帶式輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

靳桂梅

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備科大機(jī)械有限公司， 山西 大同 037001）

引言

帶式運(yùn)輸機(jī)作為礦井生產(chǎn)運(yùn)輸中不可或缺的連續(xù)運(yùn)輸裝置，因兼具大運(yùn)量、長距離和高速度，在礦井生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。與此同時，帶式運(yùn)輸機(jī)也成為了礦井生產(chǎn)中的能耗大戶。由于井下運(yùn)輸作業(yè)中，帶式運(yùn)輸機(jī)并不是始終處于滿載運(yùn)行狀態(tài)，很多時候都處于空載或欠載狀態(tài)，會造成極為嚴(yán)重的電能浪費(fèi)現(xiàn)象。鑒于此，設(shè)計一種高效的帶式運(yùn)輸機(jī)自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其運(yùn)輸速度和運(yùn)煤量的自動匹配，能夠在確保運(yùn)行有效性的同時最大程度降低能耗，為礦井綜合效益的增加提供有力幫助[1]。

1 系統(tǒng)原理

帶式運(yùn)輸機(jī)自匹配電氣系統(tǒng)主要由稱重裝置、PLC控制器、變頻裝置、電機(jī)及各類感應(yīng)裝置構(gòu)成。其原理為：作業(yè)時皮帶稱重裝置可以對煤炭運(yùn)輸量進(jìn)行實時監(jiān)測，并同步將相關(guān)數(shù)值傳輸給PLC控制裝置。PLC控制裝置在接收到相關(guān)數(shù)據(jù)后，依照預(yù)設(shè)的匹配算法求得控制變頻裝置的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而達(dá)成對帶式運(yùn)輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效調(diào)控，實現(xiàn)運(yùn)煤量與皮帶運(yùn)行速度的相互匹配，實現(xiàn)運(yùn)行能耗的大幅縮減[2]。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

系統(tǒng)所用變頻裝置采用型號為ACS880-37-111A的變頻裝置，該變頻裝置能夠支持二象限/四象限運(yùn)行和各類現(xiàn)場總線通訊方式。該裝置配設(shè)有LCL進(jìn)線型濾波裝置，作業(yè)時的輸入諧波分量相對較低。同時該變頻裝置能夠廣泛支持各類型的電機(jī)，從而達(dá)成對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的有效控制。系統(tǒng)所用控制裝置為EPEC6100系列；所用傳感裝置均為麥克公司生產(chǎn)的系列感應(yīng)裝置。

圖1 帶式運(yùn)輸機(jī)速度自動調(diào)整流程示意圖

3 軟件設(shè)計

圖1和下頁圖2所示分別為帶式運(yùn)輸機(jī)速度自動調(diào)整流程示意圖和帶式運(yùn)輸機(jī)變頻控制流程示意圖。在圖1所示流程中，在完成對帶式運(yùn)輸機(jī)的初始化控制后，系統(tǒng)操控啟動帶式運(yùn)輸機(jī)后，立即對電視運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，若其處于輕載狀態(tài)，則減小帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度，并對調(diào)整后是否實現(xiàn)節(jié)能進(jìn)行判定，若實現(xiàn)節(jié)能，則結(jié)束本次調(diào)整。若系統(tǒng)仍未實現(xiàn)有效節(jié)能，則繼續(xù)降低運(yùn)行速度。當(dāng)開始判定帶式運(yùn)輸機(jī)處于非輕載狀態(tài)時，則會對其是否處于重載狀態(tài)進(jìn)行判定，若判定為重載狀態(tài)，則對運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)低并判斷是否需要進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)不需要進(jìn)行保護(hù)時，則本次調(diào)整結(jié)束。若需要保護(hù)時，持續(xù)減小運(yùn)行速度，直至帶式運(yùn)輸機(jī)不再處于重載狀態(tài)為止。在圖2所示流程中，作業(yè)時先對變頻裝置進(jìn)行初始化操作，隨后通過PLC控制器啟動變頻裝置，接著變頻裝置對自身所接收操作指令進(jìn)行判定，看其是否為加速指令，若為加速指令則根據(jù)指令增大運(yùn)行轉(zhuǎn)矩或頻率；若不是加速指令，則對其是否為減速指令進(jìn)行判定，判定通過后根據(jù)指令縮小運(yùn)行轉(zhuǎn)矩或頻率。而當(dāng)變頻裝置存在故障時，系統(tǒng)會立即自動響應(yīng)，并終止變頻裝置操控流程[3-4]。

