帶式輸送機運行速度控制系統研究

王海瑞

（汾西礦業（集團）有限責任公司中盛煤業分公司， 山西 靈石 031309）

引言

帶式輸送機具備運載能力強、操作便捷、過載保護等優點，在煤炭企業生產過程中，帶式輸送機是實現煤炭、物料等運輸的主要設備[1-3]。隨著煤炭企業綜合自動化、智能化技術的不斷應用，采掘作業面綜合智能化開采水平不斷提升，煤炭生產安全保障能力及生產效率等均得以發展[4-6]。本文以山西某礦井下使用的DTL120/80/2×160 型帶式輸送機為研究對象，在對帶式輸送機結構及現場使用需要分析的基礎上，對帶式輸送機運行速度控制系統展開研究，以期能更好地促進礦井運輸系統工作效率。

1 帶式輸送機結構分析

山西某礦設計產能180 萬t/年，主要回采的煤層包括2 號、3-1 號、5 號及11 號，現階段礦井生產主要集中在5 號煤層。5 號煤層5306 綜采工作面設計推進長度2 015 m、采面斜長205 m，開采范圍內煤層賦存穩定，煤層厚度均值3.6 m，采面設計推進速度為2.4 m/d。采面運輸巷布置的帶式輸送機型號為DTL120/80/2×160，鋪設長度共計2 075 m，具體帶式輸送機結構如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機結構示意圖

帶式輸送機結構組成包括電機、滾筒（驅動、轉向等）、托輥、輸送帶、清掃裝置等，使用2 臺功率均為160 kW 的電動機驅動。帶式輸送機在正常工作過程中以額定速度（2.5 m/s）運行，在輸送機處于空載、輕載時，會導致輸送機電能浪費問題，不僅增加礦井運輸系統能耗、加劇設備磨損量及后續維護工程量。為此，本文對帶式輸送機運行控制系統進行研究，該系統可依據運輸的物料載荷自動調節帶式輸送機運行速度，從而達到提升帶式輸送機工作效率并降低能耗目的。

2 帶式輸送機運行速度控制系統設計

2.1 系統整體結構

本文具體設計的帶式輸送機運行速度控制系統整體結構如圖2 所示，具體包括視頻監控系統、PLC控制器、變頻器及驅動電機等。

圖2 運行速度控制系統整體結構示意圖

帶式輸送機在正常運行下，通過速度傳感器監測輸送帶運行速度，并用視頻監控系統對輸送帶上物料進行監測。將速度、物料量監測結果傳輸給PLC 控制器進行綜合分析，具體分析結果包括以下三種：

1）輸送機運行速度與運輸物料量相匹配，則帶式輸送機保持原有運行速度不變；

2）運行速度較低、物料載荷較重，則PLC 控制器通過變頻器適當增加帶式輸送機運行速度，確保運行速度與物料載荷相匹配；

3）運行速度較高、物料載荷較低時，則PLC 控制器通過變頻器適當降低帶式輸送機運行速度。通過對帶式輸送機運行速度的調節，在滿足運載需求同時降低帶式輸送機能耗。

2.2 帶式輸送機負載監測

2.2.1 視頻監測系統

帶式輸送機負載監測通過視頻監控系統實現，通過實時分析輸送帶上運輸的物料寬度來確定輸送機負載。選用的攝像頭型號為KBA127。為了提高視頻監控系統圖像獲取質量，在攝像機旁布置了防爆LED燈源，攝像機按照預先設定的頻率對輸送帶物料進行監測，并傳輸給圖像處理系統，系統通過內置算法對獲取圖像中的煤炭寬度進行分析，從而得到輸送機負載量。

2.2.2 PLC 控制器

PLC 控制器是整個運行速度控制系統的重要組成單元，PLC 控制器依據內置的算法對輸送機運行速度與運輸負載進行比對分析，并最終發出運行速度控制指令。PLC 控制器的性能、可靠性及數據處理速度直接影響運行速度控制系統應用效果。在充分調研的基礎上，本文選用S7-300PLC，該PLC 整體性能較好，可滿足運行速度控制需要。同時視頻監控系統處理信號及速度傳感器監測信號無須轉換可直接輸入該PLC 控制器，從而簡化了整個帶式輸送機運行速度控制系統結構。

2.2.3 變頻器

在山西某礦5306 運輸巷布置的DTL120/80/2×160 型帶式輸送機共有2 臺功率160 kW 電機驅動，為實現電動機有效控制，單臺電機配備一臺變頻器，具體選用的變頻器型號為KXJT-90。該變頻器可滿足運輸巷復雜環境需要。采用變頻器可將交流電頻率由50 Hz 轉換成10～60 Hz，通過調整交流電頻率，實現電動機運行速度調整目的。

3 現場應用效果分析

將帶式輸送機運行速度控制系統應用到5306 運輸巷帶式輸送機運行控制中，并對輸送機工作情況進行持續30 d 監測，具體監測曲線如圖3 所示。從圖3中可看出，運輸巷帶式輸送機運行時間存在明顯差異，運行時間范圍主要集中在10～15 h，平均工作時間為12.6 h。

圖3 帶式輸送機運行時間監測結果

帶式輸送機采用原有運行速度控制方式時（即輸送機運行速度保持在2.5 m/s 恒定運行），2 臺電機總功率為320 kW，年消耗電能總計約為1.33×106kW·h，電費按照0.5 元/kW·h 計算，則年使用電費為66.5 萬元。采用運行速度控制系統后，帶式輸送機平均運行速度降至2.0 m/s，驅動電機運行功率為額定功率的80%，則在相同的運行時間下，運輸巷帶式輸送機電能消耗為1.06×106kW·h，年使用電費為53.2 萬元。

通過上述分析得知，5306 運輸巷帶式輸送機采用運行速度控制系統后，輸送機年電能消耗量較使用前降低約2.7×105kW·h、節省電費約13.3 萬元，不僅可滿足采面煤炭運輸需要，而且可顯著降低帶式輸送機運輸能耗及磨損量，現場應用取得較好效果。

4 結語

帶式輸送機定速運行雖然可滿足運輸需要，但是也存在電能消耗量高、設備磨損嚴重等問題。為此，文中基于視頻監測、傳感器監測技術設計一種帶式輸送機運行速度控制系統，該系統采用PLC 控制器對視頻監控系統，速度傳感器監測獲取到的輸送機負載、運行速度進行綜合分析，從而實現帶式輸送機運行速度與運行負載相匹配。

在5306 運輸巷現場應用后，該帶式輸送機運行速度控制系統表現出顯著優勢，不僅可滿足采面煤炭運輸需要，而且年可節省電能消耗約2.7×105kW·h、節省電費約13.3 萬元，取得較好應用成果。