帶式輸送機低能耗運行控制系統(tǒng)的研究

郭 亮

（陽煤集團五礦， 山西 平定 045200）

引言

帶式輸送機是一種依靠輸送帶和驅(qū)動滾筒之間的摩擦力帶動物料運行的機械設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強的優(yōu)點，已經(jīng)成為煤礦物料輸送中最核心的設(shè)備，其運行時的安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到煤礦物料運輸安全和效率[1]。由于多數(shù)輸送機系統(tǒng)采用了恒速度控制方式，導(dǎo)致輸送機運行時的能耗高，極大影響了物料輸送的經(jīng)濟性，已經(jīng)無法適應(yīng)越來越高的節(jié)能控制要求，因此本文提出了一種新的帶式輸送機低能耗運行控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用了運量和帶速匹配控制及順煤流節(jié)能啟動相結(jié)合的控制方案，一方面根據(jù)“負載多、帶速快，負載少，帶速慢”的運行控制邏輯，通過檢測輸送帶上的煤炭量來靈活調(diào)節(jié)輸送機的運行帶速，另一方面合理計算輸送機系統(tǒng)中不同輸送機的運行啟動時間，來實現(xiàn)輸送機系統(tǒng)的變間隔啟動，通過合理控制輸送帶的啟動順序，在滿足物料運輸安全的情況下降低輸送機的空載運行時間。

1 低能耗運行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)帶式輸送機控制系統(tǒng)中，不管輸送機上的負載率有多大，輸送機一直保持速度不變，使驅(qū)動電機長期處于高負載工作狀態(tài)，不僅極大提升了運行時的能量消耗，也極大降低了驅(qū)動電機的使用壽命，而且在多級帶式輸送機系統(tǒng)中，各個輸送機均按照逆煤流運行方向進行逐個啟動，顯著增加了輸送機空載運行的時間，不利于節(jié)能控制，因此本文提出的新的低耗能運行控制系統(tǒng)重點從變速驅(qū)動控制和降低輸送帶空載運行時間入手，采用運量檢測裝置實現(xiàn)對輸送帶上的煤炭量進行檢測，根據(jù)邏輯控制程序自動匹配最佳的運行帶速，同時根據(jù)輸送帶上物料的運輸速度和位置，合理控制各帶式輸送機的啟動順序，實現(xiàn)順煤流啟動控制，降低空載運行時間，該低耗能運行控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 帶式輸送機低能耗運行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

在該控制系統(tǒng)中，以PLC 可編程控制器為核心，在該控制器內(nèi)設(shè)置有煤量和帶速匹配控制邏輯，通過設(shè)置在輸送帶上方的激光掃描系統(tǒng)對輸送帶上的煤量變化情況進行檢測，然后將其傳入控制中心，控制中心根據(jù)煤量情況對輸送帶的帶速進行調(diào)節(jié)，在控制過程中輸送機的帶速檢測系統(tǒng)還需要確保實際運行帶速要大于煤量最佳匹配帶速，避免產(chǎn)生溢料情況。

在輸送機系統(tǒng)進行多級輸送機順煤流控制啟動時，根據(jù)設(shè)置的最小啟動控制距離法，當(dāng)物料傳輸?shù)缴弦粋€輸送帶的指定位置后，自動啟動下一級的帶式輸送機，從而滿足順序啟動的控制要求，有效避免了所有輸送機同時啟動而導(dǎo)致的空載運行時間長、能耗高的缺陷。

2 帶式輸送機煤量檢測節(jié)能控制

傳統(tǒng)帶式輸送機系統(tǒng)由于多電機的不平衡驅(qū)動控制，且整個運行過程中采用了恒帶速控制模式，導(dǎo)致實際運行過程中存在著較大的電能浪費，因此在該傳輸控制系統(tǒng)中，引入了以煤流量監(jiān)測為基礎(chǔ)的節(jié)能控制裝置。該裝置主要是利用檢測裝置對輸送帶上的煤流量進行不間斷監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來對輸送帶的運行速度進行調(diào)整，設(shè)定運行帶速后系統(tǒng)通過對各電機的驅(qū)動功率進行平衡控制，實現(xiàn)對帶式輸送機運行帶速的控制，同時系統(tǒng)內(nèi)的輸送帶運行速度檢測裝置對輸送帶的實際運行帶速進行檢測，將檢測結(jié)果傳輸?shù)焦?jié)能控制裝置內(nèi)，對偏差量進行分析，并通過變頻調(diào)速控制系統(tǒng)對輸送機的實際運行速度進行調(diào)整，最終實現(xiàn)不同煤流量下的變速運行控制，滿足運行過程中的節(jié)能控制要求，根據(jù)實際測試表明，采用該節(jié)能控制方案后，輸送機運行時的耗電量可降低31%左右，極大提升了輸送機系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。該基于煤流量檢測的輸送機節(jié)能控制邏輯如圖2 所示[3]。

圖2 基于煤量檢測控制的節(jié)能邏輯示意圖

3 順煤流節(jié)能啟動控制

帶式輸送機組傳輸結(jié)構(gòu)如圖3 所示，假設(shè)在1號輸送機處的煤量為Qx，輸送機運行時的穩(wěn)定運行速度為v，物料的運輸方向為從1 號輸送機向4 號輸送機運行，順煤流節(jié)能啟動控制主要是指1 號輸送機啟動至速度v1后開始落煤，系統(tǒng)根據(jù)輸送機的加速度曲線，計算出從落煤點到1 號輸送機和2 號輸送機落料點所需的時間，合理設(shè)置2 號帶式輸送機的啟動時刻，確保當(dāng)物料從1 號輸送機落到2 號輸送機上時，1 號和2 號輸送機均達到穩(wěn)定運行帶速[4]，同樣依據(jù)此控制理論合理選擇3 號和4 號輸送機的啟動時間，從而有效降低整個輸送機系統(tǒng)中各輸送機在運行過程中的空載運行時間，滿足節(jié)能運行的需求。根據(jù)實際計算，采用順煤流節(jié)能啟動控制后，運行過程中的空載時間可降低0.85 h/d，能夠有效提升輸送機運行的經(jīng)濟性[4]。

圖3 順煤流節(jié)能啟動控制理論

4 結(jié)論

由于多數(shù)輸送機系統(tǒng)采用了恒速度控制方式，導(dǎo)致輸送機運行時的能耗高，極大影響了物料輸送的經(jīng)濟性，而新的帶式輸送機低能耗運行控制系統(tǒng)，采用了運量和帶速匹配控制及順煤流節(jié)能啟動相結(jié)合的控制方案，使輸送機運行時的耗電量可降低31%左右，運行過程中的空載時間可降低0.85 h/d，極大提升了輸送機系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。