设备转速进行调整和改变，根据生产工艺中物料浓度的变化，达到随时调整泵转速的目的；（2）在选煤工艺中，采用变频调速技术实现了节能功能，减少了泵类设备在运行过程中的功率损耗，降低了因设备磨损导致的成本投入；（3）在恶劣环境中，冲破了传统运行设备的局限性，变频调速还依据环境中温度、压力、液位、流量及PH参数等因素的变化，各因素参数自动传至变频器的外部接口，计算机控制中心根据参数变化对变频器下达调节指令，省却了许多中间复杂过程，操作方便，降低了工人劳动强度。
3.3变频调速技术应用效果
某选煤厂引入料泵变频调速系统满足了选煤工艺要求，对料泵液位实现了精确调控；延长了矿浆泵使用寿命，维修次数明显减少；变频器具有过流、断相、短路等多种保护功能，减少了事故的发生率；与PLC系统结合，调节精度高，实现了机电一体化，提高了选煤厂自动化程度。分析该技术引进后的经济效益，包括节省投资及效益增加两部分。第一部分：在泵运行过程中存在不可避免的磨损，其磨损程度随泵转速降低而降低。正常工作状态中，在满足工艺要求的情况下，泵速尽可能降低，大大减轻了过流及管路的损耗，应用设备表明每年设备维修费用可降低5.1万元。第二部分：现场仪表显示，变频器输出频率为32~35Hz，取平均节电率为65%，矿浆泵电动机功率为200kW。按每年工作330天，每天工作16h计算，则每年节电686400kW·h，每度电费按0.5元计算，年节约费用36万元。两部分共节约成为41.1万元，除去设备投入19.5万元，每年共产生经济效益为15.6万元。虽然节省成本不高，但积少成多，符合共建资源节约型社会的发展理念。
3.4机电一体化发展方向
随着我国煤炭行业的飞速发展，传统的粗放式、破坏式的发展模式亟需改善，在产生经济效益的同时造成了严重的环境破坏，十九大以来，“以人为本”、“可持续发展”等科学理念深入人心，选煤厂机电一体化向绿色化、可持续化、智能化以及数字化方向发展。
（1）绿色化、可持续化。煤炭属于不可再生资源，在开发利用过程中要注重考虑后代的利益，这就要求我们在煤炭加工过程中避免浪费和损耗。通过机电一体化技术实现了资源和能源的高效利用，将黑色的煤炭变为“绿色”产品，同时对治理环境取得了良好的效果。（2）智能化、数字化。智能化、数字化发展是煤炭行业乃至各个领域的发展方向，融合多种技术的机电一体化简化了工作程序，大大减少了洗煤流程中的重复工作，加快了机电智能化的发展进程。计算机互联网技术为机电一体化数字化发展提供了技术基础，有朝一日人机结合的工作模式会逐渐实现，同时具备操作、诊断和修复的功能。选煤厂机电一体化技术的发展，降低了工人劳动强度，在满足生产工艺的同时提高了工作效率，减少了企业时间及经济成本，极大地促进了煤炭行业的发展。
4结语
（1）选煤厂原有阀门节流自控系统能够根据实际工况进行自动调节，但存在损耗严重、维修次数频繁及设备寿命缩短等多种问题。（2）以某选煤厂为工程背景，引进了变频调速技术，通过分析流量、转速、扬程和轴功率的关系，阐述了其应用原理，并说明了变频调速技术具有操作简单、设备维修次数少及效率较高等优点，实现了机电一体化。（3）变频调速技术的应用增加了企业经济效益，经计算，企业每年节约经济41.1万元，符合资源节约型社会的发展理念。（4）选煤厂机电一体化未来向绿色化、可持续化、智能化以及数字化方向发展。
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论文作者:姚强强
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/23
标签：机电一体化论文; 技术论文; 变频调速论文; 选煤论文; 变频器论文; 转速论文; 选煤厂论文; 《建筑细部》2018年第28期论文;