DTL70型帶式輸送機節能控制系統的研究

任亞慧

（山西新陽清潔能源有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

目前，大多數煤炭企業的輸送機仍采用恒速運行模式，因此提高帶式輸送機運行效率具有重要意義，輸送機變速控制可以降低能耗，達到節能的目的。調速系統需要根據自身運行特點進行調控，可在無人干預的情況下自動識別輸送機狀態、調控輸送機的轉速等。通常采用根據輸送機負載大小來調控的方式，當輸送機上負載較少時運行速率就低，在沒有負載輸送時可以待機，由此可以極大地降低刮板輸送機的能耗。帶式輸送機節能控制系統既能提高輸送機的工作效率、降低能耗，同時可實現無人化操作[1]。

1 帶式輸送機節能現狀研究

隨著我國對煤炭的需求不斷增加，社會要求礦用設備不斷向大型化、重型化方向發展，同時也要提高效益降低能耗。許多較為先進的控制技術應用于帶式輸送機，提高了輸送機的節能效率。目前，國內帶式輸送機技術相較于國外仍比較落后，帶式輸送機技術也從最開始的吊掛式帶式輸送機發展到使用鋼絲繩牽引的結構，在20世紀七八十年代，帶式輸送機發展出可伸縮式、大仰角的輸送機。

近年來，帶式輸送機的規模、控制方式、驅動方式等都有了多樣化的發展，出現了特殊的定制化的產品。目前帶式輸送機已經發展出了許多的樣式，可靠性不斷提高，可適應于多種領域的模型，具有較好的制動性能。帶式輸送機配備了PLC核心控制技術，結合變頻驅動、智能調速等系統的應用，對我國礦用帶式輸送機的性能提升起到了重要作用[2]。

2 輸送機結構與原理

2.1 輸送帶

帶式輸送機的輸送帶主要用于承載運輸物料，具有一定的柔性，在驅動系統的帶動下循環往復地運行，實現對貨物的運輸。

2.2 驅動系統

帶式輸送機的驅動系統主要由驅動滾筒、電機等組成，一般輸送機在兩端布置兩個驅動滾筒，有助于提高帶式輸送機的井下適應能力。

2.3 張緊裝置

張緊裝置主要是為了確保皮帶與滾筒之間有效的接觸，帶式輸送機貨物的運輸利用了皮帶與滾筒之間的摩擦力，張緊裝置可有效提高設備的運輸能力，同時提高皮帶的使用壽命。

2.4 托輥

帶式輸送機的托輥結構為無動力傳動結構，可降低皮帶在運輸過程中的阻力，提高輸送機的運輸能力。不同形式的托輥具有不同的功能，通常托輥在降低設備運行阻力的同時，可以防止皮帶跑偏，并能降低物流對設備的跌落沖擊。

帶式輸送機結構簡單，體積較小，在物料運輸過程中設備的磨損較小，因此具有較好的使用壽命及可靠性。如圖1所示，為帶式輸送機運行結構原理圖，當設備在運行時，驅動滾筒與皮帶之間產生摩擦力，實現對物料的運輸。煤炭的生產嚴重依賴帶式輸送機，輸送機常24 h不間斷運行，設備的可靠性對其使用壽命、可靠性具有非常重要的影響[3]。

圖1 帶式輸送機工作原理圖

3 節能控制的方式

近年來，帶式輸送機的研究成為了行業研究的熱點，尤其是在提高輸送機能效方面，取得了諸多的成果。目前，對于輸送機能效的研究主要通過輸送機建模、參數化優化、實時監控等手段，同時基于模糊控制理論，對設備狀態進行識別進而對輸送機狀態進行控制。提高輸送機的能效具有重要意義，可極大地降低煤礦開采成本。帶式輸送機節能技術主要可以從能量消耗、能源利用率或控制方法等方面入手，下面對常用的節能控制技術做簡要說明。

3.1 流程化控制

流程化控制針對帶式輸送機的特點，可采用合理的操作流程以達到提高設備使用壽命的目的，如降低輸送機啟動時空轉時間、配置變頻驅動電機等，實現對皮帶的靈活驅動，降低了輸送機的空轉時間，提高了運輸效率。

