皮帶輸送機節能變頻控制系統的應用

李帥帥

（晉能控股煤業集團趙莊二號井，山西 長治 047100）

引言

皮帶運輸機是煤礦主要運輸設備，也是礦井生產運輸系統的咽喉[1-2]。近年我國煤礦自動化水平逐步提高，皮帶運輸系統能夠實現自動啟停，但是在礦井的正常生產過程中，由于皮帶運輸機多為定速運輸，礦井出煤量不穩定時，皮帶運輸系統存在空載運行和少煤快轉的現象，造成皮帶能耗大，經濟效益低的問題[3-4]。為提高皮帶運輸機使用效率，降低設備能耗和機械磨損，提升礦井經濟效益，設計皮帶運輸機變頻控制系統[5-6]，在實現“有煤開車、無煤停車，煤多快轉、煤少慢轉”的基礎上，還可以提升礦井自動化水平。

1 皮帶節能控制系統的設計

1.1 煤量識別

煤礦皮帶運輸機要實現“有煤開車、無煤停車，煤多快轉、煤少慢轉”，必須對皮帶運輸機上煤量多少進行準確識別。由于煤礦井下環境特殊，存在大量水蒸氣，且煤炭運輸過程中必然會出現大量煤塵，對煤量識別傳感器的適應性要求較高。采用“微波光”探測原理的煤流傳感器（見圖1所示），實現皮帶運輸機上煤量的識別，為非接觸式安裝。其原理為通過微波光照射和接收，計算微波光的發射和反射時間差，從而可以得到皮帶上部煤的厚度，并將其轉換為4～20 mA電流信號進行輸出。微波光傳感器可以實現高速運行皮帶運輸機上煤流的檢測和信號輸出；并且采用多模塊微波光技術相互補償，精確識別不同狀態的煤厚，處理后對信號進行模擬量線性輸出。該微波光煤流探測傳感器避免了接觸式傳感器的諸多缺點，不受安裝地點限制，不受皮帶傾角的限制，且有壽命長、精度高、防碰撞、外部環境干擾小的優點。

圖1 煤流傳感器

1.2 皮帶機速度自動調節

煤礦皮帶運輸機要實現節能提效，在煤流準確識別的基礎上，還需要做出相應的應對反應，無煤流時要停機，煤流小時要降速，因此，需要在皮帶輸送機電機上安裝變頻調節器。采用隔爆兼本質安全性變頻器，與皮帶輸送機的電機連接，通過變頻器來實現對皮帶輸送機速度的調控，實現“有煤開車、無煤停車，煤多快轉、煤少慢轉”。

在皮帶落煤點上部安裝煤流傳感器，可以實現皮帶輸送機上部煤量的實時檢測，并轉換成對應電流信號，傳輸至PLC控制箱，然后將轉變后的信號傳輸給變頻調節器，通過變頻調節器控制皮帶輸送機的速度，從而實現根據皮帶輸送機煤流多少自動控制皮帶輸送機速度，最終達到節能提效的目的?？刂屏鞒桃娤马搱D2。

2 改造方案

為實現多部皮帶的聯動啟停，以及地面監控中心的遠程一鍵啟停，需對井下皮帶傳感器、控制系統、視頻監控以及地面調度室進行改造。

2.1 皮帶傳感器的改造

改造皮帶輸送機需設置堆煤、速度、跑偏、煙霧、撕裂、拉線等傳感器，同時在皮帶輸送機落煤點上部安裝微波光煤流傳感器，其與變頻器相互配合使用可實現煤流大小與皮帶速度實時在線調速功能，實現節能降耗。

2.2 控制系統的改造

圖2 控制流程圖

本次皮帶輸送機改造采用的PLC控制系統為西門子S7-1200系列。在需改造的皮帶機頭分別安裝KXJ660型PLC防爆箱和TH12-X本安顯示控制臺，可以顯示皮帶輸送機操作控制、急停控制和送話控制；顯示器可以修改參數，還可以顯示、存儲皮帶運行狀態，同時顯示電機的電流、電壓、運行和故障狀態。電控系統通過采集煤流傳感器的數據及狀態，控制變頻器的輸出頻率，從而實現對皮帶運行速度的調節，達到根據皮帶運送煤炭的有無、多少來實現皮帶節能運行的目的。

工作面皮帶運輸機上部煤炭來自工作面采煤機割煤，因此，采用具備起停功能的通訊機采集給煤機的啟動信號，并由程序自動檢測皮帶運行速度。皮帶全速運行時，通過PLC控制給煤機繼電器，起動給煤機；若采集到給煤機起動信號后，程序檢測到皮帶未達到全速，則在皮帶達到全速后再起動給煤機，防止突然起動灑煤。

2.3 地面調度室及視頻監控的改造

在地面監控中心布置網線、光纜和井下連接，通過IPC-610L型研華工控機、視頻柜、KBA113型礦用隔爆型攝像儀云臺一體機對井下皮帶運輸狀態、運輸數據進行實時監控。

3 應用效果

改造后的皮帶輸送機在某礦井工作面順槽進行安裝試驗，該皮帶輸送機由兩條皮帶組成，單條皮帶長度不小于500 m，均由兩臺355 kW電機拖動。單條皮帶安裝見圖3所示。在現場實際運行過程中，通過實時監測皮帶輸送機運行數據，對皮帶節能效果進行分析，單條皮帶的能耗降低約30%，并且皮帶實現“有煤開車、無煤停車，煤多快轉、煤少慢轉”，可以降低皮帶輸送機整機的機械損耗，延長使用壽命，節約維修成本。根據皮帶運行里程分析可知，皮帶輸送機使用壽命可延長1倍，其經濟效益更加顯著。

圖3 單條皮帶安裝示意圖

4 結論

通過現場試驗分析可知，對皮帶運輸機進行節能系統改造后，其在實際運行中可降低約30%的能耗，并且降低皮帶輸送機的機械損耗，延長使用壽命，節約維修成本。