帶式輸送機(jī)能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙鵬飛

(山西忻州神達(dá)梁家磧煤業(yè)有限公司，山西 河曲 036500)

帶式輸送機(jī)的重要組成部分之一是控制系統(tǒng)，工作可靠性要求較高，與井下作業(yè)人員的安全及煤炭輸送效率息息相關(guān)[1-3]。近年來(lái)煤炭企業(yè)均向著節(jié)能降耗方向發(fā)展[4]，作為連續(xù)工作時(shí)間最長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)能源消耗量較大，開展節(jié)能降耗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，不僅能節(jié)省生產(chǎn)成本，還能提高煤炭市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)增產(chǎn)增效意義重大。

1 總體方案

帶式輸送機(jī)節(jié)能降耗控制系統(tǒng)的總體方案見(jiàn)圖1。

圖1 控制系統(tǒng)方案

由圖1可以看出，該控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、PLC控制器、變頻驅(qū)動(dòng)模塊等組成。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用來(lái)實(shí)時(shí)顯示帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；PLC控制系統(tǒng)用來(lái)分析處理實(shí)時(shí)采集到的帶式輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，傳輸至上位機(jī)；變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)PLC分析計(jì)算結(jié)果反饋的控制信號(hào)進(jìn)行采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻節(jié)能控制；帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)確保帶式輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行；信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)的溫度、電壓、電流等數(shù)值；通訊系統(tǒng)主要完成帶式輸送機(jī)與PLC、上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC控制器

根據(jù)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，依然采用其原有的PLC控制器，重新設(shè)計(jì)控制器的硬件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)工作時(shí)，由上位機(jī)發(fā)出控制指令至PLC，經(jīng)PLC控制器之后傳輸至變頻器進(jìn)而控制帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使帶式輸送機(jī)降低能源的消耗。速度傳感器、電子皮帶秤和保護(hù)傳感器實(shí)時(shí)采集得到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)PLC進(jìn)行分析處理之后由上位機(jī)顯示模塊顯示運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，監(jiān)控人員可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

圖2 PLC控制器硬件結(jié)構(gòu)

2.2 變頻器

控制系統(tǒng)選擇型號(hào)為6SE7138-6HG62-3BA0的變頻器，工作輸出電流為860 A，供電電壓為600～690 V。根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，需要配置3臺(tái)變頻器，以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)異步交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的目的。變頻器外接主電路如圖3所示，配電柜為其供電實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停與調(diào)速功能。

圖3 變頻器外接電路圖

2.3 傳感檢測(cè)元件

監(jiān)測(cè)煤流量使用礦用電子皮帶秤，型號(hào)為ICS-ST，實(shí)時(shí)采集帶式輸送機(jī)經(jīng)過(guò)的煤流量數(shù)據(jù)。功率監(jiān)測(cè)采用EDA9033A型功率采集模塊，配合3個(gè)變頻器使用。輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度檢測(cè)采用速度傳感器，型號(hào)為GSC4，額定電壓數(shù)值為直流12 V、工作電流不大于50 mA、測(cè)量范圍0～5 m/s、測(cè)量誤差數(shù)值為±0.5%.依然用帶式輸送機(jī)原有的綜合保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集帶式輸送機(jī)的溫度、跑偏、煙霧、堆煤等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳輸至PLC進(jìn)行分析處理，實(shí)時(shí)顯示在上位機(jī)中，供監(jiān)控人員掌握帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序作為帶式輸送機(jī)能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)需要調(diào)用各個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送的集中管理和分散控制。基于筆者的工作經(jīng)驗(yàn)及帶式輸送機(jī)節(jié)能降耗功能的要求，設(shè)計(jì)完成了控制系統(tǒng)的主程序，如圖4所示?？刂坪诵牟考捎昧斯I(yè)PLC，各個(gè)子控制系統(tǒng)之間獨(dú)立工作但能夠被PLC調(diào)用，保證了各個(gè)子控制系統(tǒng)之間的通信時(shí)效。

圖4 控制系統(tǒng)主程序流程圖

3.2 能耗優(yōu)化程序

帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中煤炭流量分布不均勻，若投入大量的人力物力調(diào)整偏載，必將增加煤炭企業(yè)的生產(chǎn)成本，也會(huì)威脅帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。故而，設(shè)計(jì)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)電控識(shí)別煤炭流量，將煤炭流量轉(zhuǎn)化為單位時(shí)間通過(guò)的煤炭質(zhì)量。控制系統(tǒng)根據(jù)煤炭質(zhì)量的變化確定輸送帶的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)重載大功率運(yùn)行、輕載小功率運(yùn)行的功能，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為了防止煤流量的擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)造成誤動(dòng)作，在煤流量變化時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行判別，能耗優(yōu)化程序如圖5所示。

圖5 帶式輸送機(jī)調(diào)速流程圖

3.3 上位機(jī)

上位機(jī)作為能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要由系統(tǒng)管理模塊、監(jiān)控界面模塊和數(shù)據(jù)管理模塊組成，見(jiàn)圖6。系統(tǒng)管理模塊實(shí)現(xiàn)了用戶管理和值班管理功能，實(shí)時(shí)記錄工作人員和值班人員的信息和操作內(nèi)容；監(jiān)控界面模塊實(shí)時(shí)顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，供監(jiān)控人員及時(shí)獲取帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合呈現(xiàn)變化曲線；數(shù)據(jù)管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息并歸檔，具有數(shù)據(jù)查詢和故障記錄等功能，對(duì)于指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)維修具有重要意義。

圖6 上位機(jī)結(jié)構(gòu)組成圖

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)程序問(wèn)題，變頻控制功能可靠。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅降低了帶式輸送機(jī)能源消耗，還提供了近12%的有效工作時(shí)間。帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)顯示故障位置等信息，節(jié)省了近6%的設(shè)備故障排查時(shí)間，減少了2～3名設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員，降低了煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)投入，取得了很好的應(yīng)用效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

控制系統(tǒng)作為帶式輸送機(jī)的重要組成部分，其控制性能優(yōu)劣至關(guān)重要。帶式輸送機(jī)能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)重載大功率運(yùn)行、輕載小功率運(yùn)行，滿足了節(jié)能降耗的要求。