基于煤流量監(jiān)測的帶式輸送機(jī)調(diào)速控制

陰晉峰， 高 穎

（1.山西汾西正佳煤業(yè)責(zé)任有限公司， 山西 臨汾 041300； 2.山西汾西礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)中心，山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機(jī)作為煤礦最常見的運輸設(shè)備之一，其電量消耗在煤礦總用電量中所占的比重也位居前列。使用帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤炭運輸具有運輸連續(xù)、運量大、結(jié)構(gòu)簡單、適用性高等優(yōu)點，但也存在控制方式單一、能耗不科學(xué)等缺點。例如，當(dāng)帶式輸送機(jī)處于低負(fù)荷或空載狀態(tài)時，輸送機(jī)仍以一個恒定的轉(zhuǎn)速及功率運轉(zhuǎn)，就會造成功率機(jī)電能的浪費。因此，如何根據(jù)煤流量的大小及載荷的分布情況來對帶式輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，從而對功率大小及電能消耗進(jìn)行控制，達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的目的[1-3]。

1 基于煤流量監(jiān)測的調(diào)速方案設(shè)計

帶式輸送機(jī)以一個特定運行速度能夠滿足煤炭的運輸要求，但是能耗大，磨損嚴(yán)重，不利于設(shè)備工作壽命的延長，帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)速與不均勻煤流量的智能匹配離不開高效且準(zhǔn)確的煤流量實時監(jiān)測技術(shù)，并能夠以較低的延遲度及較高的準(zhǔn)確度傳遞給皮帶輸送機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，從而實現(xiàn)電機(jī)的智能調(diào)速。本文所涉及的調(diào)速方案主要是基于超聲波煤流量監(jiān)測、模糊傳遞算法、PLC變頻控制等技術(shù)來實現(xiàn)的，其實現(xiàn)的基礎(chǔ)方案如圖1所示。其工作思路分為三條，一是煤流量監(jiān)測模塊對煤流進(jìn)行監(jiān)測并將數(shù)據(jù)傳遞給PLC控制模塊；二是控制模塊及變頻控制器根據(jù)煤流量調(diào)整電動機(jī)及驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)速；三是通過速度傳感器將轉(zhuǎn)速反饋給控制模塊，完成調(diào)速功能。

2 調(diào)速方案的工作過程分析

圖2 煤流量監(jiān)測工作過程示意圖

2.1 煤流量監(jiān)測工作過程分析

根據(jù)圖2所示的煤流量監(jiān)測工作過程示意圖，要實現(xiàn)煤流量監(jiān)測，首先應(yīng)在輸送機(jī)上安裝超聲波傳感器，安裝位置選在輸送機(jī)機(jī)尾滾筒附近，因為此處是落煤點，根據(jù)此處煤量來調(diào)速最及時也最準(zhǔn)確；其次超聲波傳感器進(jìn)行工作，通過監(jiān)測煤流高度，然后將數(shù)據(jù)傳遞給PLC控制模塊對其進(jìn)行分析計算。之所以進(jìn)行模糊計算，是由于根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)速存在一定程度的滯后性[4]，模糊計算所得的煤量數(shù)據(jù)傳遞給PLC控制器，通過進(jìn)行變頻調(diào)速，實現(xiàn)運量和帶速的實時匹配。

2.2 變頻調(diào)速工作過程分析

超聲波傳感器獲得煤量信息后，會將當(dāng)前的煤量與輸送帶滿載狀態(tài)下的煤量進(jìn)行對比，獲得一個比值T，該值稱為煤量滿載率，其取值范圍介于0.1～1之間，即設(shè)定一個最低值0.1，低于此值時例如空載狀態(tài)下也以0.1進(jìn)行計算，保持輸送機(jī)的最低速運行狀態(tài)[5]。然后根據(jù)當(dāng)前的煤量滿載率，模糊計算得到當(dāng)前輸送帶的合理速度V，再將其與當(dāng)前的實際速度V1進(jìn)行對比，根據(jù)速度對比大小進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)當(dāng)前煤量較小即T值較小時，即V＜V1時，即由控制系統(tǒng)發(fā)出降速指令；而當(dāng)煤量較大即T值較大時，即V＞V1時，即由控制系統(tǒng)發(fā)出提速指令，將輸送機(jī)速度提高，以滿足運量需求。

3 調(diào)速節(jié)能效果研究

煤礦采煤工作面的生產(chǎn)過程因環(huán)節(jié)較多，工序復(fù)雜，往往是不連續(xù)、不均衡的，在井工煤炭運輸過程中，輸送機(jī)在不同時段運送的煤量也是隨時變化的，故在運量大時提高速度，運量小時降低速度有利于節(jié)能降耗。電動機(jī)功率與帶速的實際變化關(guān)系通過實驗進(jìn)行驗證：改變輸送機(jī)帶速后，單位長度皮帶內(nèi)煤炭質(zhì)量隨之變化，單位長度皮帶的填充率也變化，進(jìn)而探究功率、能量消耗率的變化趨勢。實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 帶式輸送機(jī)功率隨帶速變化情況表

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，在總煤量一定的前提下，隨著帶速降低，單位長度內(nèi)物料質(zhì)量和皮帶填充率都隨之增長，電動機(jī)消耗的功率下降。即運輸同等質(zhì)量的煤炭，帶速降低會使單位長度皮帶上的填充率接近滿載狀態(tài)，皮帶電動機(jī)的功率充分做功，從而降低能耗。當(dāng)單位長度煤量減少時，如果帶速保持不變，將會造成功耗浪費；若單位長度煤量較多時，帶速達(dá)不到，則會造成堆煤或過載，同樣不利于安全生產(chǎn)。因此，應(yīng)用PLC變頻控制技術(shù)對帶式輸送機(jī)的運行速度進(jìn)行合理控制，能夠有效降低電力消耗。但是皮帶運行速度過低時，又會因阻力過大造成電動機(jī)超負(fù)荷運行，影響電動機(jī)的使用壽命，故帶速應(yīng)控制在一個合理范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

煤礦企業(yè)為獲得較高機(jī)電設(shè)備運行可靠性，在設(shè)備選型尤其是在功率選型時往往取較大的富余系數(shù)，這就造成帶式輸送機(jī)等設(shè)備長期處于低負(fù)荷甚至空載狀態(tài)下運行，無法發(fā)揮其有效功率，從而造成電力資源的浪費。而基于煤流量監(jiān)測的帶式輸送機(jī)調(diào)速技術(shù)則是應(yīng)用PLC變頻控制技術(shù)對帶式輸送機(jī)的運行速度進(jìn)行合理控制，能夠有效降低電力消耗。

[1]張偉.PLC及變頻器控制的多電機(jī)驅(qū)動帶式輸送機(jī)的研究[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2014.

[2]潘小東.PLC模糊控制在帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].太原：中北大學(xué)，2013.

[3]章宏令.基于PLC控制的帶式輸送機(jī)智能調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機(jī)電，2012（6）：89-91.

[4]馬剛，張運華.煤流量檢測及帶式輸送機(jī)自適應(yīng)調(diào)速技術(shù)研究[J].煤礦機(jī)械，2017，38（1）：158-161.

[5]陳湘源.帶式輸送機(jī)智能調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機(jī)械，2016，37（11）：21-23.