皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

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1、皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 摘要：針對皮帶運(yùn)輸機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中"大馬拉小車";，電能大量浪費(fèi)的問題，以隰東煤業(yè)綜采工作面皮帶運(yùn)輸機(jī)為研究對象，在對比各類節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上，確定采用變頻節(jié)能技術(shù)對其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并結(jié)合煤量自動識別技術(shù)和模糊控制算法，達(dá)到對皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制的目的。 關(guān)鍵詞：皮帶運(yùn)輸機(jī)；節(jié)能改造；變頻調(diào)速；煤量自動識別；模糊控制 皮帶運(yùn)輸機(jī)是綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，其與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、掘進(jìn)機(jī)等并列為綜采工作面必不可少的綜采設(shè)備。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，皮帶運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)、空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)以及排水泵等機(jī)電設(shè)備的能耗占據(jù)整個(gè)工作面能耗的75%左右

2、。近年來，隨著"綠色生產(chǎn)、節(jié)能生產(chǎn)";理念的不斷提出，尤其對于煤礦行業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、綠色生產(chǎn)對降低煤礦生產(chǎn)成本具有重大的意義。當(dāng)前，工作面大型機(jī)電設(shè)備的平均效率低于60%[1]。目前，皮帶運(yùn)輸機(jī)采用開環(huán)控制方式，設(shè)備尚不能夠根據(jù)其運(yùn)輸量對運(yùn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致電能大量浪費(fèi)。因此，需對當(dāng)前煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。具體闡述如下。 1工程概況 本文以隰東煤業(yè)一綜采工作面的皮帶運(yùn)輸機(jī)為研究對象，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。該皮帶運(yùn)輸機(jī)共有3臺電機(jī)且均安裝于設(shè)備的頭部，其驅(qū)動方式為變頻驅(qū)動。與電機(jī)所連接減速器的效率為94%，并設(shè)有軸承速度、溫度以及油溫、油壓等監(jiān)測裝

3、置。皮帶運(yùn)輸機(jī)采用盤式制動器，并自帶電控裝置。皮帶運(yùn)輸機(jī)所處綜采工作面含有瓦斯等氣體，環(huán)境相對惡劣。因此，在對其控制系統(tǒng)元器件進(jìn)行選型時(shí)需考慮防爆性能[2]。 2皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能技術(shù)分析 目前，工業(yè)生產(chǎn)中常采用以下手段達(dá)到節(jié)能的目的：a)采用異步電動機(jī)Y-Δ接法（星形-三角形接法）變換的手段，提高設(shè)備電動機(jī)的工作效率，達(dá)到較為明顯的節(jié)能效果。b)在實(shí)際運(yùn)行過程中，電動機(jī)所設(shè)計(jì)功率遠(yuǎn)大于實(shí)際傳動功率，從而造成了大量電能的浪費(fèi)。因此，當(dāng)運(yùn)量相對較小時(shí)，可通過減少運(yùn)行電機(jī)的數(shù)量達(dá)到節(jié)能的效果，此舉同時(shí)提高了設(shè)備的功率因數(shù)。此手段要求系統(tǒng)能夠通過監(jiān)測電機(jī)電流、實(shí)際功率

4、的大小準(zhǔn)確增減電機(jī)。c)在滿載運(yùn)行狀態(tài)下，三相異步電機(jī)功率因數(shù)較大，導(dǎo)致其負(fù)載電流增大。因此，通過雙向晶閘管調(diào)壓電路后對電動機(jī)供電，使其相位角減小，對應(yīng)的功率因數(shù)減小，最終減小負(fù)載電流，達(dá)到降耗的目的。d)目前，皮帶運(yùn)輸機(jī)普遍處于工頻狀態(tài)下運(yùn)行，電能浪費(fèi)較大。因此，可通過變頻調(diào)速系統(tǒng)且根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使其電機(jī)轉(zhuǎn)速與運(yùn)量相互匹配。實(shí)踐表明，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)最少可節(jié)約電能30%左右。 3煤量自動識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 綜合考慮目前應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的電機(jī)節(jié)能技術(shù)，本文在結(jié)合礦井綜采工作面現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，并綜合考慮可靠性和性價(jià)比的問題，采用變頻調(diào)速控制系

