林麗鳳，紀玉華，孫友森，徐偉同，王建華

(1.棗莊礦業(yè)集團 付村煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277605；2.棗莊礦業(yè)集團煤質(zhì)管理處，山東 棗莊 277000；3.棗莊礦業(yè)集團 柴里煤礦，山東 棗莊 277000)

帶式輸送機變頻跟隨控制技術(shù)的研究與運用

林麗鳳1，紀玉華2，孫友森2，徐偉同1，王建華3

(1.棗莊礦業(yè)集團 付村煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277605；2.棗莊礦業(yè)集團煤質(zhì)管理處，山東 棗莊 277000；3.棗莊礦業(yè)集團 柴里煤礦，山東 棗莊 277000)

為了解決付村選煤廠帶式輸送機的運行速度不能依據(jù)實際運輸量及時調(diào)節(jié)的問題，結(jié)合問題原因分析，采用變頻跟隨控制技術(shù)對其進行升級改造。生產(chǎn)實踐表明：該技術(shù)的應用，實現(xiàn)了對帶式輸送機電動機轉(zhuǎn)速的合理控制，有效解決了輕載恒速和空載運行帶來的電能浪費問題，達到了膠帶運輸系統(tǒng)整體節(jié)能的目標。

帶式輸送機；變頻跟隨控制技術(shù)；運行速度

付村選煤廠是一座洗選能力為2.40 Mt/a的礦井型選煤廠，生產(chǎn)系統(tǒng)由原煤準備系統(tǒng)、動篩排矸系統(tǒng)、跳汰分選系統(tǒng)、重介分選系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)組成。選煤廠是廠礦聯(lián)合型企業(yè)的重要生產(chǎn)部門，也是耗能大戶。目前，節(jié)能降耗已成為我國的基本國策，從管理與技術(shù)角度降低電能損耗是選煤廠的重要節(jié)能降耗途徑。與我國眾多選煤廠一樣，帶式輸送機也是付村選煤廠的主要運輸設(shè)備，使用數(shù)量較多，配套電機的功率較大。在帶式輸送機運行過程中，隨著煤炭運輸量的變化實際所需功率相差較大，而其始終按照額定功率運行，導致設(shè)備電能損耗嚴重。為了提高帶式輸送機的運輸效率，付村選煤廠將PLC控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了帶式輸送機的變頻跟隨控制。

1 存在問題與原因分析

付村選煤廠采用數(shù)量眾多的帶式輸送機運輸煤炭，現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備在運行過程中經(jīng)常存在“大馬拉小車”，甚至“空跑”的現(xiàn)象，即當帶式輸送機所需功率遠遠小于配套電機的額定功率時，其始終按照額定功率運行。帶式輸送機長時間處于輕載狀態(tài)，造成了很大的電能浪費。

為了解決帶式輸送機的輕載運行問題，該選煤廠采用變頻控制技術(shù)對其進行了改造。但是改造后的帶式輸送機只是簡單的按照設(shè)定頻率啟動，當其運行速度達到設(shè)定速度時，就會按照設(shè)定頻率運行；之后無論煤炭運輸量或多或少，變頻器不再對其進行調(diào)節(jié)，導致即使膠帶上煤炭較少或沒有煤炭時，帶式輸送機也以較高的速度運行，這種空載、輕載造成的電能浪費很嚴重。另外，如果帶式輸送機輕載時的運行速度較高，很容易出現(xiàn)磨料、跑料的問題，也容易對其自身造成損傷[1-4]。

2 改造方案

目前，國內(nèi)大多數(shù)選煤廠的帶式輸送機一般均采用工頻拖動，由于配套的電動機沒有采用軟啟停方式，導致設(shè)備相應部位磨損嚴重。此外，由于電動機長期在工頻狀態(tài)運行，電能損耗較大，大功率帶式輸送機的電能損耗更大。為此，采用變頻跟隨控制技術(shù)和PLC控制系統(tǒng)對這部分耗能設(shè)備進行合理的技術(shù)改造。

