基于流量數(shù)據(jù)控制的輸送帶節(jié)能技術(shù)分析

于 程

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066001）

0 引言

秦皇島港煤二期預(yù)留工程采用翻車(chē)機(jī)、輸送帶、門(mén)式堆取料機(jī)進(jìn)行煤炭裝卸作業(yè)，翻車(chē)機(jī)、門(mén)式堆取料機(jī)出于節(jié)能需要均采用變頻啟動(dòng)控制方式。輸送帶因設(shè)備初始設(shè)計(jì)年限早、煤種復(fù)雜等條件限制，流量難以長(zhǎng)期恒定運(yùn)行，重載停機(jī)所需啟動(dòng)力矩倍增，故而采用直接啟動(dòng)控制方式。輸送帶采用多級(jí)接力的形式進(jìn)行煤炭運(yùn)輸，傳統(tǒng)啟動(dòng)方式為順向啟動(dòng)，即先啟動(dòng)下游受料設(shè)備（門(mén)式堆取料機(jī)、輸送帶）直到啟動(dòng)至上游給料設(shè)備（輸送帶、翻車(chē)機(jī)），該啟動(dòng)方式能有效避免物料堵塞問(wèn)題，但會(huì)造成輸送帶長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)行，浪費(fèi)大量電能。新型逆向啟動(dòng)方式，因輸送帶啟動(dòng)時(shí)間銜接問(wèn)題所引發(fā)的故障停機(jī)，制約了其節(jié)能效果。

本文提出一種基于流量數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)控制的輸送帶節(jié)能新技術(shù)，該技術(shù)以安裝在輸送帶上的高精度電子皮帶秤和堆場(chǎng)沿線的格雷母線為載體，通過(guò)編寫(xiě)PLC 控制程序，利用容錯(cuò)方式，規(guī)避原有輸送帶原有逆啟動(dòng)的缺陷，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定范圍內(nèi)重載減電機(jī)運(yùn)行。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該技術(shù)能有效節(jié)約電能，降低原有運(yùn)行方式缺陷所致的設(shè)備故障。

1 卸車(chē)流程及設(shè)備簡(jiǎn)介

如圖1 所示，秦皇島港煤二期預(yù)留工程卸車(chē)系統(tǒng)，采用B1F翻車(chē)機(jī)接卸C80 類(lèi)型車(chē)皮，通過(guò)翻車(chē)機(jī)下方的給料器，經(jīng)輸送帶和堆取料機(jī)將煤炭輸送至堆場(chǎng)，流程共計(jì)兩條：①流程1：B1F翻車(chē)機(jī)—BF1 輸送帶—BP3 輸送帶—BP4 輸送帶—BKJ 輸送帶—BZ1 輸送帶—B1DQ 堆取料機(jī)；②流程2：B1F 翻車(chē)機(jī)—BF1輸送帶—BP3 輸送帶—BP4 輸送帶—BKJ 輸送帶—BZ2 輸送帶—B2DQ 堆取料機(jī)。輸送帶的額定運(yùn)行速度為4.3 m/s，每條輸送帶啟動(dòng)至額定運(yùn)行速度所需時(shí)間為5 s，額定輸送能力為3000 t/h。BF1 輸送帶長(zhǎng)度為400 m，由2 臺(tái)315 kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)；BP3 輸送帶長(zhǎng)度為80 m，由1 臺(tái)160 kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)；BP4 輸送帶長(zhǎng)度為700 m，由2 臺(tái)250 kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)；BKJ 輸送帶的長(zhǎng)度為100 m，由1 臺(tái)315 kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)；BZ1 和BZ2 輸送帶的長(zhǎng)度為710 m，分別由2 臺(tái)315 kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。高精度電子秤安裝在距離BT12 機(jī)房300 m 處的正程輸送帶下方，用于采集煤炭輸送瞬時(shí)流量，格雷母線系統(tǒng)裝在BZ1 輸送帶北側(cè)壩基沿線和BZ2 輸送帶南側(cè)壩基沿線及對(duì)應(yīng)的B1DQ/B2DQ 堆取料機(jī)上，用于采集堆取料機(jī)的位置變量，因設(shè)備較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這里未在圖中示意。

圖1 卸車(chē)設(shè)備分布

2 數(shù)據(jù)控制的輸送帶節(jié)能啟動(dòng)方式

2.1 變量數(shù)據(jù)引入方式

利用以太網(wǎng)通信技術(shù)，將BF1 輸送帶高精度電子秤采集的流量數(shù)據(jù)和B1DQ/B2DQ 堆取料機(jī)格雷母線解碼器采集到位置數(shù)據(jù)，傳輸?shù)捷斔蛶LC 系統(tǒng)。

2.2 輸送帶的銜接時(shí)間計(jì)算

煤炭從高精度電子秤到BT12 轉(zhuǎn)接塔的時(shí)間：t1=300/4.3=69 s，BT12 轉(zhuǎn)接塔到BT13 轉(zhuǎn)接塔的時(shí)間t2=80/4.3=18 s，BT13 轉(zhuǎn)接塔到BT14 轉(zhuǎn)接塔的時(shí)間t3=700/4.3=162 s，BT14 轉(zhuǎn)接塔到BT1 轉(zhuǎn)接塔的時(shí)間t4=100/4.3=23 s，BT1 轉(zhuǎn)接塔到B1DQ/B2DQ 堆取料機(jī)的時(shí)間t5=S/4.3，其中S 為B1DQ/B2DQ 堆取料機(jī)的位置數(shù)據(jù)變量，由東向西逐漸變大，與輸送帶運(yùn)行方向相同。

