基于PLC的煤礦帶式輸送機電氣節能設計

任世杰

（同煤集團煤峪口礦，山西 大同 03700）

帶式輸送機是一種廣泛應用于煤礦、電廠等領域的連續輸送設備，具有運輸距離長、承載能力大等優點。近些年，隨著煤礦企業規模的不斷加大，帶式輸送機也已成為了煤炭生產不可缺少的重要設備。從二十世紀九十年代起，我國就不斷學習國外技術，經過大量的科研，我國帶式輸送機的發展有了較大的進步。但是，隨著功率的不斷增大，其能耗問題也越來越突出，這是由于無論輕載還是重載情況，電動機都以恒定的速度運行，工作效率很低，能源浪費巨大，并且增加了企業的用電成本。因此，帶式輸送機的節能方法是值得關注的問題。

1 帶式輸送機的節能運行分析

采煤過程中，受客觀技術條件和地質條件的影響，煤炭產量是不斷變化的，煤倉中的煤量也不是一個恒定不變的數值。這就導致帶式輸送機在運行過程中，也存在運輸量的波動變化。但是，目前我國帶式輸送機一般是工頻下，以固定速度運行，但帶式輸送機工作過程中不可能一直保持滿載運行，還有輕載和空載狀態，固定速度運行降低了電動機效率，功率因數較低，產生了大量的能量浪費。因此，為了提高帶式輸送機的運行效率，降低電能的損耗，就需要對帶式輸送機的運行方式進行調節，即根據不同的載量采用不同的帶速。通過調節速度的快慢，達到節約電能，延長設備使用壽命的目的。

2 帶式輸送機電氣節能控制方案

本文研究帶式輸送機的電氣節能控制，以節能調節裝置為核心，通過對多種測量信號（倉位、負荷重量、運行速度）的監測與計算，調節給煤機的給煤量，盡可能保證給煤量達到輸送機的設計運輸量，實現輸送機運行效率的優化，同時給調速裝置發出信號，控制調速電機控制皮帶機速度。為了實現對運量的準確監測，應該在煤倉內配置料位計。

圖1 控制方案結構框圖

2.1 控制系統硬件設計

2.1.1 PLC

由于工作環境復雜，存在各種干擾，為了確保系統的可靠性，選擇SIEMENS公司s7-300PLC作為系統核心。該系列PLC能夠滿足系統要求同時擁有豐富的I/O模塊。可以根據實際需求進行模塊的選擇、擴充等。帶式輸送機的PLC控制系統結構示意圖如圖2所示。從圖中可以看出，PLC的數據采集通過I/O模塊輸入，變頻器數據通過總線接入，現場HMI通過多點接口協議接入。這樣可以實現整個系統的控制要求。另外，為了提高系統的可靠性、隔離干擾，需要在輸入和輸出通道加入光電耦合器。

2.1.2 保護裝置

保護裝置主要包括以下幾個方面：①智能拉線開關。其作用是為了確保當維護人員發現輸送機故障時能夠控制輸送機停機，并通過配置撥碼開關記錄動作位置。②智能跑偏開關。其作用是當皮帶發生跑偏時觸發開關啟動控制操作。③速度傳感器。其作用就是為了對輸送機低速打滑、超速等特殊情況進行及時控制。④溫度傳感器。其作用是保護電機，當溫度過高時，發出信號。⑤堆煤傳感器。其作用是保護皮帶運輸，防止機頭堆積煤。當檢測到煤位超限時，發出警報并停機。⑥撕裂傳感器。其作用是預防輸送帶受外力作用而撕裂。⑦超溫灑水裝置。安裝在帶式輸送機機頭驅動部，當監測溫度超過預設值時，啟動灑水閥門，實現灑水降溫。⑧煙霧傳感器。其作用是監測易產生煙霧處的煙霧濃度，超限時發出報警。⑨聲光報警裝置。

圖2 硬件設計結構框圖

2.2 軟件設計

本文的設計是針對帶式輸送機起動后，根據煤倉位置、皮帶機負荷重量的動態監測，控制給煤機和帶式輸送機的聯動控制。PLC根據負荷調節控制其運行速度。最終的效果是通過對帶式輸送機運載情況的監測控制運行速度，以提高運行效率，節省耗電量。如果出現空載持續運行則自動停機。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

3 總結

（1）本文對帶式輸送機的特點進行了介紹，并研究了其工作過程中存在的電能浪費問題，造成電能浪費的主要原因是帶式輸送機不是一直保持滿載運行，而運行速度卻不能根據負載情況調節，使得運行效率低，電能消耗大。

（2）根據分析，建立了以西門子s7-300為控制核心的調速控制系統，繪制了結構示意圖和軟件流程圖。通過PLC的控制能夠根據不同運料情況，調節運行速度，實現節能的目的。本文是對帶式輸送機節能控制的初步研究，還要進一步對硬件設備的選型，系統程序的編寫進行補充、完善、調試。