陰晉峰， 高 穎

（1.山西汾西正佳煤業(yè)責任有限公司， 山西 臨汾 041300； 2.山西汾西礦業(yè)集團技術中心，山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機作為煤礦最常見的運輸設備之一，其電量消耗在煤礦總用電量中所占的比重也位居前列。使用帶式輸送機進行煤炭運輸具有運輸連續(xù)、運量大、結構簡單、適用性高等優(yōu)點，但也存在控制方式單一、能耗不科學等缺點。例如，當帶式輸送機處于低負荷或空載狀態(tài)時，輸送機仍以一個恒定的轉速及功率運轉，就會造成功率機電能的浪費。因此，如何根據煤流量的大小及載荷的分布情況來對帶式輸送機進行調速控制，從而對功率大小及電能消耗進行控制，達到節(jié)能優(yōu)化的目的[1-3]。

1 基于煤流量監(jiān)測的調速方案設計

帶式輸送機以一個特定運行速度能夠滿足煤炭的運輸要求，但是能耗大，磨損嚴重，不利于設備工作壽命的延長，帶式輸送機轉速與不均勻煤流量的智能匹配離不開高效且準確的煤流量實時監(jiān)測技術，并能夠以較低的延遲度及較高的準確度傳遞給皮帶輸送機的驅動電機，從而實現電機的智能調速。本文所涉及的調速方案主要是基于超聲波煤流量監(jiān)測、模糊傳遞算法、PLC變頻控制等技術來實現的，其實現的基礎方案如圖1所示。其工作思路分為三條，一是煤流量監(jiān)測模塊對煤流進行監(jiān)測并將數據傳遞給PLC控制模塊；二是控制模塊及變頻控制器根據煤流量調整電動機及驅動滾筒轉速；三是通過速度傳感器將轉速反饋給控制模塊，完成調速功能。

2 調速方案的工作過程分析

圖2 煤流量監(jiān)測工作過程示意圖

2.1 煤流量監(jiān)測工作過程分析

根據圖2所示的煤流量監(jiān)測工作過程示意圖，要實現煤流量監(jiān)測，首先應在輸送機上安裝超聲波傳感器，安裝位置選在輸送機機尾滾筒附近，因為此處是落煤點，根據此處煤量來調速最及時也最準確；其次超聲波傳感器進行工作，通過監(jiān)測煤流高度，然后將數據傳遞給PLC控制模塊對其進行分析計算。之所以進行模糊計算，是由于根據檢測到的數據進行調速存在一定程度的滯后性[4]，模糊計算所得的煤量數據傳遞給PLC控制器，通過進行變頻調速，實現運量和帶速的實時匹配。

2.2 變頻調速工作過程分析

超聲波傳感器獲得煤量信息后，會將當前的煤量與輸送帶滿載狀態(tài)下的煤量進行對比，獲得一個比值T，該值稱為煤量滿載率，其取值范圍介于0.1～1之間，即設定一個最低值0.1，低于此值時例如空載狀態(tài)下也以0.1進行計算，保持輸送機的最低速運行狀態(tài)[5]。然后根據當前的煤量滿載率，模糊計算得到當前輸送帶的合理速度V，再將其與當前的實際速度V1進行對比，根據速度對比大小進行調速。當當前煤量較小即T值較小時，即V＜V1時，即由控制系統(tǒng)發(fā)出降速指令；而當煤量較大即T值較大時，即V＞V1時，即由控制系統(tǒng)發(fā)出提速指令，將輸送機速度提高，以滿足運量需求。

3 調速節(jié)能效果研究

煤礦采煤工作面的生產過程因環(huán)節(jié)較多，工序復雜，往往是不連續(xù)、不均衡的，在井工煤炭運輸過程中，輸送機在不同時段運送的煤量也是隨時變化的，故在運量大時提高速度，運量小時降低速度有利于節(jié)能降耗。電動機功率與帶速的實際變化關系通過實驗進行驗證：改變輸送機帶速后，單位長度皮帶內煤炭質量隨之變化，單位長度皮帶的填充率也變化，進而探究功率、能量消耗率的變化趨勢。實驗數據如表1所示。

表1 帶式輸送機功率隨帶速變化情況表

根據實驗數據分析，在總煤量一定的前提下，隨著帶速降低，單位長度內物料質量和皮帶填充率都隨之增長，電動機消耗的功率下降。即運輸同等質量的煤炭，帶速降低會使單位長度皮帶上的填充率接近滿載狀態(tài)，皮帶電動機的功率充分做功，從而降低能耗。當單位長度煤量減少時，如果帶速保持不變，將會造成功耗浪費；若單位長度煤量較多時，帶速達不到，則會造成堆煤或過載，同樣不利于安全生產。因此，應用PLC變頻控制技術對帶式輸送機的運行速度進行合理控制，能夠有效降低電力消耗。但是皮帶運行速度過低時，又會因阻力過大造成電動機超負荷運行，影響電動機的使用壽命，故帶速應控制在一個合理范圍內。

4 結語

煤礦企業(yè)為獲得較高機電設備運行可靠性，在設備選型尤其是在功率選型時往往取較大的富余系數，這就造成帶式輸送機等設備長期處于低負荷甚至空載狀態(tài)下運行，無法發(fā)揮其有效功率，從而造成電力資源的浪費。而基于煤流量監(jiān)測的帶式輸送機調速技術則是應用PLC變頻控制技術對帶式輸送機的運行速度進行合理控制，能夠有效降低電力消耗。

[1]張偉.PLC及變頻器控制的多電機驅動帶式輸送機的研究[D].包頭：內蒙古科技大學，2014.

[2]潘小東.PLC模糊控制在帶式輸送機控制系統(tǒng)中的應用研究[D].太原：中北大學，2013.

[3]章宏令.基于PLC控制的帶式輸送機智能調速系統(tǒng)設計[J].煤礦機電，2012（6）：89-91.

[4]馬剛，張運華.煤流量檢測及帶式輸送機自適應調速技術研究[J].煤礦機械，2017，38（1）：158-161.

[5]陳湘源.帶式輸送機智能調速控制系統(tǒng)設計[J].煤礦機械，2016，37（11）：21-23.