DTL70型帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的研究

任亞慧

（山西新陽(yáng)清潔能源有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

目前，大多數(shù)煤炭企業(yè)的輸送機(jī)仍采用恒速運(yùn)行模式，因此提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率具有重要意義，輸送機(jī)變速控制可以降低能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。調(diào)速系統(tǒng)需要根據(jù)自身運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控，可在無(wú)人干預(yù)的情況下自動(dòng)識(shí)別輸送機(jī)狀態(tài)、調(diào)控輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速等。通常采用根據(jù)輸送機(jī)負(fù)載大小來(lái)調(diào)控的方式，當(dāng)輸送機(jī)上負(fù)載較少時(shí)運(yùn)行速率就低，在沒(méi)有負(fù)載輸送時(shí)可以待機(jī)，由此可以極大地降低刮板輸送機(jī)的能耗。帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)既能提高輸送機(jī)的工作效率、降低能耗，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作[1]。

1 帶式輸送機(jī)節(jié)能現(xiàn)狀研究

隨著我國(guó)對(duì)煤炭的需求不斷增加，社會(huì)要求礦用設(shè)備不斷向大型化、重型化方向發(fā)展，同時(shí)也要提高效益降低能耗。許多較為先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用于帶式輸送機(jī)，提高了輸送機(jī)的節(jié)能效率。目前，國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī)技術(shù)相較于國(guó)外仍比較落后，帶式輸送機(jī)技術(shù)也從最開始的吊掛式帶式輸送機(jī)發(fā)展到使用鋼絲繩牽引的結(jié)構(gòu)，在20世紀(jì)七八十年代，帶式輸送機(jī)發(fā)展出可伸縮式、大仰角的輸送機(jī)。

近年來(lái)，帶式輸送機(jī)的規(guī)模、控制方式、驅(qū)動(dòng)方式等都有了多樣化的發(fā)展，出現(xiàn)了特殊的定制化的產(chǎn)品。目前帶式輸送機(jī)已經(jīng)發(fā)展出了許多的樣式，可靠性不斷提高，可適應(yīng)于多種領(lǐng)域的模型，具有較好的制動(dòng)性能。帶式輸送機(jī)配備了PLC核心控制技術(shù)，結(jié)合變頻驅(qū)動(dòng)、智能調(diào)速等系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)礦用帶式輸送機(jī)的性能提升起到了重要作用[2]。

2 輸送機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

2.1 輸送帶

帶式輸送機(jī)的輸送帶主要用于承載運(yùn)輸物料，具有一定的柔性，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的帶動(dòng)下循環(huán)往復(fù)地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的運(yùn)輸。

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)滾筒、電機(jī)等組成，一般輸送機(jī)在兩端布置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒，有助于提高帶式輸送機(jī)的井下適應(yīng)能力。

2.3 張緊裝置

張緊裝置主要是為了確保皮帶與滾筒之間有效的接觸，帶式輸送機(jī)貨物的運(yùn)輸利用了皮帶與滾筒之間的摩擦力，張緊裝置可有效提高設(shè)備的運(yùn)輸能力，同時(shí)提高皮帶的使用壽命。

2.4 托輥

帶式輸送機(jī)的托輥結(jié)構(gòu)為無(wú)動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可降低皮帶在運(yùn)輸過(guò)程中的阻力，提高輸送機(jī)的運(yùn)輸能力。不同形式的托輥具有不同的功能，通常托輥在降低設(shè)備運(yùn)行阻力的同時(shí)，可以防止皮帶跑偏，并能降低物流對(duì)設(shè)備的跌落沖擊。

帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，在物料運(yùn)輸過(guò)程中設(shè)備的磨損較小，因此具有較好的使用壽命及可靠性。如圖1所示，為帶式輸送機(jī)運(yùn)行結(jié)構(gòu)原理圖，當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒與皮帶之間產(chǎn)生摩擦力，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的運(yùn)輸。煤炭的生產(chǎn)嚴(yán)重依賴帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)常24 h不間斷運(yùn)行，設(shè)備的可靠性對(duì)其使用壽命、可靠性具有非常重要的影響[3]。

圖1 帶式輸送機(jī)工作原理圖

3 節(jié)能控制的方式

近年來(lái)，帶式輸送機(jī)的研究成為了行業(yè)研究的熱點(diǎn)，尤其是在提高輸送機(jī)能效方面，取得了諸多的成果。目前，對(duì)于輸送機(jī)能效的研究主要通過(guò)輸送機(jī)建模、參數(shù)化優(yōu)化、實(shí)時(shí)監(jiān)控等手段，同時(shí)基于模糊控制理論，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別進(jìn)而對(duì)輸送機(jī)狀態(tài)進(jìn)行控制。提高輸送機(jī)的能效具有重要意義，可極大地降低煤礦開采成本。帶式輸送機(jī)節(jié)能技術(shù)主要可以從能量消耗、能源利用率或控制方法等方面入手，下面對(duì)常用的節(jié)能控制技術(shù)做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3.1 流程化控制

