皮帶輸送機(jī)節(jié)能變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用

李帥帥

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)趙莊二號(hào)井，山西 長治 047100）

引言

皮帶運(yùn)輸機(jī)是煤礦主要運(yùn)輸設(shè)備，也是礦井生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)的咽喉[1-2]。近年我國煤礦自動(dòng)化水平逐步提高，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)啟停，但是在礦井的正常生產(chǎn)過程中，由于皮帶運(yùn)輸機(jī)多為定速運(yùn)輸，礦井出煤量不穩(wěn)定時(shí)，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)存在空載運(yùn)行和少煤快轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，造成皮帶能耗大，經(jīng)濟(jì)效益低的問題[3-4]。為提高皮帶運(yùn)輸機(jī)使用效率，降低設(shè)備能耗和機(jī)械磨損，提升礦井經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻控制系統(tǒng)[5-6]，在實(shí)現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”的基礎(chǔ)上，還可以提升礦井自動(dòng)化水平。

1 皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 煤量識(shí)別

煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)要實(shí)現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”，必須對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)上煤量多少進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。由于煤礦井下環(huán)境特殊，存在大量水蒸氣，且煤炭運(yùn)輸過程中必然會(huì)出現(xiàn)大量煤塵，對(duì)煤量識(shí)別傳感器的適應(yīng)性要求較高。采用“微波光”探測(cè)原理的煤流傳感器（見圖1所示），實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)上煤量的識(shí)別，為非接觸式安裝。其原理為通過微波光照射和接收，計(jì)算微波光的發(fā)射和反射時(shí)間差，從而可以得到皮帶上部煤的厚度，并將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流信號(hào)進(jìn)行輸出。微波光傳感器可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行皮帶運(yùn)輸機(jī)上煤流的檢測(cè)和信號(hào)輸出；并且采用多模塊微波光技術(shù)相互補(bǔ)償，精確識(shí)別不同狀態(tài)的煤厚，處理后對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬量線性輸出。該微波光煤流探測(cè)傳感器避免了接觸式傳感器的諸多缺點(diǎn)，不受安裝地點(diǎn)限制，不受皮帶傾角的限制，且有壽命長、精度高、防碰撞、外部環(huán)境干擾小的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 煤流傳感器

1.2 皮帶機(jī)速度自動(dòng)調(diào)節(jié)

煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)要實(shí)現(xiàn)節(jié)能提效，在煤流準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)上，還需要做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)反應(yīng)，無煤流時(shí)要停機(jī)，煤流小時(shí)要降速，因此，需要在皮帶輸送機(jī)電機(jī)上安裝變頻調(diào)節(jié)器。采用隔爆兼本質(zhì)安全性變頻器，與皮帶輸送機(jī)的電機(jī)連接，通過變頻器來實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輸送機(jī)速度的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”。

在皮帶落煤點(diǎn)上部安裝煤流傳感器，可以實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)上部煤量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)電流信號(hào)，傳輸至PLC控制箱，然后將轉(zhuǎn)變后的信號(hào)傳輸給變頻調(diào)節(jié)器，通過變頻調(diào)節(jié)器控制皮帶輸送機(jī)的速度，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)皮帶輸送機(jī)煤流多少自動(dòng)控制皮帶輸送機(jī)速度，最終達(dá)到節(jié)能提效的目的。控制流程見下頁圖2。

2 改造方案

為實(shí)現(xiàn)多部皮帶的聯(lián)動(dòng)啟停，以及地面監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程一鍵啟停，需對(duì)井下皮帶傳感器、控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控以及地面調(diào)度室進(jìn)行改造。

2.1 皮帶傳感器的改造

改造皮帶輸送機(jī)需設(shè)置堆煤、速度、跑偏、煙霧、撕裂、拉線等傳感器，同時(shí)在皮帶輸送機(jī)落煤點(diǎn)上部安裝微波光煤流傳感器，其與變頻器相互配合使用可實(shí)現(xiàn)煤流大小與皮帶速度實(shí)時(shí)在線調(diào)速功能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.2 控制系統(tǒng)的改造

圖2 控制流程圖

本次皮帶輸送機(jī)改造采用的PLC控制系統(tǒng)為西門子S7-1200系列。在需改造的皮帶機(jī)頭分別安裝KXJ660型PLC防爆箱和TH12-X本安顯示控制臺(tái)，可以顯示皮帶輸送機(jī)操作控制、急停控制和送話控制；顯示器可以修改參數(shù)，還可以顯示、存儲(chǔ)皮帶運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)顯示電機(jī)的電流、電壓、運(yùn)行和故障狀態(tài)。電控系統(tǒng)通過采集煤流傳感器的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，控制變頻器的輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，達(dá)到根據(jù)皮帶運(yùn)送煤炭的有無、多少來實(shí)現(xiàn)皮帶節(jié)能運(yùn)行的目的。

工作面皮帶運(yùn)輸機(jī)上部煤炭來自工作面采煤機(jī)割煤，因此，采用具備起停功能的通訊機(jī)采集給煤機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)，并由程序自動(dòng)檢測(cè)皮帶運(yùn)行速度。皮帶全速運(yùn)行時(shí)，通過PLC控制給煤機(jī)繼電器，起動(dòng)給煤機(jī)；若采集到給煤機(jī)起動(dòng)信號(hào)后，程序檢測(cè)到皮帶未達(dá)到全速，則在皮帶達(dá)到全速后再起動(dòng)給煤機(jī)，防止突然起動(dòng)灑煤。

2.3 地面調(diào)度室及視頻監(jiān)控的改造

在地面監(jiān)控中心布置網(wǎng)線、光纜和井下連接，通過IPC-610L型研華工控機(jī)、視頻柜、KBA113型礦用隔爆型攝像儀云臺(tái)一體機(jī)對(duì)井下皮帶運(yùn)輸狀態(tài)、運(yùn)輸數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 應(yīng)用效果

改造后的皮帶輸送機(jī)在某礦井工作面順槽進(jìn)行安裝試驗(yàn)，該皮帶輸送機(jī)由兩條皮帶組成，單條皮帶長度不小于500 m，均由兩臺(tái)355 kW電機(jī)拖動(dòng)。單條皮帶安裝見圖3所示。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)皮帶節(jié)能效果進(jìn)行分析，單條皮帶的能耗降低約30%，并且皮帶實(shí)現(xiàn)“有煤開車、無煤停車，煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”，可以降低皮帶輸送機(jī)整機(jī)的機(jī)械損耗，延長使用壽命，節(jié)約維修成本。根據(jù)皮帶運(yùn)行里程分析可知，皮帶輸送機(jī)使用壽命可延長1倍，其經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

圖3 單條皮帶安裝示意圖

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析可知，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)改造后，其在實(shí)際運(yùn)行中可降低約30%的能耗，并且降低皮帶輸送機(jī)的機(jī)械損耗，延長使用壽命，節(jié)約維修成本。