基于流量數據控制的輸送帶節能技術分析

于 程

（秦皇島港股份有限公司第二港務分公司，河北秦皇島 066001）

0 引言

秦皇島港煤二期預留工程采用翻車機、輸送帶、門式堆取料機進行煤炭裝卸作業，翻車機、門式堆取料機出于節能需要均采用變頻啟動控制方式。輸送帶因設備初始設計年限早、煤種復雜等條件限制，流量難以長期恒定運行，重載停機所需啟動力矩倍增，故而采用直接啟動控制方式。輸送帶采用多級接力的形式進行煤炭運輸，傳統啟動方式為順向啟動，即先啟動下游受料設備（門式堆取料機、輸送帶）直到啟動至上游給料設備（輸送帶、翻車機），該啟動方式能有效避免物料堵塞問題，但會造成輸送帶長時間空載運行，浪費大量電能。新型逆向啟動方式，因輸送帶啟動時間銜接問題所引發的故障停機，制約了其節能效果。

本文提出一種基于流量數據和位置數據控制的輸送帶節能新技術，該技術以安裝在輸送帶上的高精度電子皮帶秤和堆場沿線的格雷母線為載體，通過編寫PLC 控制程序，利用容錯方式，規避原有輸送帶原有逆啟動的缺陷，實現穩定范圍內重載減電機運行。經實驗驗證，該技術能有效節約電能，降低原有運行方式缺陷所致的設備故障。

1 卸車流程及設備簡介

如圖1 所示，秦皇島港煤二期預留工程卸車系統，采用B1F翻車機接卸C80 類型車皮，通過翻車機下方的給料器，經輸送帶和堆取料機將煤炭輸送至堆場，流程共計兩條：①流程1：B1F翻車機—BF1 輸送帶—BP3 輸送帶—BP4 輸送帶—BKJ 輸送帶—BZ1 輸送帶—B1DQ 堆取料機；②流程2：B1F 翻車機—BF1輸送帶—BP3 輸送帶—BP4 輸送帶—BKJ 輸送帶—BZ2 輸送帶—B2DQ 堆取料機。輸送帶的額定運行速度為4.3 m/s，每條輸送帶啟動至額定運行速度所需時間為5 s，額定輸送能力為3000 t/h。BF1 輸送帶長度為400 m，由2 臺315 kW 電機驅動；BP3 輸送帶長度為80 m，由1 臺160 kW 電機驅動；BP4 輸送帶長度為700 m，由2 臺250 kW 電機驅動；BKJ 輸送帶的長度為100 m，由1 臺315 kW 電機驅動；BZ1 和BZ2 輸送帶的長度為710 m，分別由2 臺315 kW 電機驅動。高精度電子秤安裝在距離BT12 機房300 m 處的正程輸送帶下方，用于采集煤炭輸送瞬時流量，格雷母線系統裝在BZ1 輸送帶北側壩基沿線和BZ2 輸送帶南側壩基沿線及對應的B1DQ/B2DQ 堆取料機上，用于采集堆取料機的位置變量，因設備較大，結構復雜，這里未在圖中示意。

圖1 卸車設備分布

2 數據控制的輸送帶節能啟動方式

2.1 變量數據引入方式

利用以太網通信技術，將BF1 輸送帶高精度電子秤采集的流量數據和B1DQ/B2DQ 堆取料機格雷母線解碼器采集到位置數據，傳輸到輸送帶PLC 系統。

2.2 輸送帶的銜接時間計算

煤炭從高精度電子秤到BT12 轉接塔的時間：t1=300/4.3=69 s，BT12 轉接塔到BT13 轉接塔的時間t2=80/4.3=18 s，BT13 轉接塔到BT14 轉接塔的時間t3=700/4.3=162 s，BT14 轉接塔到BT1 轉接塔的時間t4=100/4.3=23 s，BT1 轉接塔到B1DQ/B2DQ 堆取料機的時間t5=S/4.3，其中S 為B1DQ/B2DQ 堆取料機的位置數據變量，由東向西逐漸變大，與輸送帶運行方向相同。

