帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的優(yōu)化研究

王 艷

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)虎龍溝煤業(yè)有限公司營銷部，山西 朔州 038300）

引言

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，隨著綜采工藝及綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的提升，帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長距離以及高運(yùn)速的方向發(fā)展，其耗電量在煤礦生產(chǎn)中的占比較大。而且由于工作面煤炭產(chǎn)量不恒定導(dǎo)致常出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。因此，提高帶式輸送機(jī)的輸送效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)速與運(yùn)量相匹配的控制是實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵[1]。本文將著重對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。

1 帶式輸送機(jī)能效優(yōu)化研究

簡(jiǎn)單地說，帶式輸送機(jī)主要由輸送帶、驅(qū)動(dòng)分系統(tǒng)、張緊風(fēng)系統(tǒng)、清掃裝置以及托輥等組成。普通帶式輸送機(jī)模型如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)模型示意圖

實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能運(yùn)行，需要在保證帶式輸送配件具備高性能、高壽命以及低損耗的基礎(chǔ)上完成，其核心在于要求帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)能夠結(jié)合最有效的控制算法對(duì)輸送電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。針對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化可通過對(duì)其控制流程、功率匹配優(yōu)化、電機(jī)接線優(yōu)化以及速度控制優(yōu)化等多個(gè)層面進(jìn)行實(shí)施，本文將對(duì)帶式輸送機(jī)功率進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)其達(dá)到節(jié)能的目的[2]。具體分析可知，影響帶式輸送機(jī)功率的因素包括有設(shè)備的結(jié)構(gòu)（托輥直徑、間距、帶寬、下垂度等）、電機(jī)能量的損耗（定子、轉(zhuǎn)子的銅耗和鐵芯、機(jī)械以及其他損耗等）、工作環(huán)境溫度以及供給速度與運(yùn)轉(zhuǎn)速度的匹配程度。本文將從實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)供給速度與運(yùn)轉(zhuǎn)速度的高度匹配來解決其節(jié)能控制問題。

2 帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

經(jīng)對(duì)帶式輸送機(jī)能效分析研究可知，當(dāng)前解決帶式輸送機(jī)運(yùn)速與運(yùn)量不匹配的問題是降低其能耗的關(guān)鍵。因此，本文所涉及的帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)包括對(duì)運(yùn)量監(jiān)測(cè)和運(yùn)速監(jiān)測(cè)控制的功能，除此之外，要求帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)具備對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)保護(hù)功能，包括對(duì)帶式輸送機(jī)及的堆煤、撕裂、煙霧報(bào)警、防滑以及跑偏等故障的保護(hù)[3]。在對(duì)上述節(jié)能系統(tǒng)的基本功能描述的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)如圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)框圖。

圖2 帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

基于上述帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)輸送帶的實(shí)時(shí)運(yùn)量和實(shí)施功率，基于PLC控制器，通過變頻器對(duì)輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。針對(duì)輸送機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)量的監(jiān)測(cè)基于ICS電子皮帶秤實(shí)現(xiàn)；帶式輸送機(jī)電機(jī)的實(shí)時(shí)功率基于功率采集模塊完成，包括對(duì)電機(jī)運(yùn)行電流、電壓以及功率等參數(shù)的采集；帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)速基于速度傳感器完成。

為保證帶式輸送機(jī)輸送能力滿足工作面的生產(chǎn)需求，一般為帶式輸送機(jī)配置兩臺(tái)電機(jī)，通過雙電機(jī)提升其運(yùn)輸能力。根據(jù)多電機(jī)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)應(yīng)的額定電壓為2.3 kV，額定功率為1 000 kW，對(duì)應(yīng)選擇變頻器的輸出電壓為2.3 kV，綜合分析最終變頻器的具體型號(hào)為6SE8014-1AA01。

2.2 帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于多電機(jī)帶式輸送機(jī)而言，在對(duì)上述設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還需相應(yīng)的軟件才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)帶式輸送的節(jié)能運(yùn)行控制，期間需通過軟件控制實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)控制，解決雙電機(jī)功率不平衡的問題以及對(duì)運(yùn)行過程中所存在的故障進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警。

對(duì)于帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)控制，其核心為在設(shè)備及系統(tǒng)具備啟動(dòng)的前提下，按照預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)曲線通過變頻器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軟啟動(dòng)，當(dāng)頻率達(dá)到設(shè)定值后軟啟動(dòng)完成[4]。對(duì)于多電機(jī)帶式輸送機(jī)而言，實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的運(yùn)行功率的平衡控制是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，其控制核心為對(duì)各電機(jī)的實(shí)時(shí)電流信息進(jìn)行采集，根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)量計(jì)算得出電機(jī)的平均電流值，并通過控制兩電機(jī)的頻率對(duì)其功率進(jìn)行平衡控制[5]，具體控制流程如圖3所示。

圖3 多電機(jī)帶式輸送機(jī)功率平衡控制流程圖

除此之外，要求帶式輸送節(jié)能系統(tǒng)通過對(duì)各類保護(hù)傳感器數(shù)據(jù)的采集實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備停機(jī)、報(bào)警等動(dòng)作的控制。

3 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化效果

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化的主要目的是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行，為驗(yàn)證帶式輸送機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化效果，分別取某礦在優(yōu)化前7 d設(shè)備運(yùn)行的運(yùn)輸量和耗電量與優(yōu)化后7 d設(shè)備運(yùn)行的運(yùn)輸量和耗電量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化效果對(duì)比

分析表1可知，對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后的設(shè)備在7 d內(nèi)的運(yùn)輸總量變化不大，但是優(yōu)化后設(shè)備總的耗電量減少29.9%，每天節(jié)約電費(fèi)約5萬元。