任曉峰

（山西煤炭運銷集團泰山隆安煤業(yè)有限公司，山西 保德 036600）

帶式輸送機作為煤礦井下生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，主要擔(dān)負(fù)著井下煤炭運輸任務(wù)。帶式輸送機電動機采用工頻運行，不能根據(jù)帶式輸送機的負(fù)荷大小變化進(jìn)行實時調(diào)整，導(dǎo)致設(shè)備實際工作效率下降，造成大量電能浪費。為降低帶式輸送機運輸系統(tǒng)的設(shè)備損耗和電能浪費，以隆安煤業(yè)帶式輸送機運輸系統(tǒng)為工程背景，調(diào)查分析影響該礦井下帶式輸送機運輸系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵因素及可控制環(huán)節(jié)，通過井下現(xiàn)場試驗，調(diào)整和優(yōu)化改造調(diào)速系統(tǒng)。

1 工程概況

1.1 帶式輸送機運輸系統(tǒng)概況

隆安煤業(yè)現(xiàn)有10 部強力帶式輸送機，其中外運隧道1 部，主斜井2 部，東翼采區(qū)安裝有5 部，北翼采區(qū)安裝有2 部。南翼采區(qū)5 部強力帶式輸送機帶速為2.5 m/s，帶寬為1200 mm，運輸量為600 t/h，5 部帶式輸送機總長度達(dá)到6250 m，電機總功率為3540 kW·h。在礦井生產(chǎn)期間，帶式輸送機全部運行時產(chǎn)生的費用在生產(chǎn)成本中占有很大一部分比例。

1.2 帶式輸送機能耗情況分析

對安裝的強力帶式輸送機運行情況調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，造成能耗高的主要原因有：煤流運輸系統(tǒng)運輸線路長，電機設(shè)備功率轉(zhuǎn)換效率低；輸送機啟動時采用雙變頻器啟動，但運行時采用工頻運行，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象；膠帶機逆煤流啟動運行，即從外向里逐部膠帶依次啟動運行，存在外部膠帶機空載運行等待上流煤炭時間長、電能損耗浪費嚴(yán)重問題；帶式輸送機無有效的自動化設(shè)備管理系統(tǒng)，造成以長時間空載運行的方式達(dá)到煤炭運輸所需條件等。綜上分析，帶式輸送機的電機“變頻器”未能夠真正發(fā)揮其正常的功能價值，從而造成膠帶運輸系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備能耗高、節(jié)能效果差問題。

2 解決耗能問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

為保證膠帶運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電機設(shè)備的可轉(zhuǎn)換性，重點解決PLC 系統(tǒng)中防爆箱內(nèi)的主控元器件對帶式輸送機上各電動機運行期間的電壓、電流、頻率及運行速度等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、設(shè)備運行狀態(tài)控制、通訊信息組網(wǎng)、主機保護及工業(yè)環(huán)網(wǎng)與交換機的連接等技術(shù)難題，實現(xiàn)對帶式輸送機運行期間“多煤快運、無煤慢運或停運”狀態(tài)的自動準(zhǔn)確監(jiān)測[1-6]，并能夠?qū)捷斔蜋C上各電動機相互匹配到最佳變頻狀態(tài)，真正發(fā)揮出變頻器的變頻能力。

解決上述問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是：研究PLC 控制系統(tǒng)中防爆控制箱控制指標(biāo)的選取，用于實現(xiàn)變頻器的自動監(jiān)測和控制[7-8]；研究帶式輸送機集中控制系統(tǒng)及操作指令控制系統(tǒng)，實現(xiàn)防爆變頻器帶動帶式輸送機電動機軟啟動從零速開始運轉(zhuǎn)至額定速度；研究PLC 系統(tǒng)控制箱從接收信號到物料流動傳感器監(jiān)測到帶式輸送機上實時運輸?shù)拿毫看笮∵^程中，PLC 控制系統(tǒng)發(fā)出的虛擬信號與帶式輸送機轉(zhuǎn)速之間的相互轉(zhuǎn)化；檢測帶式輸送機物料監(jiān)測傳感器信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，實現(xiàn)帶式輸送機運行速度的可靠穩(wěn)定控制；根據(jù)礦井帶式輸送機特性及結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對帶式輸送機進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)改造，達(dá)到礦井帶式輸送機在變頻器控制下節(jié)能運行的目的。

3 節(jié)能控制系統(tǒng)改造實施方案

該礦井南翼采區(qū)的5 部帶式輸送機要保持各帶式輸送機綜合保護裝置的所有功能不變的條件下實現(xiàn)帶式輸送機的節(jié)能控制運行，需在膠帶運輸機控制系統(tǒng)中增設(shè)“PLC 控制系統(tǒng)防爆控制箱、防爆電源箱、就地控制箱、設(shè)備啟停傳感器、料流傳感器、運行速度傳感器和電纜”等設(shè)備和相關(guān)設(shè)施，布置方式如圖1 和圖2。在井下煤炭運輸過程中，通過安裝在帶式輸送機上方的料流傳感器對膠帶上的煤量大小進(jìn)行實時監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中。PLC 控制系統(tǒng)通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，根據(jù)分析判斷結(jié)果向變頻器發(fā)出控制操作命令，利用變頻器調(diào)整帶式輸送機運行速度，從而實現(xiàn)帶式輸送機根據(jù)煤量大小實時在線調(diào)速功能，達(dá)到了節(jié)能控制運行的目的。

圖1 南翼采區(qū)帶式輸送機變頻節(jié)能控制裝置安設(shè)示意圖

圖2 帶式輸送機料流傳感器安設(shè)位置示意圖（mm）

4 應(yīng)用效果分析

帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)改造以后，能夠充分發(fā)揮出變頻器的變頻調(diào)速功能，實現(xiàn)帶式輸送機的節(jié)能運行；同時利用變頻器變頻調(diào)速功能可以避免帶式輸送機長時間高速產(chǎn)生涌浪電壓和電流，對帶式輸送機電纜線路及相關(guān)電器設(shè)備元件起到保護作用。在應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)以后，通過對南翼采區(qū)的5部強力帶式輸送機電能使用情況進(jìn)行統(tǒng)計（見表1）后發(fā)現(xiàn)，5 部帶式輸送機在半載和空載情況下實行節(jié)能運行時，可減少用電負(fù)荷610 kW，年節(jié)約用電量可達(dá)到360 萬 kW·h，年節(jié)約用電費用180 余萬元，帶式輸送機節(jié)能降耗取得了良好的效果。

表1 南翼采區(qū)帶式輸送機改造前后電機正常工作狀態(tài)下電流對比情況