2.1 控制原理

運煤量的有效采集是帶式輸送機跟隨控制實現(xiàn)的先決條件，對運煤量的及時采集、傳送、處理是變頻器對其運行速度合理調(diào)整的依據(jù)。為此，為帶式輸送機安裝實時稱重儀器，實現(xiàn)運煤量的及時、有效檢測，檢測信號通過PLC控制系統(tǒng)分析、延時，最后確定每臺帶式輸送機變頻器的輸出電壓和輸出頻率，確保每臺帶式輸送機根據(jù)運煤量的需要運行，進而達到節(jié)約電能，減少設(shè)備磨損，延長使用壽命的效果[5-6]。具體實現(xiàn)步驟如下：

(1)帶式輸送機運煤量與輸出頻率的關(guān)系。為實現(xiàn)帶式輸送機變頻跟隨控制，需要根據(jù)運煤量調(diào)整其運行速度。當運煤量一定時，帶式輸送機的運行速度與輸出頻率成正比，據(jù)此可以確定其輸出頻率。為了保證帶式輸送機運行的穩(wěn)定性，需要建立運煤量與輸出頻率的模糊控制表，以確定運煤量與輸出頻率之間的一一映射關(guān)系。如果帶式輸送機運煤量在某個范圍內(nèi)變化，控制系統(tǒng)不會立即對輸出頻率進行調(diào)整；但是如果帶式輸送機運煤量超出變化范圍，控制系統(tǒng)就會按照預設(shè)控制規(guī)則調(diào)整輸出頻率。

(2)帶式輸送機運行速度、運煤量與輸出頻率的關(guān)系。對于同一臺帶式輸送機而言，運行速度、瞬時運煤量與輸出頻率之間存在一定的比例關(guān)系，據(jù)此在控制系統(tǒng)內(nèi)建立運行速度與輸出頻率的對應關(guān)系。

(3)根據(jù)運煤量和第一臺帶式輸送機的輸出頻率，確定其運行速度，隨后建立每臺帶式輸送機延時調(diào)速的時間表。

假設(shè)帶式輸送機膠帶的長度為mi，運行速度為vi，i為膠帶編號，取1、2、3……n。那么，第二臺帶式輸送機調(diào)速的延時時間為t2=m1/v1+中間設(shè)備延時時間1，第三臺帶式輸送機調(diào)速的延時時間為t3=t2+m2/v2+中間設(shè)備延時時間2，第n臺帶式輸送機調(diào)速的延時時間為tn=tn-1+mn-1/vn-1+中間設(shè)備延時時間(n-1)，中間設(shè)備延時時間為煤流自上一級膠帶流至下一級膠帶的時長。

當運煤量發(fā)生變化時，可編程控制器根據(jù)上述對應關(guān)系，首先調(diào)整首臺帶式輸送機的工作頻率，然后根據(jù)對應的延時時間調(diào)整相應帶式輸送機的工作頻率。此時，整個帶式輸送機運輸系統(tǒng)運行頻率的調(diào)整依據(jù)均為運煤量，從而保證每臺帶式輸送機運行在其實時負載對應的預設(shè)頻率。

2.2 軟硬件組成

系統(tǒng)硬件主要由安裝在帶式輸送機上的皮帶秤、測速傳感器、變頻器、PLC四部分組成，其中首個帶式輸送機安裝有皮帶秤，其他帶式輸送機安裝有測速傳感器，皮帶秤和測試傳感器均連接到對應的儀表上，再經(jīng)集線器連入變頻跟隨調(diào)節(jié)系統(tǒng)的服務(wù)器；PLC與變頻器連接，在系統(tǒng)中起到兩個作用，一是采集變頻器的頻率信號，并將其傳送給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，二是根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需求控制變頻器輸出，進而改變帶式輸送機的運行速度。

