帶式輸送機節能系統的優化研究

王 艷

（晉能控股煤業集團虎龍溝煤業有限公司營銷部，山西 朔州 038300）

引言

帶式輸送機為綜采工作面的關鍵運輸設備，隨著綜采工藝及綜采設備自動化水平的提升，帶式輸送機朝著大運量、長距離以及高運速的方向發展，其耗電量在煤礦生產中的占比較大。而且由于工作面煤炭產量不恒定導致常出現“大馬拉小車”的現象，進而導致嚴重的能源浪費。因此，提高帶式輸送機的輸送效率，實現運速與運量相匹配的控制是實現帶式輸送機系統節能的關鍵[1]。本文將著重對帶式輸送機系統進行節能優化。

1 帶式輸送機能效優化研究

簡單地說，帶式輸送機主要由輸送帶、驅動分系統、張緊風系統、清掃裝置以及托輥等組成。普通帶式輸送機模型如圖1所示。

圖1 帶式輸送機模型示意圖

實現帶式輸送機的節能運行，需要在保證帶式輸送配件具備高性能、高壽命以及低損耗的基礎上完成，其核心在于要求帶式輸送機控制系統能夠結合最有效的控制算法對輸送電機的驅動系統的電機轉速進行控制。針對帶式輸送機系統的節能優化可通過對其控制流程、功率匹配優化、電機接線優化以及速度控制優化等多個層面進行實施，本文將對帶式輸送機功率進行優化以實現其達到節能的目的[2]。具體分析可知，影響帶式輸送機功率的因素包括有設備的結構（托輥直徑、間距、帶寬、下垂度等）、電機能量的損耗（定子、轉子的銅耗和鐵芯、機械以及其他損耗等）、工作環境溫度以及供給速度與運轉速度的匹配程度。本文將從實現帶式輸送機供給速度與運轉速度的高度匹配來解決其節能控制問題。

2 帶式輸送機節能系統的設計

2.1 帶式輸送機節能系統的硬件設計

經對帶式輸送機能效分析研究可知，當前解決帶式輸送機運速與運量不匹配的問題是降低其能耗的關鍵。因此，本文所涉及的帶式輸送機節能系統包括對運量監測和運速監測控制的功能，除此之外，要求帶式輸送機節能系統具備對設備的各項保護功能，包括對帶式輸送機及的堆煤、撕裂、煙霧報警、防滑以及跑偏等故障的保護[3]。在對上述節能系統的基本功能描述的基礎上，設計如圖2所示的硬件結構框圖。

圖2 帶式輸送機節能系統結構框圖

基于上述帶式輸送機節能系統總體設計的基礎上，根據輸送帶的實時運量和實施功率，基于PLC控制器，通過變頻器對輸送機電機轉速進行控制。針對輸送機實時運量的監測基于ICS電子皮帶秤實現；帶式輸送機電機的實時功率基于功率采集模塊完成，包括對電機運行電流、電壓以及功率等參數的采集；帶式輸送機實時運速基于速度傳感器完成。

為保證帶式輸送機輸送能力滿足工作面的生產需求，一般為帶式輸送機配置兩臺電機，通過雙電機提升其運輸能力。根據多電機帶式輸送機驅動電機對應的額定電壓為2.3 kV，額定功率為1 000 kW，對應選擇變頻器的輸出電壓為2.3 kV，綜合分析最終變頻器的具體型號為6SE8014-1AA01。

2.2 帶式輸送機節能系統的軟件設計

對于多電機帶式輸送機而言，在對上述設備節能系統硬件設計的基礎上，還需相應的軟件才能夠實現對帶式輸送的節能運行控制，期間需通過軟件控制實現帶式輸送機的軟啟動控制，解決雙電機功率不平衡的問題以及對運行過程中所存在的故障進行預警和報警。

對于帶式輸送機的軟啟動控制，其核心為在設備及系統具備啟動的前提下，按照預先設定的啟動曲線通過變頻器實現驅動電機的軟啟動，當頻率達到設定值后軟啟動完成[4]。對于多電機帶式輸送機而言，實現各電機的運行功率的平衡控制是保證系統穩定、安全運行的基礎，其控制核心為對各電機的實時電流信息進行采集，根據實時運量計算得出電機的平均電流值，并通過控制兩電機的頻率對其功率進行平衡控制[5]，具體控制流程如圖3所示。

圖3 多電機帶式輸送機功率平衡控制流程圖

除此之外，要求帶式輸送節能系統通過對各類保護傳感器數據的采集實現對設備停機、報警等動作的控制。

3 帶式輸送機系統的節能優化效果

帶式輸送機系統優化的主要目的是實現設備的節能運行，為驗證帶式輸送機系統節能優化效果，分別取某礦在優化前7 d設備運行的運輸量和耗電量與優化后7 d設備運行的運輸量和耗電量進行對比，對比結果如表1所示。

表1 帶式輸送機系統優化效果對比

分析表1可知，對帶式輸送機系統進行優化后的設備在7 d內的運輸總量變化不大，但是優化后設備總的耗電量減少29.9%，每天節約電費約5萬元。