掘進(jìn)面帶式輸送機(jī)智能變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

李曉楊

摘要：掘進(jìn)面運煤系統(tǒng)設(shè)備負(fù)載不均衡、利用率相對較低，設(shè)備輕載、空載運行時間相對較長，在設(shè)備運行時間不變的情況下，為減少設(shè)備輕載、空載運行造成的電能浪費及部件損耗，研制出一套帶式輸送機(jī)智能變頻調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)實時運輸煤量的多少調(diào)節(jié)輸送機(jī)運行速度，實現(xiàn)對帶式輸送機(jī)的智能控制顯得尤為必要。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；變頻調(diào)速；智能控制

結(jié)合東龐礦深部水平極復(fù)雜的地質(zhì)條件，掘進(jìn)面帶式輸送機(jī)運輸無法達(dá)到滿載運行，即出現(xiàn)所謂的“大馬拉小車”現(xiàn)象。運煤系統(tǒng)在無物料的情況下，由于各種原因無法及時停車，電機(jī)空轉(zhuǎn)帶來的電能浪費、配件損耗巨大。本文中由我礦參與研制的帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)，能夠有效改善掘進(jìn)面設(shè)備利用率低，可運煤量遠(yuǎn)超實際出煤量的情況，減少了設(shè)備輕載、空載運行造成的電能浪費及配件損耗。

1 技術(shù)方案

智能變頻調(diào)速工作原理是依托傳感器信號源、變頻器、控制器等緊密配合完成空間數(shù)學(xué)模型建模，實現(xiàn)輸送機(jī)智能變頻調(diào)速功能。即實時測定物料的多少，根據(jù)物料多少的變化自動調(diào)節(jié)電機(jī)輸出頻率來實現(xiàn)輸送機(jī)的高低速運行。

如下圖所示，傳感器1～3檢測距離分別為d1～d3，檢測距離d1= J1" J1；d1～d3分別代表每個傳感器檢測煤層的厚度，實時采集傳感器傳回的數(shù)據(jù)，控制器采集到的信號源依據(jù)事先設(shè)定好的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運算，然后輸出4～20mA信號控制變頻器的輸出頻率，最終完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

煤量檢測示意圖

電機(jī)轉(zhuǎn)速分為初始速度、慢速、中速、高速，滿足條件如下：

（1）掘進(jìn)機(jī)工作開始前，給帶式輸送機(jī)啟動命令，帶式輸送機(jī)以初始速度運行。

（2）當(dāng)傳感器傳輸信號符合低速運行條件且皮帶運載物料的占空比達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值時，輸送機(jī)自動切換低速運行。當(dāng)傳感器長時間檢測不到物料信號時，低速運行時間達(dá)到目標(biāo)值后自動調(diào)整運行需求的速度。

輸送機(jī)運行時的物料在整條皮帶的占空比定義為D=L物料/L總長（L物料為物料在皮帶上的疊加長度，L總長為帶式輸送機(jī)的總長度），只要輸送機(jī)運行時的物料在整條皮帶的占空比D大于設(shè)定的低速段占空比DDS時輸送機(jī)就自動切換到低速運行。

（3）當(dāng)傳感器傳輸信號符合中速運行條件且皮帶運載物料的占空比達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值時，輸送機(jī)自動切換中速運行，當(dāng)傳感器長時間檢測不到物料信號時，中速運行時間達(dá)到目標(biāo)值后自動調(diào)整運行需求的速度。

只要輸送機(jī)運行時的物料在整條皮帶的占空比D大于設(shè)定的中速段占空比DZS時輸送機(jī)就自動切換到中速運行。

（4）當(dāng)傳感器傳輸信號符合高速運行條件且皮帶運載物料的占空比達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值時，輸送機(jī)自動切換高速運行，當(dāng)傳感器長時間檢測不到物料信號時，高速運行時間達(dá)到目標(biāo)值后自動調(diào)整運行需求的速度。

只要輸送機(jī)運行時的物料在整條皮帶的占空比D大于設(shè)定的高速段占空比DGS時輸送機(jī)就自動切換到高速運行。

2 系統(tǒng)配置明細(xì)及單元功能

2.1 配置明細(xì)

（1）礦用隔爆兼本質(zhì)安全型BPJ1160/1140交流變頻器；

（2）礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱；

（3）CMOS激光傳感器及安裝支架。

2.2 單元功能

（1）變頻器的功能：主要調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制輸送機(jī)的運行速度；

（2）控制箱的功能：完成信號的采集、數(shù)學(xué)模型邏輯運行控制及控制信號命令的發(fā)出；

（3）激光傳感器功能：實時檢測物料的狀態(tài)，信號源的發(fā)出端。

3 耗材節(jié)能分析

通過物料的多少來控制輸送機(jī)的初始（1.0m/s，25Hz）、低（1.2m/s，30Hz）、中（1.6m/s，40Hz）、高（2m/s，50Hz）等速度，避免輸送機(jī)輕載、空載時電機(jī)全速運轉(zhuǎn)，即在輸送機(jī)速度控制適當(dāng)時可大幅降低輸送機(jī)的機(jī)械材料損耗，損耗部分主要包含滾筒、皮帶、托輥等的磨損。

該系統(tǒng)在東龐礦2914掘進(jìn)面軌道巷迎頭一部DSJ100/80/200（老型號DSP1080）帶式輸送機(jī)成功投入使用，每百米每月平均消耗材料費用為8850元，使用該系統(tǒng)后，每百米每月平均消耗材料費用為7090元，材料損耗降低約19.8%。掘進(jìn)面安裝帶式輸送機(jī)長度按800m計算，該掘進(jìn)面每年可節(jié)約材料資金（88507090）×800/100×12（月）=16.9萬元。

4 系統(tǒng)不足

（1）變頻器與控制箱不是一個整體，應(yīng)把變頻器與控制箱集為一體，方便掘進(jìn)延伸皮帶及崗位工操作；

（2）激光傳感器輸出信號為4～20mA模擬量信號，最大傳輸距離為100米，不能滿足井下現(xiàn)場實際生產(chǎn)需要。

5 結(jié)語

帶式輸送機(jī)智能變頻調(diào)速系統(tǒng)通過實時測定物料的多少，并根據(jù)物料多少的變化自動控制電機(jī)輸出頻率，實現(xiàn)運輸機(jī)的高低速運行，達(dá)到降低皮帶輸送機(jī)部件磨損、延長部件使用壽命的效果，節(jié)省耗材的同時減少了設(shè)備維護(hù)人員的工作量。長期應(yīng)用惠及職工、惠及企業(yè)，煤礦機(jī)械化自動化程度也得到了提高。

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