系統(tǒng)的控制軟件每隔一段時間采集皮帶秤和測速傳感器的數(shù)據(jù)，再將其與數(shù)據(jù)庫中的控制表作模糊比較，計算出當前煤炭質(zhì)量下的膠帶最優(yōu)運行速度，并將其換算為每條膠帶的輸出頻率，然后通過PLC將每條膠帶的適宜頻率寫入變頻器，進而改變帶式輸送機的電機運轉(zhuǎn)速度，達到節(jié)能降耗的目的。該選煤廠的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該控制系統(tǒng)用在由多臺有關(guān)聯(lián)關(guān)系的設(shè)備組成的運輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件依據(jù)模糊控制算法，檢測帶式輸送機運行速度與運煤量是否為最優(yōu)匹配，如果二者為最優(yōu)匹配，控制系統(tǒng)不作任何處理；如果二者不是最優(yōu)匹配，控制系統(tǒng)就會立即做出相應處理。具體處理過程為：控制系統(tǒng)發(fā)送配套電動機的預置電壓和輸出頻率給對應變頻器，通過變頻器對電動機轉(zhuǎn)速進行控制，從而實現(xiàn)帶式輸送機運行速度的合理調(diào)控。帶式輸送機變頻跟隨控制系統(tǒng)的應用，有效解決了輕載恒速和空載運行造成的電能浪費問題，實現(xiàn)了膠帶運輸系統(tǒng)整體節(jié)能的目的[6-7]。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 效益分析

變頻跟隨控制技術(shù)投入使用后，在帶式輸送機運煤量少時，其運行速度隨之下降，機械運轉(zhuǎn)部件的磨損程度大幅降低，設(shè)備使用壽命得以延長；此外，電動機啟動時對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊大大減小，電網(wǎng)的功率因數(shù)得到有效提高，無功損耗降低[8-10]。

付村選煤廠對四臺帶式輸送機進行了技術(shù)改造，其額定功率分別為75、80、80、110 kW，按照每天運轉(zhuǎn)10 h計算，技術(shù)改造前四臺帶式輸送機每天的耗電量為3 450 kW·h；變頻跟隨控制系統(tǒng)投入使用后，每天的耗電量為936 kW·h，因此每天可節(jié)約電能2 514 kW·h。按照每年運行200 a、電價0.6元/( kW·h)計算，全年可節(jié)約電費30.16萬元。變頻跟隨控制系統(tǒng)的工程造價如表1所示。

表1 變頻跟隨控制系統(tǒng)工程造價

由表1可知：該系統(tǒng)的工程總造價為191 010元，每年節(jié)約的電費為30.16萬元，回收期約為7.5個月，經(jīng)濟效益顯著。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，節(jié)能降耗成為企業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)心的問題。付村選煤廠針對帶式輸送機運行中存在的問題，采用變頻跟隨控制技術(shù)對其進行了改造，達到了節(jié)能降耗的目的。據(jù)實際應用統(tǒng)計，變頻跟隨控制技術(shù)投入使用后，每年可為該選煤廠帶來30多萬元的經(jīng)濟效益，節(jié)能效果顯著。

[1] 馬慶銀.選煤廠低壓變頻調(diào)速裝置應用及電路設(shè)計[J].選煤技術(shù)，2014(4).

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Research and application of frequency control technology of belt conveyor

LIN Li-feng1, JI Yu-hua2, SUN You-sen2, XU Wei - tong1, WANG Jian-hua3

(1. Fucun Coal Industry Company, Zaozhuang Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277605,China; 2. Coal Quality Management Department, Zaozhuang Coal Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277000,China; 3. Chaili Coal mine, Zaozhuang Coal Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277000, China)

To regulate running speed of belt conveyor in time based on actual amount of carrying in Fucun coal preparation plant, frequency control technology is employed by analysis of the causes. The application shows that it can control motor speed of belt conveyor appropriately, solving the problem of no-load operation and constant speed at a little load, which save energy of the whole conveying system.

belt conveyor; frequency control technology; running speed

1001-3571(2015)05-0088-03

TD948.9

B

2015-09-06

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.023

林麗鳳(1977—)，女，黑龍江省綏化市人，工程師，從事選煤生產(chǎn)管理工作。

E-mail：fcllf@foxmail.com Tel：0632-4067621