仇文陽(yáng)

（山西省陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司選煤中心，山西陽(yáng)泉045000）

引言

伴隨煤礦生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，井下帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)載能力、功率等也獲得持續(xù)提升，但隨之帶來的是巨大能耗的增加。根據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)可知，現(xiàn)階段我國(guó)礦井電機(jī)裝機(jī)容量總值已經(jīng)達(dá)到40 000億kW，其耗電量高達(dá)全國(guó)用電總量的一半。不僅說明電動(dòng)機(jī)在全國(guó)各個(gè)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也表明我國(guó)電機(jī)的能源利用水平仍然較低。其中，電機(jī)運(yùn)行均為恒速運(yùn)行，而不能夠根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而引起了大量的能源浪費(fèi)[1-2]。

1 井下運(yùn)輸機(jī)工作原理分析

井下運(yùn)輸裝置是運(yùn)輸皮帶繞經(jīng)換向滾筒和驅(qū)動(dòng)滾筒后構(gòu)成的環(huán)形封閉帶。其上下兩部分均依靠托輥井下支撐，并由拉緊裝置向其提供正常運(yùn)行所必須的拉緊力。在運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)通過滾筒向運(yùn)輸帶傳導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，使其連續(xù)運(yùn)行，所以，運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過程中，運(yùn)輸帶即牽引組件又是承載組件，不僅需要一定的強(qiáng)度，更需要良好的承載性能。運(yùn)輸?shù)奈锪暇茄b載至承載段上部后經(jīng)運(yùn)輸在機(jī)頭滾筒處進(jìn)行卸載，中間也可以借助轉(zhuǎn)載裝置進(jìn)行中間轉(zhuǎn)卸載。帶式運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[3]。

2 運(yùn)輸機(jī)節(jié)能分析

圖1 帶式運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸功能的有效發(fā)揮關(guān)鍵需要依托于摩擦力，即帶式運(yùn)輸機(jī)必須依托于阻力轉(zhuǎn)換電能生產(chǎn)運(yùn)行所需驅(qū)動(dòng)力。一般而言，運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過程中所受阻力類型有三種，其分別為基本阻力、傾斜阻力和附加阻力。隨著運(yùn)輸機(jī)物料傳輸速度的提高，則運(yùn)輸過程中需要克服的阻力也越大，相應(yīng)的電機(jī)能耗也逐步增加。基于此，通過減小運(yùn)輸運(yùn)輸速度可以顯著提升能源的節(jié)約水平。但當(dāng)運(yùn)輸速度降低時(shí)，運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力也會(huì)相應(yīng)減小，進(jìn)而制約井下生產(chǎn)的高效、高速開展，同時(shí)為確保運(yùn)輸量，就必須增大所運(yùn)輸物料的密度，同時(shí)造成運(yùn)輸帶張力的提升。綜合考量上述要素，為保障運(yùn)輸?shù)陌踩?，運(yùn)輸物料的密度必須限定在特定的安全范圍內(nèi)，即充分根據(jù)生產(chǎn)的需求和所承載物料的多少，對(duì)運(yùn)輸機(jī)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)速度同運(yùn)輸量的相互匹配，在最小的能耗下實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸量的最大化[4-5]。

3 運(yùn)輸機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

針對(duì)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸過程中的能耗問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的節(jié)能系統(tǒng)，通過在煤倉(cāng)布設(shè)料位計(jì)對(duì)其運(yùn)輸量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而向節(jié)能調(diào)控裝置反饋所得數(shù)據(jù)，并基于此對(duì)比分析運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量。當(dāng)運(yùn)輸量小于運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)載量時(shí)，通過調(diào)控給煤開關(guān)，增加給煤量，以確保運(yùn)量能夠盡可能接近設(shè)計(jì)運(yùn)量，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸效率的最大化，避免電能的無端浪費(fèi)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下頁(yè)圖2所示[6-7]。

