帶式輸送機智能能耗控制系統的研究

許海波

（晉能控股煤業集團四老溝礦運銷站， 山西 大同 037001）

引言

帶式輸送機是自動化開采中主要的運輸設備[1]，可以實現煤炭大批量、快速的輸送。在帶式輸送機的設計過程中，其運行的功率較大，且具有一定的設計裕量以滿足滿載及過載時的工況。當載煤量較小時，由于輸送帶的高速運轉，容易造成能源的消耗浪費，不利于煤礦的節能減排及成本控制。在煤礦向著自動化開采的同時，還要向著智能化的方向發展[2]，針對帶式輸送機的能耗問題，采用智能化的控制方式依據煤炭的裝載量進行速度的智能調節，實現帶式輸送機的節能控制，減小能源的浪費[3]，同時降低了帶式輸送機的磨損，提高了煤礦開采的智能化水平。

1 帶式輸送機智能能耗模糊控制器的設計

模糊控制是進行帶式輸送機等復雜非線性系統控制的重要方法，依據模糊語言變量及邏輯推理進行數字控制。對于被控對象采用語言的形式描述模糊變量[4]，不需要精確的數學模型，可以用模糊控制法來描述帶式輸送機變量之間的關系。模糊控制器對于帶式輸送機具有較好的適應性，具有較強的魯棒性及容錯性。

帶式輸送機在運行的過程中，當載煤量不同時，通過改變帶式輸送機的速度來實現節能運行，通過調節電動機的頻率來實現對運行速度的調節[5]，從而實現帶式輸送機的能耗控制。采用模糊控制器對帶式輸送機的速度進行智能控制原理如圖1 所示，在運行過程中，依據載煤量進行速度的調節，當載煤量為Q0時，帶式輸送機的速度為V0，通過速度傳感器進行速度的采集，利用模糊控制器對采集的數據信號進行處理，得到速度的偏差值e，將其輸入到模糊控制器中，通過PLC 控制變頻器的值，改變電機的工作頻率，從而實現對速度的智能調節。

圖1 模糊控制系統原理圖

2 帶式輸送機智能能耗控制系統的設計

2.1 帶式輸送機智能能耗控制系統的整體設計

以帶式輸送機模糊控制為基礎，進行整體智能能耗控制系統的設計。以PLC 為硬件系統的控制核心，建立模糊控制的能耗優化模型，根據載煤量與運行速度的最優匹配關系，實現對帶式輸送機的變頻調節，實現節能降耗。控制系統整體結構如圖2 所示。

圖2 帶式輸送機智能能耗控制系統整體結構圖

帶式輸送機智能能耗控制系統通過上位機進行控制指令的發出，PLC 控制變頻器實現對電機的調節，從而實現對運行速度的調節。同時，采用傳感器進行速度的采集并反饋給PLC，并傳輸給上位機，實現對運行速度的運程監控。控制系統整體結構通過配電柜進行供電，PLC 通過以太網與上位機連接，并采用PROFIBUS 通訊協議與變頻器進行連接，實現對頻率調節的實時通訊。

帶式輸送機智能能耗控制系統的功能主要包括節能運行，實現依據載煤量的不同進行自我調節；能夠進行智能控制，依據PLC 模糊控制的方式進行運行速度的自動調節；具有對帶式輸送機的自我保護功能，當出現故障或輸送帶跑偏、溫度過高時，能夠進行緊急制動，實現停車并報警處理；具有實時監測的功能，依據上位機的數據及截面能實時監控帶式輸送機的運行狀態，并可進行運行數據的存儲及查詢，便于實現帶式輸送機運行的智能管理。

2.2 帶式輸送機智能能耗控制系統的硬件連接設計

控制系統的硬件結構連接如圖3 所示，PLC 作為主要的控制器，其工作可靠性對于系統的穩定運行具有重要影響。控制系統的硬件部分主要包括PLC 控制器、變頻器及電動機、上位機及各項傳感器。

圖3 控制系統的硬件連接圖

2.3 帶式輸送機智能能耗控制系統關鍵功能的設計

在帶式輸送機智能能耗控制系統中，主要依據載煤量的大小進行速度的調節，對于載煤量的監測數據的準確性，顯得尤為關鍵。在運行過程中，采用電子皮帶秤對載煤量進行監測，電子皮帶秤進行測量的精度高，保證數據的準確性。電子皮帶秤測量系統的原理如圖4 所示，主要包括工控機、避雷器、皮帶秤本體及傳感器組成。

圖4 電子皮帶秤測量系統結構圖

電子皮帶秤測量系統中，帶式輸送機輸送煤炭的過程中，煤炭的重量作用于傳感器上產生響應的數據信號，經傳輸至工控機上進行數據的分析，然后將信號傳輸至智能能耗控制系統中，從而依據采集到的載煤量進行數據的處理，并調節響應的運行速度。

3 結語

帶式輸送機作為煤炭輸送的主要設備，由于煤炭井下開采的工況不同，不同時段進行輸送的載煤量不同，采煤機保持恒定速度運行造成一定的能耗浪費，不利于礦井的節能減排及控制成本。針對這一問題，設計了PLC 控制的模糊控制器，并在此基礎上進行智能能耗控制系統的研究設計，從而實現了依據載煤量的不同，輸送帶運行速度的實時調節，提高了帶式輸送機運行的自動化水平，并降低了能耗，有利于帶式輸送機的長期使用，降低了煤礦的成本，提高了煤礦的綜合效益。