王明星

（西山煤電（集團）有限責任公司官地選煤廠， 山西 太原 030022）

引言

受所處環(huán)境及運輸物料性狀等因素影響，煤礦帶式輸送機產(chǎn)生較為嚴重的磨損情況，并損耗大量電能，因此應(yīng)用一種可實現(xiàn)運輸系統(tǒng)高效、安全、節(jié)能的技術(shù)系統(tǒng)已成為煤礦生產(chǎn)企業(yè)亟需解決的問題?？删幊炭刂破魇菍楣I(yè)生產(chǎn)而開發(fā)的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，其具有使用簡便、兼容性能好、支持多種通訊方式等優(yōu)點，是自動操作系統(tǒng)的重要組成部分。因此，設(shè)計一種將可編程控制器應(yīng)用于煤礦帶式輸送機運輸系統(tǒng)中的節(jié)能方案。

1 煤礦帶式輸送機自動運輸系統(tǒng)的組成

1.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)為煤礦帶式輸送機自動運輸系統(tǒng)的主要組成部分，具備系統(tǒng)邏輯化控制、數(shù)據(jù)采集與處理、信號輸出等多種功能。美國羅克韋爾公司制造的Logix1756 可編程控制器在構(gòu)建控制系統(tǒng)時應(yīng)用較為廣泛，具有穩(wěn)定性能極佳的特點。此控制器能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動切換，并且利用率較高。由于此控制器采用了模塊化的構(gòu)造，從而使其自身具有很強的功能擴展能力。系統(tǒng)采用了RSLogix5000 編程軟件進行設(shè)計，并配置了Contro1Logix® 系統(tǒng)。因系統(tǒng)需在較為惡劣的環(huán)境下連續(xù)運行，故采用了雙CPU 冗余技術(shù)，可保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及安全性[1]。

1.2 變頻驅(qū)動系統(tǒng)

變頻驅(qū)動系統(tǒng)主要由交流變頻器、控制器、三相交流異步電動機組成，其中三相交流異步電動機與直流電動機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、效率高、成本低廉等諸多優(yōu)點，因自身具備較強的機械牽引性能，使其獲得了廣闊的應(yīng)用前景。變頻驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用了東芝三菱株式會社生產(chǎn)的TMdrive-MV 高壓變頻器。此變頻器工作效率較高，并可應(yīng)用于不同的工作環(huán)境中，使用了Multi-LevelPWM 控制，極大保障了變頻器的正常運行[2]。

1.3 運輸機保護系統(tǒng)

由于帶式輸送機在輸煤過程中有可能會發(fā)生各種不可預(yù)見的風險因素，為實現(xiàn)輸送機的安全運轉(zhuǎn)，故加入了保護系統(tǒng)。天津華寧生產(chǎn)的KTC101 保護系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性能，可實現(xiàn)實時對膠帶機的保護，尤其在斷帶保護方面效果極佳。保護系統(tǒng)可實現(xiàn)對故障的檢測并自動發(fā)出報警信息。

1.4 監(jiān)控系統(tǒng)

自動運輸系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，應(yīng)實時了解到系統(tǒng)的運行情況并實現(xiàn)自動控制功能。因此在自動運輸系統(tǒng)中加入了監(jiān)控系統(tǒng)并設(shè)置了上位界面。在上位界面中主要設(shè)置了主控窗口、設(shè)備窗口、運行策略、數(shù)據(jù)庫、安全系統(tǒng)等，一旦出現(xiàn)緊急情況，各子系統(tǒng)能夠?qū)收线M行及時處理。

2 控制程序的設(shè)計

控制程序采用順序控制方式進行邏輯設(shè)計，使其能夠滿足運輸需求，并將掃描周期設(shè)置為0.01 ms。同時為實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將控制方式設(shè)置為自動及手動兩種模式。在處于自動模式下運行時，系統(tǒng)可自主設(shè)置相應(yīng)的運行參數(shù)，如將變頻器高中低擋速率分別設(shè)置為50 Hz、30 Hz、10 Hz，并在運行時進行實時自動調(diào)節(jié)。在手動模式下，可進行單軸的手動模式運行，并設(shè)置不同的運動速率。如輸送機傳送帶出現(xiàn)故障，即可采取手動模式進行操作。出于操作便捷性的考慮，設(shè)置了兩種操作模式的一鍵切換功能，同時在控制程序中設(shè)置了緊急停止功能，可有效避免因意外情況導(dǎo)致的輸送機斷帶事故。

