帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)技術(shù)的研究

武云亮

（山西霍寶干河煤礦有限公司， 山西 洪洞 041600）

引言

近年，煤礦生產(chǎn)規(guī)模逐漸加大，帶式輸送機(jī)在煤礦中的應(yīng)用規(guī)模、數(shù)量也在逐漸增大，相應(yīng)的功率隨之增大，煤礦企業(yè)皮帶機(jī)設(shè)備耗能也逐漸明顯。由于帶式輸送機(jī)所承受的載荷隨著設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)不斷變化，皮帶輸送機(jī)工作時(shí)皮帶傳送速度是恒定的，這樣在某些時(shí)段造成皮帶輸送機(jī)電能浪費(fèi)，其主要原因是皮帶輸送機(jī)中的運(yùn)行電機(jī)，不管在任何工況、任何載荷下其運(yùn)轉(zhuǎn)速度都是保持不變的恒定速度，無(wú)形中增加了皮帶輸送機(jī)運(yùn)行成本，造成電力能源浪費(fèi)。所以，合理對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低帶式輸送機(jī)的能耗是具有重大意義的。

1 帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)

1）方便在各種環(huán)境下進(jìn)行布置。皮帶輸送機(jī)能夠根據(jù)礦井生產(chǎn)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行傾斜或水平布置，如果巷道出現(xiàn)很大的轉(zhuǎn)角時(shí)應(yīng)用2 臺(tái)帶式輸送機(jī)進(jìn)行搭接串聯(lián)，從而達(dá)到輸送的連續(xù)性，這與其他形式的輸送設(shè)備相比，它具有強(qiáng)大的適應(yīng)能力[1]。

2）對(duì)環(huán)境及能耗影響小。在相同的載重量下，帶式輸送機(jī)耗電量是刮板傳送機(jī)的75%，另外帶式輸送機(jī)在煤炭輸送過(guò)程中，沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)多的粉塵，從而對(duì)井下工作環(huán)境影響較小。

3）帶式輸送機(jī)工作可靠。對(duì)比其他輸送方式的設(shè)備，帶式輸送機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所以，故障率也就相對(duì)較低，并且?guī)捷斔蜋C(jī)能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，效率高、可靠性強(qiáng)。

4）輸送成本低。帶式輸送機(jī)是連續(xù)傳送煤炭的設(shè)備，它可以進(jìn)行高負(fù)荷、遠(yuǎn)距離的煤炭輸送，所以，帶式輸送機(jī)具有較低輸送成本與較高輸送效率的特點(diǎn)[2]。

2 帶式輸送機(jī)恒速運(yùn)行產(chǎn)生問(wèn)題與節(jié)能

當(dāng)前，我國(guó)煤炭礦井帶式輸送機(jī)普遍使用工頻為皮帶機(jī)電機(jī)供電，電機(jī)轉(zhuǎn)速以及皮帶運(yùn)行速度保持不變，這樣無(wú)形中會(huì)造成帶式輸送機(jī)在輕載或者空載時(shí)電機(jī)效率降低，使帶式輸送機(jī)造成不必要的電能浪費(fèi)。另外，因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)轉(zhuǎn)速恒定，在輕載或空載時(shí)轉(zhuǎn)速不變?cè)斐刹槐匾哪p，從而減少了帶式輸送機(jī)的壽命。

為了降低帶式輸送機(jī)的能耗、減少不必要的磨損、提高其傳輸效率，可依據(jù)帶式輸送機(jī)載荷變化情況，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行速度上的調(diào)控。也就是不同的載荷使用不同的輸送速度，最終利用對(duì)帶式輸送機(jī)輸送速度的有效調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)省電耗、延長(zhǎng)設(shè)備壽命[3]的目的。

3 帶式輸送機(jī)定量節(jié)能分析

帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)運(yùn)行為恒速運(yùn)行，它沒(méi)有考慮傳輸機(jī)在實(shí)際工作中的載荷變化情況，這就造成帶式輸送機(jī)在某載荷下運(yùn)行將消耗不必要的電能。要想降低帶式輸送機(jī)電能損耗問(wèn)題，就必須根據(jù)帶式輸送機(jī)工作過(guò)程中載荷變化情況，動(dòng)態(tài)分段地對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行傳輸速度的調(diào)節(jié)。為了確保調(diào)控調(diào)速方法可靠、有效，把帶式輸送機(jī)的電耗指標(biāo)定義為帶式輸送機(jī)調(diào)整速度的根據(jù)，計(jì)算公式如下：

式中：L為帶式輸送機(jī)傳輸?shù)木嚯x，m；Q為帶式輸送機(jī)所承受載荷，t/h：Pm為帶式輸送機(jī)電機(jī)輸出功率，kW：EA為帶式輸送機(jī)電耗，kWh/（t·hm）。

