皮帶輸送機節(jié)能變頻控制系統(tǒng)的應用

李帥帥

（晉能控股煤業(yè)集團趙莊二號井，山西 長治 047100）

引言

皮帶運輸機是煤礦主要運輸設備，也是礦井生產(chǎn)運輸系統(tǒng)的咽喉[1-2]。近年我國煤礦自動化水平逐步提高，皮帶運輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動啟停，但是在礦井的正常生產(chǎn)過程中，由于皮帶運輸機多為定速運輸，礦井出煤量不穩(wěn)定時，皮帶運輸系統(tǒng)存在空載運行和少煤快轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，造成皮帶能耗大，經(jīng)濟效益低的問題[3-4]。為提高皮帶運輸機使用效率，降低設備能耗和機械磨損，提升礦井經(jīng)濟效益，設計皮帶運輸機變頻控制系統(tǒng)[5-6]，在實現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”的基礎上，還可以提升礦井自動化水平。

1 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)的設計

1.1 煤量識別

煤礦皮帶運輸機要實現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”，必須對皮帶運輸機上煤量多少進行準確識別。由于煤礦井下環(huán)境特殊，存在大量水蒸氣，且煤炭運輸過程中必然會出現(xiàn)大量煤塵，對煤量識別傳感器的適應性要求較高。采用“微波光”探測原理的煤流傳感器（見圖1所示），實現(xiàn)皮帶運輸機上煤量的識別，為非接觸式安裝。其原理為通過微波光照射和接收，計算微波光的發(fā)射和反射時間差，從而可以得到皮帶上部煤的厚度，并將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流信號進行輸出。微波光傳感器可以實現(xiàn)高速運行皮帶運輸機上煤流的檢測和信號輸出；并且采用多模塊微波光技術(shù)相互補償，精確識別不同狀態(tài)的煤厚，處理后對信號進行模擬量線性輸出。該微波光煤流探測傳感器避免了接觸式傳感器的諸多缺點，不受安裝地點限制，不受皮帶傾角的限制，且有壽命長、精度高、防碰撞、外部環(huán)境干擾小的優(yōu)點。

圖1 煤流傳感器

1.2 皮帶機速度自動調(diào)節(jié)

煤礦皮帶運輸機要實現(xiàn)節(jié)能提效，在煤流準確識別的基礎上，還需要做出相應的應對反應，無煤流時要停機，煤流小時要降速，因此，需要在皮帶輸送機電機上安裝變頻調(diào)節(jié)器。采用隔爆兼本質(zhì)安全性變頻器，與皮帶輸送機的電機連接，通過變頻器來實現(xiàn)對皮帶輸送機速度的調(diào)控，實現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”。

在皮帶落煤點上部安裝煤流傳感器，可以實現(xiàn)皮帶輸送機上部煤量的實時檢測，并轉(zhuǎn)換成對應電流信號，傳輸至PLC控制箱，然后將轉(zhuǎn)變后的信號傳輸給變頻調(diào)節(jié)器，通過變頻調(diào)節(jié)器控制皮帶輸送機的速度，從而實現(xiàn)根據(jù)皮帶輸送機煤流多少自動控制皮帶輸送機速度，最終達到節(jié)能提效的目的?？刂屏鞒桃娤马搱D2。

2 改造方案

為實現(xiàn)多部皮帶的聯(lián)動啟停，以及地面監(jiān)控中心的遠程一鍵啟停，需對井下皮帶傳感器、控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控以及地面調(diào)度室進行改造。

2.1 皮帶傳感器的改造

改造皮帶輸送機需設置堆煤、速度、跑偏、煙霧、撕裂、拉線等傳感器，同時在皮帶輸送機落煤點上部安裝微波光煤流傳感器，其與變頻器相互配合使用可實現(xiàn)煤流大小與皮帶速度實時在線調(diào)速功能，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.2 控制系統(tǒng)的改造

圖2 控制流程圖

本次皮帶輸送機改造采用的PLC控制系統(tǒng)為西門子S7-1200系列。在需改造的皮帶機頭分別安裝KXJ660型PLC防爆箱和TH12-X本安顯示控制臺，可以顯示皮帶輸送機操作控制、急停控制和送話控制；顯示器可以修改參數(shù)，還可以顯示、存儲皮帶運行狀態(tài)，同時顯示電機的電流、電壓、運行和故障狀態(tài)。電控系統(tǒng)通過采集煤流傳感器的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，控制變頻器的輸出頻率，從而實現(xiàn)對皮帶運行速度的調(diào)節(jié)，達到根據(jù)皮帶運送煤炭的有無、多少來實現(xiàn)皮帶節(jié)能運行的目的。

工作面皮帶運輸機上部煤炭來自工作面采煤機割煤，因此，采用具備起停功能的通訊機采集給煤機的啟動信號，并由程序自動檢測皮帶運行速度。皮帶全速運行時，通過PLC控制給煤機繼電器，起動給煤機；若采集到給煤機起動信號后，程序檢測到皮帶未達到全速，則在皮帶達到全速后再起動給煤機，防止突然起動灑煤。

2.3 地面調(diào)度室及視頻監(jiān)控的改造

在地面監(jiān)控中心布置網(wǎng)線、光纜和井下連接，通過IPC-610L型研華工控機、視頻柜、KBA113型礦用隔爆型攝像儀云臺一體機對井下皮帶運輸狀態(tài)、運輸數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控。

3 應用效果

改造后的皮帶輸送機在某礦井工作面順槽進行安裝試驗，該皮帶輸送機由兩條皮帶組成，單條皮帶長度不小于500 m，均由兩臺355 kW電機拖動。單條皮帶安裝見圖3所示。在現(xiàn)場實際運行過程中，通過實時監(jiān)測皮帶輸送機運行數(shù)據(jù)，對皮帶節(jié)能效果進行分析，單條皮帶的能耗降低約30%，并且皮帶實現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”，可以降低皮帶輸送機整機的機械損耗，延長使用壽命，節(jié)約維修成本。根據(jù)皮帶運行里程分析可知，皮帶輸送機使用壽命可延長1倍，其經(jīng)濟效益更加顯著。

圖3 單條皮帶安裝示意圖

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場試驗分析可知，對皮帶運輸機進行節(jié)能系統(tǒng)改造后，其在實際運行中可降低約30%的能耗，并且降低皮帶輸送機的機械損耗，延長使用壽命，節(jié)約維修成本。