帶式輸送機自動控制系統的設計與應用

靳桂梅

（大同煤礦集團機電裝備科大機械有限公司， 山西 大同 037001）

引言

帶式運輸機作為礦井生產運輸中不可或缺的連續運輸裝置，因兼具大運量、長距離和高速度，在礦井生產中得到了廣泛應用。與此同時，帶式運輸機也成為了礦井生產中的能耗大戶。由于井下運輸作業中，帶式運輸機并不是始終處于滿載運行狀態，很多時候都處于空載或欠載狀態，會造成極為嚴重的電能浪費現象。鑒于此，設計一種高效的帶式運輸機自動控制系統，實現其運輸速度和運煤量的自動匹配，能夠在確保運行有效性的同時最大程度降低能耗，為礦井綜合效益的增加提供有力幫助[1]。

1 系統原理

帶式運輸機自匹配電氣系統主要由稱重裝置、PLC控制器、變頻裝置、電機及各類感應裝置構成。其原理為：作業時皮帶稱重裝置可以對煤炭運輸量進行實時監測，并同步將相關數值傳輸給PLC控制裝置。PLC控制裝置在接收到相關數據后，依照預設的匹配算法求得控制變頻裝置的運行轉矩，進而達成對帶式運輸機電機轉速的有效調控，實現運煤量與皮帶運行速度的相互匹配，實現運行能耗的大幅縮減[2]。

2 系統硬件構成

系統所用變頻裝置采用型號為ACS880-37-111A的變頻裝置，該變頻裝置能夠支持二象限/四象限運行和各類現場總線通訊方式。該裝置配設有LCL進線型濾波裝置，作業時的輸入諧波分量相對較低。同時該變頻裝置能夠廣泛支持各類型的電機，從而達成對轉速、轉矩的有效控制。系統所用控制裝置為EPEC6100系列；所用傳感裝置均為麥克公司生產的系列感應裝置。

圖1 帶式運輸機速度自動調整流程示意圖

3 軟件設計

圖1和下頁圖2所示分別為帶式運輸機速度自動調整流程示意圖和帶式運輸機變頻控制流程示意圖。在圖1所示流程中，在完成對帶式運輸機的初始化控制后，系統操控啟動帶式運輸機后，立即對電視運輸機運行狀態進行判定，若其處于輕載狀態，則減小帶式運輸機運行速度，并對調整后是否實現節能進行判定，若實現節能，則結束本次調整。若系統仍未實現有效節能，則繼續降低運行速度。當開始判定帶式運輸機處于非輕載狀態時，則會對其是否處于重載狀態進行判定，若判定為重載狀態，則對運行速度進行調低并判斷是否需要進行保護，當不需要進行保護時，則本次調整結束。若需要保護時，持續減小運行速度，直至帶式運輸機不再處于重載狀態為止。在圖2所示流程中，作業時先對變頻裝置進行初始化操作，隨后通過PLC控制器啟動變頻裝置，接著變頻裝置對自身所接收操作指令進行判定，看其是否為加速指令，若為加速指令則根據指令增大運行轉矩或頻率；若不是加速指令，則對其是否為減速指令進行判定，判定通過后根據指令縮小運行轉矩或頻率。而當變頻裝置存在故障時，系統會立即自動響應，并終止變頻裝置操控流程[3-4]。

圖2 帶式運輸機變頻控制流程示意圖

4 實踐應用

于2019年1月在A礦井下106采區帶式運輸機系統中對所設計基于PLC控制的帶式運輸機自動控制系統應用進行實踐檢驗。整個106采區總共布設有兩臺給料機為帶式運輸機供煤，當只有其中一臺供料機進行供料時，將運輸機運行速度設定為2 m/s；當兩臺供料機全部作業時，則將帶式運輸機運行速度設定為3.6 m/s。整個實踐檢測作業共劃分為兩個階段，第一階段僅僅對帶式運輸機進行兩種操作，即啟動和停止操作。啟動時根據實際供料機運行數量，確定帶式運輸機運行速度為2 m/s或3.6 m/s。第二階段則通過所設計的自匹配控制系統對帶式運輸機運行速度進行實時調控[5-6]。

第一階段：該階段的操控作業相對簡單，作業時當兩臺供料設備全部運行時，則將帶式運輸機運行速度設定為3.6 m/s；而當只有單個供煤設備作業時，將帶式運輸機運行速度設定為2 m/s。同時分別對不同運行速度下的帶式運輸機運行狀態進行觀測，看其能否充分滿足實際作業需求。經過現場觀測可知，在兩種運行狀態下，帶式運輸機均能滿足井下生產作業的需求。

第二階段：該階段中，帶式運輸機的運行依靠所設計自匹配的控制系統進行操控，其自動匹配算法主要有兩種，一個是依據煤量變化進行速度調節，另一個是依據設備運行功率進行速度調節。當采用第一種算法時，其作業流程示意圖如圖3所示，作業時的初始速度為2 m/s，而當稱重裝置監測到皮帶運輸量達到180 t/h以上時，則調節設備速度達到3 m/s，而當速度進一步增大至900t/h以上時，則速度進一步增加至3.6m/s。而采用根據設備運行功率進行自動調節時，其作業流程示意圖如圖4所示，作業時帶式運輸機初始速度設定為2m/s，而當電機運行功率達到130 kW以上時，則將設備速度調節至3m/s；當電機運行功率達到200kW，則將速度進一步調節至3.6m/s。

圖3 根據煤量的調節作業流程示意圖

圖4 根據功率調節的作業流程示意圖

在通過一個多月的實踐檢測分析后，基于對帶式運輸機參數的匯總統計可知，通過使用自匹配控制系統，帶式運輸機運行速度均值由原來的3.4 m/s降低至2.7m/s，作業電流由原來的58 A降低至55 A，供電能耗由原來的115 kW降低至104 kW，作業產量/能耗比增幅超過80%，表明所設計系統應用效果良好，實現了作業能耗的大幅降低。

5 結語

帶式運輸機是井下生產中的主要能耗設備，若在確保運行效率不變的同時能夠實現其運行能耗的降低，對于提升礦井生產綜合效益意義重大。本次研究針對帶式運輸機常規作業控制中存在的運行速度和運煤量不匹配現象，設計針對性的自匹配控制系統，借助PLC控制技術，實現了運輸機運行速度和運煤量的自動匹配，實現了能耗的有效節約。