從上面的公式中不難看出，當(dāng)帶式輸送機(jī)的輸送距離L一定時(shí)，EA的數(shù)值大小和Pm數(shù)值大小成正比關(guān)系，和Q數(shù)值成反比關(guān)系。Pm數(shù)值和帶式輸送機(jī)的傳輸速度存在很大的關(guān)系，依據(jù)相關(guān)的研究，帶式輸送機(jī)在全負(fù)荷與半負(fù)荷時(shí)帶速和功率之間的關(guān)系如下頁(yè)表1。

依據(jù)表1 得到：在帶式輸送機(jī)載荷相同的情況下，降低帶式輸送機(jī)的傳輸速度，就能夠降低帶式輸送機(jī)電力的消耗。

表1 不同負(fù)荷下帶速和功率之間的關(guān)系

雖然帶式輸送機(jī)降低傳輸速度能夠減少帶式輸送機(jī)電能的消耗并節(jié)省能源，但帶式輸送機(jī)不能任意地降速，因?yàn)榇蠓档蛶捷斔蜋C(jī)的速度，會(huì)直接影響帶式輸送機(jī)的輸送量，另外也要對(duì)帶式輸送機(jī)強(qiáng)度、質(zhì)量、寬度提出更高標(biāo)準(zhǔn)，所以，必須對(duì)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定下限[4]。

在對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，必須注意下面兩個(gè)問(wèn)題：必須設(shè)定帶式輸送機(jī)最低傳輸速度值，從而確保帶式輸送機(jī)能夠始終進(jìn)行連續(xù)工作；帶式輸送機(jī)的調(diào)速過(guò)程不能跟著負(fù)載變化進(jìn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，應(yīng)該根據(jù)帶式輸送機(jī)負(fù)荷變化情況采取分段進(jìn)行調(diào)整的方法，帶式輸送機(jī)如果進(jìn)行頻繁地速度調(diào)整，會(huì)造成帶式輸送機(jī)電機(jī)壽命的降低，同時(shí)也會(huì)增大帶式輸送機(jī)的磨損，這些無(wú)形中也會(huì)加大帶式輸送機(jī)的耗能。

4 節(jié)能設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)以上的分析能夠得出，依據(jù)帶式輸送機(jī)所受載荷的變化情況，對(duì)帶式輸送機(jī)輸送的速度采取分段調(diào)整，這樣能夠有效降低帶式輸送機(jī)電能的消耗。帶式輸送機(jī)速度的調(diào)整可應(yīng)用PLC 程序控制器與變頻技術(shù)完成。系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

其具體控制皮帶機(jī)傳輸速度的流程是：當(dāng)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)后，安裝在帶式輸送機(jī)各個(gè)部位的檢測(cè)傳感器對(duì)設(shè)備上的負(fù)荷以及傳輸速度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)后的數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸于S7-300PLC，PLC 對(duì)帶式輸送機(jī)傳輸速度和傳輸中承受的載荷加以分析，然后PLC 依據(jù)事先編譯好的控制程序，根據(jù)帶式輸送機(jī)所受負(fù)荷Q的大小，在程序中找出最佳帶式輸送機(jī)輸送V速度。PLC 將其最佳控制命令傳輸于變頻器，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，最終達(dá)到對(duì)帶式輸送機(jī)輸送速度的控制，從而可降低帶式輸送機(jī)電能的消耗[5]。

對(duì)帶式輸送機(jī)傳輸速度的調(diào)節(jié)可使用分段、分區(qū)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣有利于對(duì)帶式輸送機(jī)電機(jī)的保護(hù)，分段、分區(qū)進(jìn)行調(diào)速主要是依據(jù)帶式輸送機(jī)所承受的載荷為依據(jù)[6]。為了達(dá)到既省電又不影響傳輸機(jī)工作效率的目的，把帶式輸送機(jī)輸送速度設(shè)定為5個(gè)區(qū)間速度，見(jiàn)圖2。Q1 區(qū)間：當(dāng)傳輸機(jī)負(fù)荷達(dá)到80%以上時(shí)，輸送速度設(shè)定為額定速度1。Q2 區(qū)間：當(dāng)傳輸機(jī)負(fù)荷達(dá)到80%～60%之間時(shí)，輸送速度設(shè)定為額定速度80%，為第2 速度。Q3 區(qū)間：當(dāng)傳輸機(jī)負(fù)荷達(dá)到60%～40%之間時(shí)，輸送速度設(shè)定為額定速度60%，為第3 速度。Q4 區(qū)間：當(dāng)傳輸機(jī)負(fù)荷達(dá)到40%～20%之間時(shí)，輸送速度設(shè)定為額定速度40%，為第4 速度。Q5 區(qū)間：當(dāng)傳輸機(jī)負(fù)荷達(dá)到20%以下，為第5 速度。依據(jù)以上設(shè)計(jì)的調(diào)速原理，利用PLC 程序控制器及變頻器達(dá)到對(duì)帶式輸送機(jī)輸送速度的調(diào)節(jié)[7]。

圖2 分段速度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)