礦井帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化

孫鵬飛

上海大屯能源股份有限公司機電管理部 江蘇徐州 221611

煤礦井下帶式輸送機作為原煤運輸?shù)闹饕O備，其運輸質量關系到煤礦的產(chǎn)能大小。傳統(tǒng)的帶式輸送機功率基本保持恒定，但往往超過實際需求，增加電能損耗，加劇設備磨損，導致設備故障率上升。帶式輸送機運行狀態(tài)復雜多變，存在空載、輕載、帶載、過載等狀態(tài)，設備的電流、功率也隨負載情況不斷波動，容易導致能源浪費和安全隱患。因此，需要不斷對帶式輸送機系統(tǒng)進行優(yōu)化。

1 帶式輸送機能耗原因分析

在采煤工作面的實際生產(chǎn)中，為了確保整個工作面生產(chǎn)的安全性，采用逆煤流的方式啟動綜采工作面的各個設備，即先啟動主帶式輸送機，然后啟動順槽皮帶機，最后啟動采煤機。也就是說，在采煤機啟動時帶式輸送機以空載的狀態(tài)運行，而運行速度為最大載重的運行速度，從而造成了電能的浪費。此外，針對配有煤倉的煤礦帶式輸送機的帶速還需根據(jù)煤倉中煤炭儲量及變化率等參數(shù)進行控制[1]。

2 礦井帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化

2.1 重視散熱技術改善變頻性能

考慮到煤礦井下防爆性能的要求，變頻器的主要核心部件都是在一個密封的防爆外殼內(nèi)，這也會帶來一系列技術問題。由于變頻器在運行過程中會散發(fā)大量的熱，若不及時散熱，就會導致變頻器內(nèi)部元器件的溫度升高，嚴重影響變頻器的性能，甚至會引發(fā)安全事故。一般情況下，采用冷卻風機加真空熱管的方式對變頻器進行散熱，但是由于井下狹小的工作環(huán)境，散熱的效果會變得很差。這就需要采取一定的措施來改善散熱狀況，例如使用一些水冷設備來散熱等，重視對散熱技術的研發(fā)。只有這樣，才能保證變頻器的運行，才能發(fā)揮其在節(jié)能方面的優(yōu)勢。

2.2 PLC控制系統(tǒng)的設計

PLC軟件設計是為了監(jiān)測帶式輸送機的工作狀態(tài)和設備的故障處理，它可以將帶式輸送機的實時狀態(tài)（運行電流、電壓、運行速度、帶式輸送機綜合保護等）提供給上位機，保障帶式輸送機的安全運行。

PLC控制軟件包括了主程序設計、I/O地址的分配、通信程序和故障程序。本文選取的PLC編程軟件是西門子公司生產(chǎn)的STEP7編程軟件。在編程軟件上編PLC程序時應當將目標的控制任務進行模塊式的劃分，分別對每個小程序進行編寫，這樣不僅避免編寫的程序太長造成了混亂，模塊式的編程更有益于程序內(nèi)部的處理，加快程序的響應速度[2]。在進行主程序的設計時，應當充分考慮到設計主程序時實現(xiàn)手動停車、機動停車和全線停車，并可以將三種方式進行互相的切換。

2.3 礦用皮帶變頻技術

變頻器能夠根據(jù)荷載控制帶式輸送機運行速度，提高整個運輸系統(tǒng)的工作效率。礦用皮帶變頻系統(tǒng)主要由變頻器、PLC控制系統(tǒng)、電動機驅動部分等組成。機變頻器采集帶式輸送的運行工況，然后傳送到PLC控制系統(tǒng)進行處理分析，并由PLC控制系統(tǒng)發(fā)出信號指示相關設備做出反饋，協(xié)同完成過程控制等任務。主控設備、電源控制臺是整個系統(tǒng)的主要控制構件。工作人員根據(jù)上位機組態(tài)畫面的運行參數(shù)，通過控制組態(tài)換上的控制按鈕來操作，完成對帶式輸送機的精準控制。

2.4 帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用無線傳輸方式，攝像機采用IP數(shù)字防爆攝像機，能把視頻信號轉化為數(shù)字信號，通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)骄徒荆偻ㄟ^基站和光纖網(wǎng)絡傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。井下基站采用多點分布，冗余傳輸?shù)姆绞剑竞突局g用無線橋接方式、基站和攝像機之間采用AP方式傳輸數(shù)據(jù)，達到無縫隙覆蓋。同時安裝移動式攝像機，對特殊現(xiàn)場或臨時情況監(jiān)控，此攝像機為無線攝像機，可以就近和無線基站聯(lián)通，供電同時采用有線和無線兩種模式[3]。

利用視頻信息可以估算帶式輸送機的負載情況，據(jù)此利用先進的智能控制方法可以調節(jié)實時運行帶速及多電機驅動系統(tǒng)的同步協(xié)調性，實現(xiàn)帶式輸送機節(jié)能安全運行。

自動化控制系統(tǒng)由集中控制系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡平臺組成。通過建立實時工業(yè)環(huán)網(wǎng)與無線網(wǎng)絡覆蓋，將各個設備聯(lián)系在一起，實現(xiàn)與各設備之間的數(shù)據(jù)交換。在地面監(jiān)控中心實現(xiàn)對工作設備的遠程控制（手動調節(jié)、自動啟停、聯(lián)機控制），對帶式輸送機及其附屬設備進行控制。對每一臺設備的運行工況進行采集、存儲、顯示、報警、控制。并將采集到的數(shù)據(jù)通過井下萬兆環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，在地面監(jiān)控中心的存儲服務器，對采集的相關數(shù)據(jù)進行存儲、顯示和分析。

當帶式輸送機上沒有任何負載時，皮帶速度減慢并直至停止作業(yè)；當帶式輸送機上有煤流通過時，運行速度隨即增加，并根據(jù)實際負載情況實時匹配最佳運行速度，達到工作效率提升和設備損耗、電能消耗降低的目的。當帶式輸送機因特殊外界情況出現(xiàn)系統(tǒng)自身不能解決的問題時，能夠及時發(fā)出反饋警報并迅速關停帶式輸送機運行，并將其反饋到地面監(jiān)控中心，保障皮帶運輸煤炭安全進行。

3 結語

帶式輸送機是煤礦井下一種重要的煤炭運輸設備，長時間運行需要消耗大量的電能。針對帶式輸送機這種高能耗設備，很多煤礦都對帶式輸送機進行了變頻技術改造。在改造后，帶式輸送機的性能得到了明顯改善，而且有很不錯的節(jié)能效果，提升了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。從長遠來看，帶式輸送機變頻技術改造后能大幅度降低生產(chǎn)的成本，是一項值得推廣的技術。雖然變頻技術在節(jié)能上有很大的優(yōu)勢，但帶來的問題也是不容忽視的，例如變頻過程中產(chǎn)生的諧波污染電網(wǎng)等。