3 煤礦帶式輸送機運輸系統(tǒng)節(jié)能控制分析

3.1 工作原理

運輸系統(tǒng)節(jié)能原理主要是提高系統(tǒng)的工作效率，并減少不必要的能源損耗。帶式輸送機屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，及時轉(zhuǎn)速產(chǎn)生改變，轉(zhuǎn)矩始終維持在固定值。轉(zhuǎn)矩計算公式為：

式中：Te為轉(zhuǎn)矩；pm是電動機功率；w為阻力系數(shù)；n為轉(zhuǎn)速。

帶式輸送機作為主運輸皮帶，在完成設(shè)備檢修后，系統(tǒng)即會啟動。順槽皮帶啟動在主運輸皮帶啟動之后，并且采煤設(shè)備為最后啟動步驟，使得此系統(tǒng)主要出于空載運行的狀態(tài)。另外由于受到煤礦生產(chǎn)條件的制約，經(jīng)常會出現(xiàn)采煤設(shè)備的損壞情況，這進一步增加了系統(tǒng)的空載時間，造成設(shè)備損耗較多，因此應(yīng)從此角度提升系統(tǒng)的節(jié)能效果。

3.2 節(jié)能控制

在進行運輸系統(tǒng)的節(jié)能分析前，應(yīng)首先明確運輸系統(tǒng)能耗與各項運行參數(shù)的關(guān)系。通過對運輸系統(tǒng)在不同工作條件下的測試，可見能耗因物料填充率的升高而增加，并與輸送帶帶速及物料質(zhì)量密切相關(guān)?？刹捎靡韵掠嬎愎奖硎荆?/p>

式中：qm為帶式輸送機在填充率為100%時物料的單位長度質(zhì)量；V為傳送帶運行速度；Q為傳送帶流量。

在帶式輸送機設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)最大運量進行各項參數(shù)的設(shè)定，但由于實際生產(chǎn)中無法達到系統(tǒng)的最大運量，因此應(yīng)按照實際運行情況設(shè)計帶速，可得到運行功率Pr=空載消耗功率附加功率。式中：f為傳送帶的摩擦系數(shù)；H為物料實際提升的高度；Qm為煤流量；v為傳送帶運行速度；L為傳送帶實際長度。從中可以看出，在其他數(shù)值固定的情況下，能耗率僅與帶速及煤流量相關(guān)。據(jù)此可知，只需控制好帶速及煤流量即可實現(xiàn)對帶式輸送機運輸系統(tǒng)進行節(jié)能控制。

通過上述分析可知，在此系統(tǒng)中，要合理分布膠帶負載，并將輸送機帶速分為幾個等級，通過結(jié)合煤機速度、電機電流等各項數(shù)據(jù)，使輸送機能夠在不同工況時實現(xiàn)自主調(diào)節(jié)，從而達到節(jié)能目的。

3.3 控制改造方案

1）順煤流起車。順煤流起車在帶式輸送機將物料卸載后即可應(yīng)用，如發(fā)生故障導(dǎo)致停機及檢修期間，此操作控制系統(tǒng)中具有順煤流、逆煤流、手動等方式，可依據(jù)具體情況選擇合適的啟動方式。在啟動時應(yīng)先開啟帶式輸送機，待其啟動完畢后，可按順序啟動其他煤礦設(shè)備，如轉(zhuǎn)載機、刮板運輸機，同時在煤流運行至機器尾部的傳感器附近時，再啟動下游的帶式輸送機[3]。

2）智能調(diào)速。帶式輸送機上的物料流量處于不斷的變化過程中，為降低煤量變化對控制系統(tǒng)的影響，可依據(jù)煤流量的實際情況調(diào)整速度變化區(qū)間，并于各區(qū)間內(nèi)設(shè)置補償值，降低調(diào)速頻率，并采取逐步遞增或遞減的方式調(diào)節(jié)帶速，從而避免變頻器誤動作及機械受到?jīng)_擊后產(chǎn)生振動。在運輸系統(tǒng)中開啟節(jié)能調(diào)速功能后，處于下游的帶式輸送機可通過上游傳感器檢測到的煤量自主調(diào)節(jié)輸送機帶速。

4 應(yīng)用效果

通過研究并制定出煤礦帶式輸送機運輸系統(tǒng)節(jié)能方案，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)一線中，實際使用效果良好。通過考察并記錄方案實施前后的各項數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)改造后的節(jié)能效率取得了重大突破，運煤成本實現(xiàn)了大幅降低。