帶式輸送機能耗優化控制系統設計與應用

趙鵬飛

(山西忻州神達梁家磧煤業有限公司，山西 河曲 036500)

帶式輸送機的重要組成部分之一是控制系統，工作可靠性要求較高，與井下作業人員的安全及煤炭輸送效率息息相關[1-3]。近年來煤炭企業均向著節能降耗方向發展[4]，作為連續工作時間最長的帶式輸送機能源消耗量較大，開展節能降耗控制系統的設計工作，不僅能節省生產成本，還能提高煤炭市場競爭力，對實現煤炭企業增產增效意義重大。

1 總體方案

帶式輸送機節能降耗控制系統的總體方案見圖1。

圖1 控制系統方案

由圖1可以看出，該控制系統主要由上位機、PLC控制器、變頻驅動模塊等組成。上位機監控系統用來實時顯示帶式輸送機的運行狀態數據；PLC控制系統用來分析處理實時采集到的帶式輸送機運行數據，傳輸至上位機；變頻驅動系統根據PLC分析計算結果反饋的控制信號進行采煤機驅動電機的變頻節能控制；帶式輸送機保護系統確保帶式輸送機安全穩定運行；信號監測裝置實時監測帶式輸送機的溫度、電壓、電流等數值；通訊系統主要完成帶式輸送機與PLC、上位機之間的數據通訊。

2 硬件設計

2.1 PLC控制器

根據帶式輸送機控制系統的設計要求，依然采用其原有的PLC控制器，重新設計控制器的硬件結構，如圖2所示。能耗優化控制系統工作時，由上位機發出控制指令至PLC，經PLC控制器之后傳輸至變頻器進而控制帶式輸送機的驅動電機，使帶式輸送機降低能源的消耗。速度傳感器、電子皮帶秤和保護傳感器實時采集得到的運行數據，經PLC進行分析處理之后由上位機顯示模塊顯示運行狀態數據，監控人員可實時監測并實現遠程控制。

圖2 PLC控制器硬件結構

2.2 變頻器

控制系統選擇型號為6SE7138-6HG62-3BA0的變頻器，工作輸出電流為860 A，供電電壓為600～690 V。根據控制系統設計要求，需要配置3臺變頻器，以實現單臺變頻器控制單臺異步交流驅動電動機的目的。變頻器外接主電路如圖3所示，配電柜為其供電實現驅動電機的啟停與調速功能。

圖3 變頻器外接電路圖

2.3 傳感檢測元件

監測煤流量使用礦用電子皮帶秤，型號為ICS-ST，實時采集帶式輸送機經過的煤流量數據。功率監測采用EDA9033A型功率采集模塊，配合3個變頻器使用。輸送帶運轉速度檢測采用速度傳感器，型號為GSC4，額定電壓數值為直流12 V、工作電流不大于50 mA、測量范圍0～5 m/s、測量誤差數值為±0.5%.依然用帶式輸送機原有的綜合保護系統實時采集帶式輸送機的溫度、跑偏、煙霧、堆煤等實時數據，傳輸至PLC進行分析處理，實時顯示在上位機中，供監控人員掌握帶式輸送機的運行情況。

3 軟件設計

3.1 主程序設計

主程序作為帶式輸送機能耗優化控制系統運行的基礎，根據系統需要調用各個子系統，實現帶式輸送的集中管理和分散控制。基于筆者的工作經驗及帶式輸送機節能降耗功能的要求，設計完成了控制系統的主程序，如圖4所示。控制核心部件采用了工業PLC，各個子控制系統之間獨立工作但能夠被PLC調用，保證了各個子控制系統之間的通信時效。

圖4 控制系統主程序流程圖

3.2 能耗優化程序

帶式輸送機運行過程中煤炭流量分布不均勻，若投入大量的人力物力調整偏載，必將增加煤炭企業的生產成本，也會威脅帶式輸送機控制系統和驅動系統的安全運行。故而，設計節能優化控制系統至關重要。為了實現電控識別煤炭流量，將煤炭流量轉化為單位時間通過的煤炭質量。控制系統根據煤炭質量的變化確定輸送帶的運行速度，實現帶式輸送機重載大功率運行、輕載小功率運行的功能，達到節能降耗的目的。為了防止煤流量的擾動對控制系統造成誤動作，在煤流量變化時需要對其進行判別，能耗優化程序如圖5所示。

圖5 帶式輸送機調速流程圖

3.3 上位機

上位機作為能耗優化控制系統的重要組成部分，主要由系統管理模塊、監控界面模塊和數據管理模塊組成，見圖6。系統管理模塊實現了用戶管理和值班管理功能，實時記錄工作人員和值班人員的信息和操作內容；監控界面模塊實時顯示帶式輸送機運行狀態參數數據，供監控人員及時獲取帶式輸送機的運行狀態，實時存儲狀態數據信息，并能夠進行數據擬合呈現變化曲線；數據管理存儲數據信息并歸檔，具有數據查詢和故障記錄等功能，對于指導設備維護維修具有重要意義。

圖6 上位機結構組成圖

4 應用效果評價

系統進行試運行過程中未出現程序問題，變頻控制功能可靠。統計結果顯示，控制系統的應用不僅降低了帶式輸送機能源消耗，還提供了近12%的有效工作時間。帶式輸送機出現故障時，能夠實時顯示故障位置等信息，節省了近6%的設備故障排查時間，減少了2～3名設備運行維護人員，降低了煤炭生產的經濟投入，取得了很好的應用效果。

5 結 語

控制系統作為帶式輸送機的重要組成部分，其控制性能優劣至關重要。帶式輸送機能耗優化控制系統實現了帶式輸送機重載大功率運行、輕載小功率運行，滿足了節能降耗的要求。