掘進面帶式輸送機智能變頻調速系統的研究及應用

李曉楊

摘要：掘進面運煤系統設備負載不均衡、利用率相對較低，設備輕載、空載運行時間相對較長，在設備運行時間不變的情況下，為減少設備輕載、空載運行造成的電能浪費及部件損耗，研制出一套帶式輸送機智能變頻調速系統，根據實時運輸煤量的多少調節輸送機運行速度，實現對帶式輸送機的智能控制顯得尤為必要。

關鍵詞：帶式輸送機；變頻調速；智能控制

結合東龐礦深部水平極復雜的地質條件，掘進面帶式輸送機運輸無法達到滿載運行，即出現所謂的“大馬拉小車”現象。運煤系統在無物料的情況下，由于各種原因無法及時停車，電機空轉帶來的電能浪費、配件損耗巨大。本文中由我礦參與研制的帶式輸送機智能控制系統，能夠有效改善掘進面設備利用率低，可運煤量遠超實際出煤量的情況，減少了設備輕載、空載運行造成的電能浪費及配件損耗。

1 技術方案

智能變頻調速工作原理是依托傳感器信號源、變頻器、控制器等緊密配合完成空間數學模型建模，實現輸送機智能變頻調速功能。即實時測定物料的多少，根據物料多少的變化自動調節電機輸出頻率來實現輸送機的高低速運行。

如下圖所示，傳感器1～3檢測距離分別為d1～d3，檢測距離d1= J1" J1；d1～d3分別代表每個傳感器檢測煤層的厚度，實時采集傳感器傳回的數據，控制器采集到的信號源依據事先設定好的數學模型進行運算，然后輸出4～20mA信號控制變頻器的輸出頻率，最終完成電機轉速的控制。

煤量檢測示意圖

電機轉速分為初始速度、慢速、中速、高速，滿足條件如下：

（1）掘進機工作開始前，給帶式輸送機啟動命令，帶式輸送機以初始速度運行。

（2）當傳感器傳輸信號符合低速運行條件且皮帶運載物料的占空比達到設定目標值時，輸送機自動切換低速運行。當傳感器長時間檢測不到物料信號時，低速運行時間達到目標值后自動調整運行需求的速度。

輸送機運行時的物料在整條皮帶的占空比定義為D=L物料/L總長（L物料為物料在皮帶上的疊加長度，L總長為帶式輸送機的總長度），只要輸送機運行時的物料在整條皮帶的占空比D大于設定的低速段占空比DDS時輸送機就自動切換到低速運行。

（3）當傳感器傳輸信號符合中速運行條件且皮帶運載物料的占空比達到設定目標值時，輸送機自動切換中速運行，當傳感器長時間檢測不到物料信號時，中速運行時間達到目標值后自動調整運行需求的速度。

只要輸送機運行時的物料在整條皮帶的占空比D大于設定的中速段占空比DZS時輸送機就自動切換到中速運行。

（4）當傳感器傳輸信號符合高速運行條件且皮帶運載物料的占空比達到設定目標值時，輸送機自動切換高速運行，當傳感器長時間檢測不到物料信號時，高速運行時間達到目標值后自動調整運行需求的速度。

只要輸送機運行時的物料在整條皮帶的占空比D大于設定的高速段占空比DGS時輸送機就自動切換到高速運行。

2 系統配置明細及單元功能

2.1 配置明細

（1）礦用隔爆兼本質安全型BPJ1160/1140交流變頻器；

（2）礦用隔爆兼本質安全型可編程控制箱；

（3）CMOS激光傳感器及安裝支架。

2.2 單元功能

（1）變頻器的功能：主要調節電機轉速，達到控制輸送機的運行速度；

（2）控制箱的功能：完成信號的采集、數學模型邏輯運行控制及控制信號命令的發出；

（3）激光傳感器功能：實時檢測物料的狀態，信號源的發出端。

3 耗材節能分析

通過物料的多少來控制輸送機的初始（1.0m/s，25Hz）、低（1.2m/s，30Hz）、中（1.6m/s，40Hz）、高（2m/s，50Hz）等速度，避免輸送機輕載、空載時電機全速運轉，即在輸送機速度控制適當時可大幅降低輸送機的機械材料損耗，損耗部分主要包含滾筒、皮帶、托輥等的磨損。

該系統在東龐礦2914掘進面軌道巷迎頭一部DSJ100/80/200（老型號DSP1080）帶式輸送機成功投入使用，每百米每月平均消耗材料費用為8850元，使用該系統后，每百米每月平均消耗材料費用為7090元，材料損耗降低約19.8%。掘進面安裝帶式輸送機長度按800m計算，該掘進面每年可節約材料資金（88507090）×800/100×12（月）=16.9萬元。

4 系統不足

（1）變頻器與控制箱不是一個整體，應把變頻器與控制箱集為一體，方便掘進延伸皮帶及崗位工操作；

（2）激光傳感器輸出信號為4～20mA模擬量信號，最大傳輸距離為100米，不能滿足井下現場實際生產需要。

5 結語

帶式輸送機智能變頻調速系統通過實時測定物料的多少，并根據物料多少的變化自動控制電機輸出頻率，實現運輸機的高低速運行，達到降低皮帶輸送機部件磨損、延長部件使用壽命的效果，節省耗材的同時減少了設備維護人員的工作量。長期應用惠及職工、惠及企業，煤礦機械化自動化程度也得到了提高。

參考文獻：

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