DTL70型帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)的研究

任亞慧

（山西新陽清潔能源有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

目前，大多數(shù)煤炭企業(yè)的輸送機仍采用恒速運行模式，因此提高帶式輸送機運行效率具有重要意義，輸送機變速控制可以降低能耗，達到節(jié)能的目的。調(diào)速系統(tǒng)需要根據(jù)自身運行特點進行調(diào)控，可在無人干預的情況下自動識別輸送機狀態(tài)、調(diào)控輸送機的轉(zhuǎn)速等。通常采用根據(jù)輸送機負載大小來調(diào)控的方式，當輸送機上負載較少時運行速率就低，在沒有負載輸送時可以待機，由此可以極大地降低刮板輸送機的能耗。帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)既能提高輸送機的工作效率、降低能耗，同時可實現(xiàn)無人化操作[1]。

1 帶式輸送機節(jié)能現(xiàn)狀研究

隨著我國對煤炭的需求不斷增加，社會要求礦用設(shè)備不斷向大型化、重型化方向發(fā)展，同時也要提高效益降低能耗。許多較為先進的控制技術(shù)應(yīng)用于帶式輸送機，提高了輸送機的節(jié)能效率。目前，國內(nèi)帶式輸送機技術(shù)相較于國外仍比較落后，帶式輸送機技術(shù)也從最開始的吊掛式帶式輸送機發(fā)展到使用鋼絲繩牽引的結(jié)構(gòu)，在20世紀七八十年代，帶式輸送機發(fā)展出可伸縮式、大仰角的輸送機。

近年來，帶式輸送機的規(guī)模、控制方式、驅(qū)動方式等都有了多樣化的發(fā)展，出現(xiàn)了特殊的定制化的產(chǎn)品。目前帶式輸送機已經(jīng)發(fā)展出了許多的樣式，可靠性不斷提高，可適應(yīng)于多種領(lǐng)域的模型，具有較好的制動性能。帶式輸送機配備了PLC核心控制技術(shù)，結(jié)合變頻驅(qū)動、智能調(diào)速等系統(tǒng)的應(yīng)用，對我國礦用帶式輸送機的性能提升起到了重要作用[2]。

2 輸送機結(jié)構(gòu)與原理

2.1 輸送帶

帶式輸送機的輸送帶主要用于承載運輸物料，具有一定的柔性，在驅(qū)動系統(tǒng)的帶動下循環(huán)往復地運行，實現(xiàn)對貨物的運輸。

2.2 驅(qū)動系統(tǒng)

帶式輸送機的驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動滾筒、電機等組成，一般輸送機在兩端布置兩個驅(qū)動滾筒，有助于提高帶式輸送機的井下適應(yīng)能力。

2.3 張緊裝置

張緊裝置主要是為了確保皮帶與滾筒之間有效的接觸，帶式輸送機貨物的運輸利用了皮帶與滾筒之間的摩擦力，張緊裝置可有效提高設(shè)備的運輸能力，同時提高皮帶的使用壽命。

2.4 托輥

帶式輸送機的托輥結(jié)構(gòu)為無動力傳動結(jié)構(gòu)，可降低皮帶在運輸過程中的阻力，提高輸送機的運輸能力。不同形式的托輥具有不同的功能，通常托輥在降低設(shè)備運行阻力的同時，可以防止皮帶跑偏，并能降低物流對設(shè)備的跌落沖擊。

帶式輸送機結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，在物料運輸過程中設(shè)備的磨損較小，因此具有較好的使用壽命及可靠性。如圖1所示，為帶式輸送機運行結(jié)構(gòu)原理圖，當設(shè)備在運行時，驅(qū)動滾筒與皮帶之間產(chǎn)生摩擦力，實現(xiàn)對物料的運輸。煤炭的生產(chǎn)嚴重依賴帶式輸送機，輸送機常24 h不間斷運行，設(shè)備的可靠性對其使用壽命、可靠性具有非常重要的影響[3]。

圖1 帶式輸送機工作原理圖

3 節(jié)能控制的方式

近年來，帶式輸送機的研究成為了行業(yè)研究的熱點，尤其是在提高輸送機能效方面，取得了諸多的成果。目前，對于輸送機能效的研究主要通過輸送機建模、參數(shù)化優(yōu)化、實時監(jiān)控等手段，同時基于模糊控制理論，對設(shè)備狀態(tài)進行識別進而對輸送機狀態(tài)進行控制。提高輸送機的能效具有重要意義，可極大地降低煤礦開采成本。帶式輸送機節(jié)能技術(shù)主要可以從能量消耗、能源利用率或控制方法等方面入手，下面對常用的節(jié)能控制技術(shù)做簡要說明。

3.1 流程化控制

流程化控制針對帶式輸送機的特點，可采用合理的操作流程以達到提高設(shè)備使用壽命的目的，如降低輸送機啟動時空轉(zhuǎn)時間、配置變頻驅(qū)動電機等，實現(xiàn)對皮帶的靈活驅(qū)動，降低了輸送機的空轉(zhuǎn)時間，提高了運輸效率。