流程化控制針對(duì)帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)，可采用合理的操作流程以達(dá)到提高設(shè)備使用壽命的目的，如降低輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)空轉(zhuǎn)時(shí)間、配置變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶的靈活驅(qū)動(dòng)，降低了輸送機(jī)的空轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了運(yùn)輸效率。

3.2 電機(jī)功率優(yōu)化控制

對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的控制及優(yōu)化，首先應(yīng)該對(duì)電機(jī)的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效控制電動(dòng)機(jī)速率，當(dāng)負(fù)載較小時(shí)降低電機(jī)的輸出功率，從而有效地提高設(shè)備運(yùn)行的效率。

3.3 采用變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)

通過(guò)對(duì)輸出電流的調(diào)頻進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，尤其是在輸送機(jī)啟動(dòng)與停車過(guò)程中，軟啟動(dòng)對(duì)輸送機(jī)本身具有很好的保護(hù)效應(yīng)，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的[4]。

4 節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需基于實(shí)際項(xiàng)目情況以及想要實(shí)現(xiàn)的功能，在此首先需要對(duì)采煤機(jī)開采的量以及物料供給速度以及量做一個(gè)合理的檢測(cè)評(píng)估，然后將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳回到控制系統(tǒng)，最后經(jīng)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)速度進(jìn)行控制，避免能量損耗，降低生產(chǎn)成本。帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，節(jié)能控制裝置對(duì)采煤機(jī)、輸送機(jī)進(jìn)行綜合控制。帶式輸送機(jī)發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)會(huì)對(duì)其工作狀況產(chǎn)生影響，因此，在構(gòu)建節(jié)能控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)增加其調(diào)控能力，以幫助增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。

圖2 節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

4.1 硬件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)是以PLC為核心的控制系統(tǒng)，煤礦在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需考慮生產(chǎn)的成本、能耗等問(wèn)題。PLC控制系統(tǒng)選用了西門子的S8-2900控制芯片，該控制器具有較好的數(shù)據(jù)處理能力和通訊能力，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的控制。該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸與識(shí)別，可依據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)帶式輸送機(jī)狀態(tài)進(jìn)行判斷，具備對(duì)簡(jiǎn)單故障進(jìn)行識(shí)別與保護(hù)的功能。

硬件系統(tǒng)中皮帶秤采用了常州得力的ICS電子皮帶秤，具有快速稱重、測(cè)速通信等功能，能將測(cè)試得到的數(shù)據(jù)快速反饋到控制中心。當(dāng)物料通過(guò)輸送機(jī)時(shí)，皮帶秤即可感知到重量信息，將重量等物理信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化，并由顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求，選擇了型號(hào)為DBP系列的礦用防爆型驅(qū)動(dòng)變頻器，該變頻器具有很好的軟啟動(dòng)、調(diào)速優(yōu)化記憶、功率平衡等功能。其他為實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速控制需設(shè)置的傳感器，如速度傳感器、煙霧傳感器、防滑傳感器、張力傳感器等不再一一列舉，如圖3所示為控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

圖3 PLC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

4.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)前述硬件結(jié)構(gòu)的描述，控制系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)是硬件的靈魂，需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制的功能，根據(jù)軟件系統(tǒng)子模塊功能的劃分，將軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劃分為多個(gè)子模塊的軟件設(shè)計(jì)，子軟件控制系統(tǒng)的具體編程過(guò)程在此不再詳細(xì)說(shuō)明。

4.2.1 軟啟動(dòng)控制

電機(jī)的軟啟動(dòng)控制，是基于PLC為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)的控制；軟啟動(dòng)包括輸送機(jī)的啟動(dòng)與停車，由控制系統(tǒng)對(duì)變頻啟動(dòng)電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行切換控制。

4.2.2 功率平衡控制

功率平衡問(wèn)題，是需要協(xié)同帶式輸送機(jī)的多個(gè)電機(jī)相互作用，協(xié)同配合，因此需要對(duì)多個(gè)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行控制。

4.2.3 系統(tǒng)故障預(yù)警

系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生故障，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)的異常情況判斷設(shè)備可能存在的故障，同時(shí)保障輸送機(jī)的正常工作，在遇到突發(fā)安全問(wèn)題時(shí)可對(duì)故障做出響應(yīng)[6]。

4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)硬件與軟件的不斷調(diào)試、測(cè)試，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。在實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的基礎(chǔ)上，提供了良好的操作界面，人機(jī)交互性好。該系統(tǒng)可集成顯示設(shè)備運(yùn)行的信息，并可根據(jù)需要繪制各類型曲線，方便數(shù)據(jù)的查閱。如圖4所示，為節(jié)能控制系統(tǒng)軟件的監(jiān)控畫面，界面中詳細(xì)顯示了輸送機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)。

圖4 帶式輸送機(jī)狀態(tài)監(jiān)控主界面

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試與運(yùn)行，系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)能耗的控制，提高了輸送機(jī)的運(yùn)行效率，對(duì)帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)改造具有重要參考意義。