基于PLC的煤礦帶式輸送機電氣節能設計

馬洪才

摘要：帶式輸送機的功率、運量和速度在不斷提升的同時，它的能耗問題也日益突出，如何減少帶式運輸機的能源消耗，降低生產運輸環節的成本，成了許多的工程技術人員研究的重點問題。為了減少企業的生產成本，筆者通過研究帶式傳輸機的驅動方式，在此基礎上建立了帶式運輸機的節能調速控制程序，并且經過實踐檢驗了改程序的節能效果，因此該技術的節能前景非常的廣闊。

關鍵詞：帶式傳送機;PLC可編程控制器;電氣節能;變頻調速

引言：

據統計，近年來我國的電動機的裝機總容量在不斷攀升，目前已經超過了4萬億KW，電動機的年耗電量更是達到了全國的用電總量的六成以上。這一方面說明，電動機在我國的利用范圍越來越廣，普及程度越來越高，但是另一方面也說明我國的電動機驅動系統的能量利用率卻非常低。據統計，我國的電動機驅動系統的能量利用效率僅為國外平局水平的20%左右。電動機基本上都是恒速運行，不會隨著工作狀況的變化而改變，這就造成了電能的大量浪費，使得生產成本升高，企業效益下降，同時也破壞了生態環境。根據煤礦企業煤炭生產的實際情況，探索帶式輸送機電氣節能的方法，即改變帶式輸送機傳統運行方式，通過輸送帶運量大小的情況來調節帶式傳送機的帶速，在正常運行下實現帶式傳送機的效率最大化。

1帶式輸送機的工作原理

輸送帶繞經驅動滾筒和機尾換向滾筒形成一個環形封閉帶。輸送帶的上、下兩部分都支撐在托輥上，拉緊裝置給輸送帶以正常運轉所需要的拉緊力。工作時電動機將轉矩通過滾筒傳給輸送帶，使輸送帶連續運動，輸送帶在帶式輸送機中，既是承載構件又是牽引構件，它不僅要有承載能力，還要有足夠的強度。一般物料是裝載到上帶（承載段）的上面，在機頭滾筒（即是傳動滾筒）卸載，利用專門的裝載裝置也可在中間卸載。

2帶式輸送機的節能運行分析

采煤過程中，受客觀技術條件和地質條件的影響，煤炭產量是不斷變化的，煤倉中的煤量也不是一個恒定不變的數值。這就導致帶式輸送機在運行過程中，也存在運輸量的波動變化。但是，目前我國帶式輸送機一般是工頻下，以固定速度運行，但帶式輸送機工作過程中不可能一直保持滿載運行，還有輕載和空載狀態，工頻速度運行降低了電動機效率，功率因數較低，產生了大量的能量浪費。因此，為了提高帶式輸送機的運行效率，降低電能的損耗，就需要對帶式輸送機的運行方式進行調節，即根據不同的載量采用不同的帶速。通過調節速度的快慢，達到節約電能，延長設備使用壽命的目的。

3帶式輸送機電氣節能控制方案

本文研究帶式輸送機的電氣節能控制，PLC控制系統接收來自皮帶秤的測量信號和輸送機的運行速度，根據控制系統的模糊控制程序，實時調整帶式輸送機的運行速度，提高電機的功率因數，降低電能損耗。

3.1 PLC控制系統組成

可程序邏輯控制器（PLC）是一種固態電子裝置，主要利用輸入/輸出裝置的回收信號及儲存程序，控制機械或程序的操作。在工廠自動化（FA）系統中，PLC因為具備價格便宜、系統穩定及環境適應性佳的特點，故一直為自動化業界所采用。近幾年來，各PLC制造廠家無不致力于新機種的研發，所以在CPU處理速度、擴展模塊及通訊的功能上，早于PLC控制器，已有長足的進展。煤礦現場作業環境非常惡劣，而且存在許多干擾信號，嚴重影響了系統的正常運轉。因此，在系統的設計時，必須將系統的穩定性作為設計的重點。基于此種考慮，此次的系統設計采用了西門子公司S7-300系列PLC芯片作為控制系統的核心芯片，并且采用PROFIBUS總線結構來負責設備與控制器之間的信息傳輸，在I/O通信以及上位機方面分別采用的是PROFIBUS-DP模塊以及工控機和觸摸屏。

3.2皮帶秤

電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機架上，當物料經過時，計量托輥檢測到皮帶機上的物料重量通過杠桿作用于稱重傳感器，產生一個正比于皮帶載荷的電壓信號。在皮帶秤上有一個稱重傳感器裝在稱重橋架上，工作時，將檢測到皮帶上的物料重量送入稱重儀表，同時由測速傳感器皮帶輸送機的速度信號也送入稱重儀表，儀表將速度信號與稱重信號進行積分處理，得到瞬時流量及累計量。

3.3智能顯示及人機對話裝置

作為一個控制系統，顯示的輸出是非常重要的，如果沒有一個好地顯示輸出系統，整個控制系統的運轉都難以被有效控制。此次設計中，需要通過顯示設備輸出帶式輸送機的所有運轉狀況，同時還要設立相應檢修的人工手動裝置，以便在系統的自動化程度降低的前提下，提供人工的干預操作。基于上述的考慮，此次設計采用了研祥系列工控機以及戴爾顯示器作為了顯示的輸出設備。

3.4 變頻調速裝置

礦用隔爆兼本安型交流變頻器是一種集全數字式變頻調速技術及相關的散熱技術為一體的高新技術產品。該產品適用于額定電壓為660V或1140V的異步電機的重負荷軟啟動、軟停車和運行過程中控制，其啟動、停車、過程控制曲線可設為S型曲線、線性曲線等多種曲線方式。該曲線可根據現場實際工況進行調整，從而減少啟動時對設備的沖擊，并可根據電機的負荷變化，調整電機的輸出頻率，從而調整帶式輸送機的運行速度，即可節約電能的損耗，又可提高托輥、滾筒的使用壽命。

4總結

本文對帶式輸送機的特點進行了介紹，并研究了其工作過程中存在的電能浪費問題，造成電能浪費的主要原因是帶式輸送機不是一直保持滿載運行，而運行速度卻不能根據負載情況調節，使得運行效率低，電能消耗大。

參考文獻：

[1]任世杰.基于PLC的煤礦帶式輸送機電氣節能設計[J].山東煤炭科技，2018（02）：122-123.

[2]李萬懷.PLC在煤礦帶式輸送機電控裝置中的設計與應用探究[J].科技創新導報，2017，14（16）：129-130.

[3]何磊.煤礦帶式輸送機的電氣節能技術研究[D].西安科技大學，2010.