2.3 輸送帶的逆啟動(dòng)邏輯關(guān)系

輸送帶啟動(dòng)至額定速度的加速時(shí)間為5 s，考慮到其他因素，設(shè)定2 s 的冗余時(shí)間，輸送帶的銜接時(shí)間減去加速時(shí)間和冗余時(shí)間，即為上下游輸送帶之間的啟動(dòng)間隔時(shí)間。當(dāng)高精度電子秤檢測(cè)到瞬時(shí)煤炭流量＞10 t，即認(rèn)為是重載運(yùn)行，即可逆向逐次啟動(dòng)下游輸送帶。以B1F-B1DQ 流程為例，正?？蛰d啟動(dòng)情況下，選中流程后，PLC 控制程序先啟動(dòng)BF1 輸送帶，連鎖信號(hào)傳輸給B1F 翻車(chē)機(jī)，B1F 翻車(chē)機(jī)啟動(dòng)，高精度電子秤檢測(cè)到瞬時(shí)煤炭流量＞10 t，t1-5-2（62 s）后BP3 輸送帶啟動(dòng)，t2-5-2（11 s）后BP4 輸送帶啟動(dòng)，t3-5-2（151 s）后BKJ 輸送帶啟動(dòng)，t4-5-2（16 s）后BZ1 輸送帶啟動(dòng)，t5-5-2后B1DQ 堆取料機(jī)輸送帶啟動(dòng)。故障情況下，如輸送帶突然出現(xiàn)堵煤、跑偏等故障導(dǎo)致重載停機(jī)，為了避免煤炭堵塞漏斗及撒漏，應(yīng)恢復(fù)原有輸送帶順向啟動(dòng)流程。為了區(qū)分正?？蛰d啟動(dòng)和重載故障啟動(dòng)，采用輸送帶故障信號(hào)作為鉗制條件，即B1F-BZ1 流程內(nèi)任何一條輸送出現(xiàn)故障，都會(huì)輸出一個(gè)重載故障啟動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)只有在本作業(yè)流程取消后才會(huì)消失，此時(shí)重載啟動(dòng)輸送帶會(huì)自動(dòng)選順向啟動(dòng)流程，避免重載情況下逆向啟動(dòng)的誤動(dòng)作。

2.4 輸送帶的減電機(jī)運(yùn)行邏輯關(guān)系

在實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)觀測(cè)輸送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)輸送帶在額定輸送能力運(yùn)行時(shí)，電流數(shù)值在額定的電流的45%～48%，空載運(yùn)行時(shí)，電流數(shù)值為額定電流的20%左右。這不是因?yàn)殡姍C(jī)功率選擇過(guò)大，而是考慮煤炭在輸送過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)瞬間過(guò)載的現(xiàn)象，以及故障重載啟動(dòng)需要更大的扭矩。

BF1 輸送帶因靠近翻車(chē)機(jī)并安裝了高精度電子秤，作為檢測(cè)性質(zhì)的輸送帶，BP3 和BKJ 輸送帶屬于單驅(qū)電機(jī)，故而三條輸送帶不考慮減少電機(jī)運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)BP4、BZ1、BZ2 輸送帶重載平滑減電機(jī)運(yùn)行，在各自B 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)滾筒之間加裝超越離合器，A 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)滾筒之間維持現(xiàn)狀。

當(dāng)高精度電子秤檢測(cè)到瞬時(shí)煤炭流量達(dá)到3000～3300 t時(shí)，即認(rèn)為是重載穩(wěn)定運(yùn)行，重載運(yùn)行時(shí)間T＞t1+t2+t3時(shí)，BP4 輸送帶重載穩(wěn)定運(yùn)行，重載運(yùn)行時(shí)間T＞t1+t2+t3+t4+t5時(shí)，BZ1/BZ2輸送帶重載穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)PLC 控制程序輸出各自輸送帶B 電機(jī)停止運(yùn)行信號(hào)，超越離合器脫開(kāi)，實(shí)現(xiàn)A 電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)高精度電子秤檢測(cè)到瞬時(shí)煤炭流量超過(guò)3300 t，即認(rèn)為是重載瞬時(shí)過(guò)載運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)按計(jì)算好的時(shí)間投入B 電機(jī)運(yùn)行，即T1＞t1+t2-5-2時(shí)，BP4 輸送帶B 電機(jī)啟動(dòng)，超越離合器閉合，進(jìn)入雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，T2＞t1+t2+t3+t4-5-2時(shí)，BZ1/BZ2 輸送帶B 電機(jī)啟動(dòng)，超越離合器閉合，進(jìn)入雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。

3 結(jié)語(yǔ)

基于高精度電子秤載體的流量數(shù)據(jù)和高精度格雷母線位置數(shù)據(jù)控制變量的輸送帶節(jié)能新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的高精度化，確保了作業(yè)流程每條輸送帶的啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算的精準(zhǔn)化，規(guī)避原有輸送帶原有逆啟動(dòng)的缺陷，輔之以超越離合器，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定范圍內(nèi)重載減電機(jī)運(yùn)行，避免瞬間重載流量過(guò)大所致的單機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)力不足。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該技術(shù)能有效節(jié)約電能，降低原有運(yùn)行方式中缺陷所致的設(shè)備故障。