3.2 電機功率優(yōu)化控制

對帶式輸送機驅(qū)動電機功率的控制及優(yōu)化，首先應(yīng)該對電機的工作情況進行實時監(jiān)測，有效控制電動機速率，當負載較小時降低電機的輸出功率，從而有效地提高設(shè)備運行的效率。

3.3 采用變頻驅(qū)動電機

通過對輸出電流的調(diào)頻進行調(diào)整，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制，尤其是在輸送機啟動與停車過程中，軟啟動對輸送機本身具有很好的保護效應(yīng)，同時達到節(jié)能的目的[4]。

4 節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計

帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計，需基于實際項目情況以及想要實現(xiàn)的功能，在此首先需要對采煤機開采的量以及物料供給速度以及量做一個合理的檢測評估，然后將檢測的數(shù)據(jù)傳回到控制系統(tǒng)，最后經(jīng)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，對速度進行控制，避免能量損耗，降低生產(chǎn)成本。帶式輸送機節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，節(jié)能控制裝置對采煤機、輸送機進行綜合控制。帶式輸送機發(fā)生突發(fā)狀況時會對其工作狀況產(chǎn)生影響，因此，在構(gòu)建節(jié)能控制系統(tǒng)時應(yīng)增加其調(diào)控能力，以幫助增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。

圖2 節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

4.1 硬件設(shè)計

帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)是以PLC為核心的控制系統(tǒng)，煤礦在實際生產(chǎn)過程中，需考慮生產(chǎn)的成本、能耗等問題。PLC控制系統(tǒng)選用了西門子的S8-2900控制芯片，該控制器具有較好的數(shù)據(jù)處理能力和通訊能力，可以很好地實現(xiàn)對帶式輸送機的控制。該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸與識別，可依據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對帶式輸送機狀態(tài)進行判斷，具備對簡單故障進行識別與保護的功能。

硬件系統(tǒng)中皮帶秤采用了常州得力的ICS電子皮帶秤，具有快速稱重、測速通信等功能，能將測試得到的數(shù)據(jù)快速反饋到控制中心。當物料通過輸送機時，皮帶秤即可感知到重量信息，將重量等物理信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化，并由顯示屏進行實時顯示。根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求，選擇了型號為DBP系列的礦用防爆型驅(qū)動變頻器，該變頻器具有很好的軟啟動、調(diào)速優(yōu)化記憶、功率平衡等功能。其他為實現(xiàn)輸送機的轉(zhuǎn)速控制需設(shè)置的傳感器，如速度傳感器、煙霧傳感器、防滑傳感器、張力傳感器等不再一一列舉，如圖3所示為控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

圖3 PLC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

4.2 軟件設(shè)計

根據(jù)前述硬件結(jié)構(gòu)的描述，控制系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)是硬件的靈魂，需要實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制的功能，根據(jù)軟件系統(tǒng)子模塊功能的劃分，將軟件系統(tǒng)的設(shè)計劃分為多個子模塊的軟件設(shè)計，子軟件控制系統(tǒng)的具體編程過程在此不再詳細說明。

4.2.1 軟啟動控制

電機的軟啟動控制，是基于PLC為核心來實現(xiàn)對輸送機系統(tǒng)的控制；軟啟動包括輸送機的啟動與停車，由控制系統(tǒng)對變頻啟動電機的輸入電壓進行切換控制。

4.2.2 功率平衡控制

功率平衡問題，是需要協(xié)同帶式輸送機的多個電機相互作用，協(xié)同配合，因此需要對多個電機的輸出功率進行控制。

4.2.3 系統(tǒng)故障預警

系統(tǒng)在運行過程中可能會發(fā)生故障，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)的異常情況判斷設(shè)備可能存在的故障，同時保障輸送機的正常工作，在遇到突發(fā)安全問題時可對故障做出響應(yīng)[6]。

4.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

經(jīng)過系統(tǒng)硬件與軟件的不斷調(diào)試、測試，最終實現(xiàn)了對帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施。在實現(xiàn)對輸送機狀態(tài)進行監(jiān)控的基礎(chǔ)上，提供了良好的操作界面，人機交互性好。該系統(tǒng)可集成顯示設(shè)備運行的信息，并可根據(jù)需要繪制各類型曲線，方便數(shù)據(jù)的查閱。如圖4所示，為節(jié)能控制系統(tǒng)軟件的監(jiān)控畫面，界面中詳細顯示了輸送機的狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)。

圖4 帶式輸送機狀態(tài)監(jiān)控主界面

5 結(jié)論

經(jīng)過不斷地調(diào)試與運行，系統(tǒng)整體實現(xiàn)了對帶式輸送機能耗的控制，提高了輸送機的運行效率，對帶式輸送機節(jié)能系統(tǒng)改造具有重要參考意義。