5、統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)輸機(jī)的節(jié)能改造。就電機(jī)變頻節(jié)能改造而言，借鑒隰東煤業(yè)對提升機(jī)進(jìn)行改造時(shí)所采用的東芝三菱無諧波系列高壓變頻裝置的應(yīng)用效果，針對皮帶運(yùn)輸機(jī)同樣采用該系列變頻器進(jìn)行改造[3]。此外，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造的一個(gè)核心問題為如何為上位機(jī)及PLC控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)量。因此，皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心為對皮帶上煤量的自動識別。目前，可應(yīng)用于皮帶運(yùn)輸機(jī)物料稱重計(jì)量的設(shè)備有電子皮帶秤和核子皮帶秤。經(jīng)對上述兩套設(shè)備優(yōu)劣勢的對比，認(rèn)為核子皮帶秤的稱重精度更高，后期維護(hù)更為方便。因此，皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)中的稱重計(jì)量設(shè)備選擇核子皮帶秤。 4節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與

6、實(shí)現(xiàn) 4.1節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 在分析皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)量、帶速與能耗間關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合變頻節(jié)能技術(shù)、核子皮帶秤識別煤量技術(shù)以及智能控制理論設(shè)計(jì)該礦節(jié)能控制系統(tǒng)。該節(jié)能控制系統(tǒng)的核心控制器選用羅克韋爾公司的1756系列PLC，變頻器采用東芝三菱系列的變頻器。皮帶運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制除了對皮帶進(jìn)行變頻調(diào)速外，還需具備變頻器的故障監(jiān)測、皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動保護(hù)、電機(jī)的速度給定控制以及與上位機(jī)通信等功能[4]。 4.2節(jié)能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在對節(jié)能控制系統(tǒng)控制需求及設(shè)備調(diào)研的基礎(chǔ)上，選用如表2所示的分系統(tǒng)組成皮帶運(yùn)輸機(jī)的節(jié)能控制系統(tǒng)。 4.3節(jié)能控

7、制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)4.2所搭建的節(jié)能控制系統(tǒng)硬件平臺，采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)上述硬件平臺的功能。采用如圖2所示的模糊控制器，可根據(jù)核子皮帶秤所獲取的皮帶運(yùn)輸機(jī)上的實(shí)時(shí)煤炭載重量得出當(dāng)前節(jié)能運(yùn)行時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，將所得電機(jī)轉(zhuǎn)速傳送至PLC后通過變頻器對電機(jī)頻率進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 5結(jié)語 皮帶運(yùn)輸機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中存在"大馬拉小車";的問題，造成了電能的大量浪費(fèi)。為此，急需對皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。采用變頻節(jié)能技術(shù)+煤量自動識別技術(shù)+模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的節(jié)能改造。此外，改造后的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對變

8、頻器的故障監(jiān)測、皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動保護(hù)以及電機(jī)給定速度的控制等功能。 參考文獻(xiàn)： ［1］孫偉，王慧，楊海群.帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)研究［J］.工礦自動化，2013(4)：102-105. ［2］程軍，李愈清，陸文濤.基于變頻調(diào)速的煤礦帶式輸送機(jī)節(jié)能控制方法［J］.電氣傳動，2013(11)：61-64. ［3］任中全，王淼.帶式輸送機(jī)節(jié)能調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭技術(shù)，2016，35(5)：245-246. ［4］謝青海，黃亮.基于PLC的煤礦帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能技術(shù)研究［J］.煤炭技術(shù)，2012，31(1)：40-42. ［5］董會杰，喬鐵柱.帶式輸送機(jī)節(jié)能控制加速策略研究［J］.煤炭技術(shù)，2018(4)：238-240.