圖2 帶式運(yùn)輸機(jī)變頻控制流程示意圖

4 實踐應(yīng)用

于2019年1月在A礦井下106采區(qū)帶式運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)中對所設(shè)計基于PLC控制的帶式運(yùn)輸機(jī)自動控制系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行實踐檢驗。整個106采區(qū)總共布設(shè)有兩臺給料機(jī)為帶式運(yùn)輸機(jī)供煤，當(dāng)只有其中一臺供料機(jī)進(jìn)行供料時，將運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度設(shè)定為2 m/s；當(dāng)兩臺供料機(jī)全部作業(yè)時，則將帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度設(shè)定為3.6 m/s。整個實踐檢測作業(yè)共劃分為兩個階段，第一階段僅僅對帶式運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行兩種操作，即啟動和停止操作。啟動時根據(jù)實際供料機(jī)運(yùn)行數(shù)量，確定帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度為2 m/s或3.6 m/s。第二階段則通過所設(shè)計的自匹配控制系統(tǒng)對帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行實時調(diào)控[5-6]。

第一階段：該階段的操控作業(yè)相對簡單，作業(yè)時當(dāng)兩臺供料設(shè)備全部運(yùn)行時，則將帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度設(shè)定為3.6 m/s；而當(dāng)只有單個供煤設(shè)備作業(yè)時，將帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度設(shè)定為2 m/s。同時分別對不同運(yùn)行速度下的帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀測，看其能否充分滿足實際作業(yè)需求。經(jīng)過現(xiàn)場觀測可知，在兩種運(yùn)行狀態(tài)下，帶式運(yùn)輸機(jī)均能滿足井下生產(chǎn)作業(yè)的需求。

第二階段：該階段中，帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行依靠所設(shè)計自匹配的控制系統(tǒng)進(jìn)行操控，其自動匹配算法主要有兩種，一個是依據(jù)煤量變化進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，另一個是依據(jù)設(shè)備運(yùn)行功率進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。當(dāng)采用第一種算法時，其作業(yè)流程示意圖如圖3所示，作業(yè)時的初始速度為2 m/s，而當(dāng)稱重裝置監(jiān)測到皮帶運(yùn)輸量達(dá)到180 t/h以上時，則調(diào)節(jié)設(shè)備速度達(dá)到3 m/s，而當(dāng)速度進(jìn)一步增大至900t/h以上時，則速度進(jìn)一步增加至3.6m/s。而采用根據(jù)設(shè)備運(yùn)行功率進(jìn)行自動調(diào)節(jié)時，其作業(yè)流程示意圖如圖4所示，作業(yè)時帶式運(yùn)輸機(jī)初始速度設(shè)定為2m/s，而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行功率達(dá)到130 kW以上時，則將設(shè)備速度調(diào)節(jié)至3m/s；當(dāng)電機(jī)運(yùn)行功率達(dá)到200kW，則將速度進(jìn)一步調(diào)節(jié)至3.6m/s。

圖3 根據(jù)煤量的調(diào)節(jié)作業(yè)流程示意圖

圖4 根據(jù)功率調(diào)節(jié)的作業(yè)流程示意圖

在通過一個多月的實踐檢測分析后，基于對帶式運(yùn)輸機(jī)參數(shù)的匯總統(tǒng)計可知，通過使用自匹配控制系統(tǒng)，帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度均值由原來的3.4 m/s降低至2.7m/s，作業(yè)電流由原來的58 A降低至55 A，供電能耗由原來的115 kW降低至104 kW，作業(yè)產(chǎn)量/能耗比增幅超過80%，表明所設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，實現(xiàn)了作業(yè)能耗的大幅降低。

5 結(jié)語

帶式運(yùn)輸機(jī)是井下生產(chǎn)中的主要能耗設(shè)備，若在確保運(yùn)行效率不變的同時能夠?qū)崿F(xiàn)其運(yùn)行能耗的降低，對于提升礦井生產(chǎn)綜合效益意義重大。本次研究針對帶式運(yùn)輸機(jī)常規(guī)作業(yè)控制中存在的運(yùn)行速度和運(yùn)煤量不匹配現(xiàn)象，設(shè)計針對性的自匹配控制系統(tǒng)，借助PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)了運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度和運(yùn)煤量的自動匹配，實現(xiàn)了能耗的有效節(jié)約。