考慮到煤礦生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的相對(duì)惡劣和地質(zhì)狀況的復(fù)雜多變，對(duì)運(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)行造成不良影響?；诖?，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性加以充分考慮。此次設(shè)計(jì)，經(jīng)過充分論證最后選取型號(hào)為S7-300的PLC控制芯片，并選取PROFLBUS型總線結(jié)構(gòu)充當(dāng)信息傳輸?shù)穆?lián)通模式，并通過I/O通信模塊和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)操控指令的有效傳達(dá)。

圖2 運(yùn)輸機(jī)節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 PLC控制系統(tǒng)分析

PLC控制系統(tǒng)屬于一種固態(tài)電子設(shè)備，能夠借助輸入/輸出裝置的信號(hào)傳導(dǎo)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的有效調(diào)控。本次設(shè)計(jì)考慮到運(yùn)輸過程中控制輸出及輸入點(diǎn)數(shù)的需求較大，選用型號(hào)為S7-300的PLC控制芯片，其選用模塊式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具備快速的數(shù)據(jù)分析處理能力，可以借由浮點(diǎn)數(shù)的高效結(jié)算對(duì)復(fù)雜內(nèi)容實(shí)現(xiàn)快速求解。此外，該P(yáng)LC芯片還兼具數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸、故障自動(dòng)診斷和系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)等多種功能，可以很好地滿足進(jìn)行運(yùn)輸調(diào)節(jié)的需求。

3.2 煤倉(cāng)料位計(jì)設(shè)計(jì)

料位計(jì)的核心功能便是對(duì)煤倉(cāng)內(nèi)的煤炭存儲(chǔ)情況進(jìn)行測(cè)定，此次設(shè)計(jì)所選用型號(hào)為SBD/STD的測(cè)量裝置，該裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括顆粒粉末在內(nèi)的大部分流體的物位測(cè)定，從而有效確保煤倉(cāng)內(nèi)煤炭?jī)?chǔ)量測(cè)定的精準(zhǔn)度[8]。

3.3 皮帶秤設(shè)計(jì)

皮帶秤一直是實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵要素之一。其功能是對(duì)運(yùn)輸機(jī)的實(shí)際載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定，從而保證運(yùn)輸帶所承載物料始終處于安全系數(shù)范圍內(nèi)?，F(xiàn)階段，應(yīng)用較為廣泛的兩種皮帶秤類型分別為電子秤和核子秤。本次設(shè)計(jì)中選用型號(hào)為ICS的電子皮帶秤，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、稱量準(zhǔn)度高、操作簡(jiǎn)單、日常維護(hù)管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以充分滿足井下使用需求。

4 結(jié)語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代化的智能控制裝置，對(duì)于實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)淖冾l調(diào)速有著不可替代的重要作用。礦井管理者理應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，將PLC控制技術(shù)合理地融入到運(yùn)輸設(shè)備的日?？刂浦校诖_保井下運(yùn)輸高質(zhì)開展的同時(shí)最大化節(jié)約能耗，為綠色礦山建設(shè)和礦井經(jīng)濟(jì)效益提升提供保障。

[1]謝青海，黃亮.基于PLC的煤礦帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2012（1）：40-42.

[2]董志超.膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014（4）：144-145.

[3]李亮青，李紅勇.變頻節(jié)能技術(shù)在皮帶運(yùn)輸杌上的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（14）：40.

[4]張永山，孟慶霞，付超魁.膠帶運(yùn)輸機(jī)的節(jié)能化改造與分析[J].科技資訊，2006（27）：23.

[5]鄭津津.皮帶運(yùn)輸機(jī)效率優(yōu)化的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2015.

[6]王向前.煤礦運(yùn)輸機(jī)中的變頻調(diào)速技術(shù)[J].煤炭科技，2015（4）：98-99.

[7]鄭慧.井下帶式輸送機(jī)用變頻調(diào)速技術(shù)的研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2005.

[8]孫汪萍.長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化策略的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.