採礦業試營運新技術以維持營運

背景

西平原 (Western plains) 的家庭與企業仰賴懷俄明州煤礦供應所需能源。這座煤礦每年以火車運送約六百萬噸煤，供應公用事業成員進行發電，讓家庭享有暖氣、維持工廠營運，並讓各種必備的數位裝置獲得電力。

前述電力源自於兩座獨立露天礦場開採的煤礦，其中使用巨型拖索開挖機開採，然後將煤礦置於砂石車之中。砂石車將煤礦卸至軋碎機，將其分解為小塊，而壓碎的煤礦將移往輸送帶送往儲存倉。輸送帶網路形成運作「循環系統」，由軋碎機將煤礦送往選煤廠，在其中清洗及過濾，然後前往儲存倉，並很快地送往火車貨車。輸送帶是由強力馬達推動，每分鐘可讓煤礦移動 1,000 英呎以上。

挑戰

原本的輸送帶系統是於 1980 年代初期建造，設備遠不及最佳狀態。系統耗費大量電力、不夠可靠而且噪音震耳欲聾，特別是在硬啟動及停止時。由於營運每日需要每小時運送 2,250 噸的煤，持續 24 小時運作，因此需要可靠設備，確保仰賴煤的使用者能在需要時獲得。現場興建公用事業廠房之後，可靠性問題更加令人擔憂，因為這樣的廠房需要煤礦順暢運送。

礦場團隊為了提升能源效率及降低營運成本，分析了電力使用情形，第一步就是詳細檢查驅動輸送帶的設備。在輸送帶運作馬達的液壓系統為機械式，磨耗嚴重，提升維護成本。流體聯結裝置是液壓系統的一部分，除了難以捉摸，也在輸送帶造成大量停機時間，此外還有吵雜、不穩定及耗用大量能源等問題，而液壓系統的高壓及高熱也對維護人員造成安全風險。工程團隊了解流體聯結裝置需要淘汰，而自動化將是解決方案及所需成果的關鍵角色。

解決方案

團隊評估各種選項，並與業界同僚交換意見，決定在輸送帶安裝 Allen-Bradley^® PowerFlex^® 7000 變頻器，因為變頻器能夠更正確的控制速度，而且一般使用的能源低於液壓系統。

例如變頻器在輸送帶能夠將啟動馬達的所需電流，由 650% 的直接啟動 FLA 標準值，降低為 150% 的限電流 VFD 啟動 FLA 標準值，完全不需要特殊的轉子設計；同時啟動扭矩可提升至約滿載扭矩的 150%。輸送帶使用線性或 S 斜坡加速模式，啟動時不會產生過度電壓驟降，同時齒輪箱及輸送帶張直系統等機械傳動裝置，不會暴露於馬達的制動扭矩。速度控制為無限可變，可用於讓輸送帶負載維持穩定，有助於礦場操作員輕鬆啟動馬達，或減慢輸送帶速度，例如礦坑之中發生問題阻礙煤礦運送時。

變頻器安裝程序由輸送帶網路開端處開始，之後變頻器分階段增設至輸送帶的後續區段，例如軋碎機與選煤廠之間。Rockwell Automation 也安裝 Allen-Bradley PowerMonitor^™ 裝置，這樣經理就能即時追蹤礦場的能源使用情形。

結果

礦場實現的各項效益超乎預期。安裝新裝置大幅降低現場噪音，更重要的是營運減少了意外停機時間。礦場操作員尚未計算停機時間的改善成果，但礦場絕對運作的更為順暢，減少停機時間。同時電力使用數據也明確顯示，礦場每月可節省三千美元。更理想的輸送帶控制有一項附帶效益，就是能夠更有效地運送煤礦，並更正確地裝填火車貨車。

礦場現在處理以噸計的煤礦，準確度可達到正負 100 磅內。由於成效卓著，團隊計畫在剩餘輸送帶安裝變頻器，在整座礦場實現更多效益。