3.2 電機功率優化控制

對帶式輸送機驅動電機功率的控制及優化，首先應該對電機的工作情況進行實時監測，有效控制電動機速率，當負載較小時降低電機的輸出功率，從而有效地提高設備運行的效率。

3.3 采用變頻驅動電機

通過對輸出電流的調頻進行調整，實現對電機轉速的控制，尤其是在輸送機啟動與停車過程中，軟啟動對輸送機本身具有很好的保護效應，同時達到節能的目的[4]。

4 節能系統設計

帶式輸送機節能控制系統的設計，需基于實際項目情況以及想要實現的功能，在此首先需要對采煤機開采的量以及物料供給速度以及量做一個合理的檢測評估，然后將檢測的數據傳回到控制系統，最后經控制系統對數據進行分析，對速度進行控制，避免能量損耗，降低生產成本。帶式輸送機節能系統的結構圖如圖2所示，節能控制裝置對采煤機、輸送機進行綜合控制。帶式輸送機發生突發狀況時會對其工作狀況產生影響，因此，在構建節能控制系統時應增加其調控能力，以幫助增加系統的穩定性[5]。

圖2 節能系統的結構圖

4.1 硬件設計

帶式輸送機節能控制系統是以PLC為核心的控制系統，煤礦在實際生產過程中，需考慮生產的成本、能耗等問題。PLC控制系統選用了西門子的S8-2900控制芯片，該控制器具有較好的數據處理能力和通訊能力，可以很好地實現對帶式輸送機的控制。該控制器能夠實現數據快速傳輸與識別，可依據監測的數據對帶式輸送機狀態進行判斷，具備對簡單故障進行識別與保護的功能。

硬件系統中皮帶秤采用了常州得力的ICS電子皮帶秤，具有快速稱重、測速通信等功能，能將測試得到的數據快速反饋到控制中心。當物料通過輸送機時，皮帶秤即可感知到重量信息，將重量等物理信號經A/D轉化，并由顯示屏進行實時顯示。根據本系統的功能需求，選擇了型號為DBP系列的礦用防爆型驅動變頻器，該變頻器具有很好的軟啟動、調速優化記憶、功率平衡等功能。其他為實現輸送機的轉速控制需設置的傳感器，如速度傳感器、煙霧傳感器、防滑傳感器、張力傳感器等不再一一列舉，如圖3所示為控制系統的硬件結構。

圖3 PLC控制系統硬件結構圖

4.2 軟件設計

根據前述硬件結構的描述，控制系統中軟件系統是硬件的靈魂，需要實現系統優化控制的功能，根據軟件系統子模塊功能的劃分，將軟件系統的設計劃分為多個子模塊的軟件設計，子軟件控制系統的具體編程過程在此不再詳細說明。

4.2.1 軟啟動控制

電機的軟啟動控制，是基于PLC為核心來實現對輸送機系統的控制；軟啟動包括輸送機的啟動與停車，由控制系統對變頻啟動電機的輸入電壓進行切換控制。

4.2.2 功率平衡控制

功率平衡問題，是需要協同帶式輸送機的多個電機相互作用，協同配合，因此需要對多個電機的輸出功率進行控制。

4.2.3 系統故障預警

系統在運行過程中可能會發生故障，系統應根據采集數據的異常情況判斷設備可能存在的故障，同時保障輸送機的正常工作，在遇到突發安全問題時可對故障做出響應[6]。

4.3 系統實現

經過系統硬件與軟件的不斷調試、測試，最終實現了對帶式輸送機節能控制系統的設計與實施。在實現對輸送機狀態進行監控的基礎上，提供了良好的操作界面，人機交互性好。該系統可集成顯示設備運行的信息，并可根據需要繪制各類型曲線，方便數據的查閱。如圖4所示，為節能控制系統軟件的監控畫面，界面中詳細顯示了輸送機的狀態監控參數。

圖4 帶式輸送機狀態監控主界面

5 結論

經過不斷地調試與運行，系統整體實現了對帶式輸送機能耗的控制，提高了輸送機的運行效率，對帶式輸送機節能系統改造具有重要參考意義。