基于PLC控制的運輸機節能技術

仇文陽

（山西省陽泉煤業(集團)有限責任公司選煤中心，山西陽泉045000）

引言

伴隨煤礦生產規模不斷擴大，井下帶式運輸機的運載能力、功率等也獲得持續提升，但隨之帶來的是巨大能耗的增加。根據相關調查統計可知，現階段我國礦井電機裝機容量總值已經達到40 000億kW，其耗電量高達全國用電總量的一半。不僅說明電動機在全國各個行業有著廣泛的應用，同時也表明我國電機的能源利用水平仍然較低。其中，電機運行均為恒速運行，而不能夠根據實際工況進行調節，從而引起了大量的能源浪費[1-2]。

1 井下運輸機工作原理分析

井下運輸裝置是運輸皮帶繞經換向滾筒和驅動滾筒后構成的環形封閉帶。其上下兩部分均依靠托輥井下支撐，并由拉緊裝置向其提供正常運行所必須的拉緊力。在運輸機運行時，電機通過滾筒向運輸帶傳導轉矩，使其連續運行，所以，運輸機運行過程中，運輸帶即牽引組件又是承載組件，不僅需要一定的強度，更需要良好的承載性能。運輸的物料均是裝載至承載段上部后經運輸在機頭滾筒處進行卸載，中間也可以借助轉載裝置進行中間轉卸載。帶式運輸機結構示意圖如圖1所示[3]。

2 運輸機節能分析

圖1 帶式運輸機結構示意圖

運輸機運輸功能的有效發揮關鍵需要依托于摩擦力，即帶式運輸機必須依托于阻力轉換電能生產運行所需驅動力。一般而言，運輸機在運行過程中所受阻力類型有三種，其分別為基本阻力、傾斜阻力和附加阻力。隨著運輸機物料傳輸速度的提高，則運輸過程中需要克服的阻力也越大，相應的電機能耗也逐步增加。基于此，通過減小運輸運輸速度可以顯著提升能源的節約水平。但當運輸速度降低時，運輸機的運輸能力也會相應減小，進而制約井下生產的高效、高速開展，同時為確保運輸量，就必須增大所運輸物料的密度，同時造成運輸帶張力的提升。綜合考量上述要素，為保障運輸的安全性，運輸物料的密度必須限定在特定的安全范圍內，即充分根據生產的需求和所承載物料的多少，對運輸機速度進行實時調控，實現速度同運輸量的相互匹配，在最小的能耗下實現運輸量的最大化[4-5]。

3 運輸機節能控制系統設計分析

針對運輸機運輸過程中的能耗問題，設計相應的節能系統，通過在煤倉布設料位計對其運輸量進行監測，進而向節能調控裝置反饋所得數據，并基于此對比分析運輸機運輸量。當運輸量小于運輸機設計運載量時，通過調控給煤開關，增加給煤量，以確保運量能夠盡可能接近設計運量，從而實現運輸機運輸效率的最大化，避免電能的無端浪費。其系統結構示意圖如下頁圖2所示[6-7]。

考慮到煤礦生產作業環境的相對惡劣和地質狀況的復雜多變，對運輸機的正常運行造成不良影響。基于此，在進行系統設計時必須對系統的穩定性加以充分考慮。此次設計，經過充分論證最后選取型號為S7-300的PLC控制芯片，并選取PROFLBUS型總線結構充當信息傳輸的聯通模式，并通過I/O通信模塊和上位機實現對操控指令的有效傳達。

圖2 運輸機節能系統結構示意圖

3.1 PLC控制系統分析

PLC控制系統屬于一種固態電子設備，能夠借助輸入/輸出裝置的信號傳導與數據存儲，實現對設備運行的有效調控。本次設計考慮到運輸過程中控制輸出及輸入點數的需求較大，選用型號為S7-300的PLC控制芯片，其選用模塊式設計結構，具備快速的數據分析處理能力，可以借由浮點數的高效結算對復雜內容實現快速求解。此外，該PLC芯片還兼具數據自動傳輸、故障自動診斷和系統自動保護等多種功能，可以很好地滿足進行運輸調節的需求。

3.2 煤倉料位計設計

料位計的核心功能便是對煤倉內的煤炭存儲情況進行測定，此次設計所選用型號為SBD/STD的測量裝置，該裝置實現了對包括顆粒粉末在內的大部分流體的物位測定，從而有效確保煤倉內煤炭儲量測定的精準度[8]。

3.3 皮帶秤設計

皮帶秤一直是實現運輸機節能運行的關鍵要素之一。其功能是對運輸機的實際載荷進行實時測定，從而保證運輸帶所承載物料始終處于安全系數范圍內。現階段，應用較為廣泛的兩種皮帶秤類型分別為電子秤和核子秤。本次設計中選用型號為ICS的電子皮帶秤，其具有結構簡潔、稱量準度高、操作簡單、日常維護管理方便等諸多優點，可以充分滿足井下使用需求。

4 結語

PLC控制系統作為現代化的智能控制裝置，對于實現運輸的變頻調速有著不可替代的重要作用。礦井管理者理應結合實際情況，將PLC控制技術合理地融入到運輸設備的日常控制中，在確保井下運輸高質開展的同時最大化節約能耗，為綠色礦山建設和礦井經濟效益提升提供保障。

[1]謝青海，黃亮.基于PLC的煤礦帶式輸送機的電氣節能技術研究[J].煤炭技術，2012（1）：40-42.

[2]董志超.膠帶運輸機變頻調速節能分析[J].內蒙古煤炭經濟，2014（4）：144-145.

[3]李亮青，李紅勇.變頻節能技術在皮帶運輸杌上的應用[J].科技創新導報，2014（14）：40.

[4]張永山，孟慶霞，付超魁.膠帶運輸機的節能化改造與分析[J].科技資訊，2006（27）：23.

[5]鄭津津.皮帶運輸機效率優化的研究[D].淮南：安徽理工大學，2015.

[6]王向前.煤礦運輸機中的變頻調速技術[J].煤炭科技，2015（4）：98-99.

[7]鄭慧.井下帶式輸送機用變頻調速技術的研究[D].青島：山東科技大學，2005.

[8]孫汪萍.長距離帶式輸送機節能優化策略的研究[D].合肥：合肥工業大學，2015.