帶式輸送機節能控制系統技術的研究

武云亮

（山西霍寶干河煤礦有限公司， 山西 洪洞 041600）

引言

近年，煤礦生產規模逐漸加大，帶式輸送機在煤礦中的應用規模、數量也在逐漸增大，相應的功率隨之增大，煤礦企業皮帶機設備耗能也逐漸明顯。由于帶式輸送機所承受的載荷隨著設備的運轉不斷變化，皮帶輸送機工作時皮帶傳送速度是恒定的，這樣在某些時段造成皮帶輸送機電能浪費，其主要原因是皮帶輸送機中的運行電機，不管在任何工況、任何載荷下其運轉速度都是保持不變的恒定速度，無形中增加了皮帶輸送機運行成本，造成電力能源浪費。所以，合理對帶式輸送機運轉速度進行調節，降低帶式輸送機的能耗是具有重大意義的。

1 帶式輸送機的特點

1）方便在各種環境下進行布置。皮帶輸送機能夠根據礦井生產及結構進行傾斜或水平布置，如果巷道出現很大的轉角時應用2 臺帶式輸送機進行搭接串聯，從而達到輸送的連續性，這與其他形式的輸送設備相比，它具有強大的適應能力[1]。

2）對環境及能耗影響小。在相同的載重量下，帶式輸送機耗電量是刮板傳送機的75%，另外帶式輸送機在煤炭輸送過程中，沒有產生過多的粉塵，從而對井下工作環境影響較小。

3）帶式輸送機工作可靠。對比其他輸送方式的設備，帶式輸送機因為結構相對簡單，所以，故障率也就相對較低，并且帶式輸送機能夠進行長時間的運行，效率高、可靠性強。

4）輸送成本低。帶式輸送機是連續傳送煤炭的設備，它可以進行高負荷、遠距離的煤炭輸送，所以，帶式輸送機具有較低輸送成本與較高輸送效率的特點[2]。

2 帶式輸送機恒速運行產生問題與節能

當前，我國煤炭礦井帶式輸送機普遍使用工頻為皮帶機電機供電，電機轉速以及皮帶運行速度保持不變，這樣無形中會造成帶式輸送機在輕載或者空載時電機效率降低，使帶式輸送機造成不必要的電能浪費。另外，因為帶式輸送機轉速恒定，在輕載或空載時轉速不變造成不必要的磨損，從而減少了帶式輸送機的壽命。

為了降低帶式輸送機的能耗、減少不必要的磨損、提高其傳輸效率，可依據帶式輸送機載荷變化情況，對帶式輸送機進行速度上的調控。也就是不同的載荷使用不同的輸送速度，最終利用對帶式輸送機輸送速度的有效調節，從而達到節省電耗、延長設備壽命[3]的目的。

3 帶式輸送機定量節能分析

帶式輸送機傳統運行為恒速運行，它沒有考慮傳輸機在實際工作中的載荷變化情況，這就造成帶式輸送機在某載荷下運行將消耗不必要的電能。要想降低帶式輸送機電能損耗問題，就必須根據帶式輸送機工作過程中載荷變化情況，動態分段地對帶式輸送機進行傳輸速度的調節。為了確保調控調速方法可靠、有效，把帶式輸送機的電耗指標定義為帶式輸送機調整速度的根據，計算公式如下：

式中：L為帶式輸送機傳輸的距離，m；Q為帶式輸送機所承受載荷，t/h：Pm為帶式輸送機電機輸出功率，kW：EA為帶式輸送機電耗，kWh/（t·hm）。

從上面的公式中不難看出，當帶式輸送機的輸送距離L一定時，EA的數值大小和Pm數值大小成正比關系，和Q數值成反比關系。Pm數值和帶式輸送機的傳輸速度存在很大的關系，依據相關的研究，帶式輸送機在全負荷與半負荷時帶速和功率之間的關系如下頁表1。

依據表1 得到：在帶式輸送機載荷相同的情況下，降低帶式輸送機的傳輸速度，就能夠降低帶式輸送機電力的消耗。

表1 不同負荷下帶速和功率之間的關系

雖然帶式輸送機降低傳輸速度能夠減少帶式輸送機電能的消耗并節省能源，但帶式輸送機不能任意地降速，因為大幅降低帶式輸送機的速度，會直接影響帶式輸送機的輸送量，另外也要對帶式輸送機強度、質量、寬度提出更高標準，所以，必須對帶式輸送機轉速設定下限[4]。

在對帶式輸送機進行調速時，必須注意下面兩個問題：必須設定帶式輸送機最低傳輸速度值，從而確保帶式輸送機能夠始終進行連續工作；帶式輸送機的調速過程不能跟著負載變化進行速度的動態調整，應該根據帶式輸送機負荷變化情況采取分段進行調整的方法，帶式輸送機如果進行頻繁地速度調整，會造成帶式輸送機電機壽命的降低，同時也會增大帶式輸送機的磨損，這些無形中也會加大帶式輸送機的耗能。

4 節能設計

經過以上的分析能夠得出，依據帶式輸送機所受載荷的變化情況，對帶式輸送機輸送的速度采取分段調整，這樣能夠有效降低帶式輸送機電能的消耗。帶式輸送機速度的調整可應用PLC 程序控制器與變頻技術完成。系統控制設計結構見圖1。

圖1 系統控制設計結構

其具體控制皮帶機傳輸速度的流程是：當帶式輸送機啟動后，安裝在帶式輸送機各個部位的檢測傳感器對設備上的負荷以及傳輸速度進行檢測，檢測后的數據參數傳輸于S7-300PLC，PLC 對帶式輸送機傳輸速度和傳輸中承受的載荷加以分析，然后PLC 依據事先編譯好的控制程序，根據帶式輸送機所受負荷Q的大小，在程序中找出最佳帶式輸送機輸送V速度。PLC 將其最佳控制命令傳輸于變頻器，通過變頻器對電機進行轉速調節，最終達到對帶式輸送機輸送速度的控制，從而可降低帶式輸送機電能的消耗[5]。

對帶式輸送機傳輸速度的調節可使用分段、分區進行調節，這樣有利于對帶式輸送機電機的保護，分段、分區進行調速主要是依據帶式輸送機所承受的載荷為依據[6]。為了達到既省電又不影響傳輸機工作效率的目的，把帶式輸送機輸送速度設定為5個區間速度，見圖2。Q1 區間：當傳輸機負荷達到80%以上時，輸送速度設定為額定速度1。Q2 區間：當傳輸機負荷達到80%～60%之間時，輸送速度設定為額定速度80%，為第2 速度。Q3 區間：當傳輸機負荷達到60%～40%之間時，輸送速度設定為額定速度60%，為第3 速度。Q4 區間：當傳輸機負荷達到40%～20%之間時，輸送速度設定為額定速度40%，為第4 速度。Q5 區間：當傳輸機負荷達到20%以下，為第5 速度。依據以上設計的調速原理，利用PLC 程序控制器及變頻器達到對帶式輸送機輸送速度的調節[7]。

圖2 分段速度調節結構