2.3 輸送帶的逆啟動邏輯關系

輸送帶啟動至額定速度的加速時間為5 s，考慮到其他因素，設定2 s 的冗余時間，輸送帶的銜接時間減去加速時間和冗余時間，即為上下游輸送帶之間的啟動間隔時間。當高精度電子秤檢測到瞬時煤炭流量＞10 t，即認為是重載運行，即可逆向逐次啟動下游輸送帶。以B1F-B1DQ 流程為例，正常空載啟動情況下，選中流程后，PLC 控制程序先啟動BF1 輸送帶，連鎖信號傳輸給B1F 翻車機，B1F 翻車機啟動，高精度電子秤檢測到瞬時煤炭流量＞10 t，t1-5-2（62 s）后BP3 輸送帶啟動，t2-5-2（11 s）后BP4 輸送帶啟動，t3-5-2（151 s）后BKJ 輸送帶啟動，t4-5-2（16 s）后BZ1 輸送帶啟動，t5-5-2后B1DQ 堆取料機輸送帶啟動。故障情況下，如輸送帶突然出現堵煤、跑偏等故障導致重載停機，為了避免煤炭堵塞漏斗及撒漏，應恢復原有輸送帶順向啟動流程。為了區分正常空載啟動和重載故障啟動，采用輸送帶故障信號作為鉗制條件，即B1F-BZ1 流程內任何一條輸送出現故障，都會輸出一個重載故障啟動信號，該信號只有在本作業流程取消后才會消失，此時重載啟動輸送帶會自動選順向啟動流程，避免重載情況下逆向啟動的誤動作。

2.4 輸送帶的減電機運行邏輯關系

在實際運行中，通過觀測輸送帶驅動電機的電流數據，發現輸送帶在額定輸送能力運行時，電流數值在額定的電流的45%～48%，空載運行時，電流數值為額定電流的20%左右。這不是因為電機功率選擇過大，而是考慮煤炭在輸送過程中會出現瞬間過載的現象，以及故障重載啟動需要更大的扭矩。

BF1 輸送帶因靠近翻車機并安裝了高精度電子秤，作為檢測性質的輸送帶，BP3 和BKJ 輸送帶屬于單驅電機，故而三條輸送帶不考慮減少電機運行。為了實現BP4、BZ1、BZ2 輸送帶重載平滑減電機運行，在各自B 驅動電機與驅動滾筒之間加裝超越離合器，A 驅動電機與驅動滾筒之間維持現狀。

當高精度電子秤檢測到瞬時煤炭流量達到3000～3300 t時，即認為是重載穩定運行，重載運行時間T＞t1+t2+t3時，BP4 輸送帶重載穩定運行，重載運行時間T＞t1+t2+t3+t4+t5時，BZ1/BZ2輸送帶重載穩定運行，此時PLC 控制程序輸出各自輸送帶B 電機停止運行信號，超越離合器脫開，實現A 電機單獨驅動；當高精度電子秤檢測到瞬時煤炭流量超過3300 t，即認為是重載瞬時過載運行，此時應按計算好的時間投入B 電機運行，即T1＞t1+t2-5-2時，BP4 輸送帶B 電機啟動，超越離合器閉合，進入雙電機驅動模式，T2＞t1+t2+t3+t4-5-2時，BZ1/BZ2 輸送帶B 電機啟動，超越離合器閉合，進入雙電機驅動模式。

3 結語

基于高精度電子秤載體的流量數據和高精度格雷母線位置數據控制變量的輸送帶節能新技術，實現了數據采集的高精度化，確保了作業流程每條輸送帶的啟動時間計算的精準化，規避原有輸送帶原有逆啟動的缺陷，輔之以超越離合器，實現穩定范圍內重載減電機運行，避免瞬間重載流量過大所致的單機運行驅動力不足。經實驗驗證，該技術能有效節約電能，降低原有運行方式中缺陷所致的設備故障。