王海瑞

（汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司中盛煤業(yè)分公司， 山西 靈石 031309）

引言

帶式輸送機(jī)具備運(yùn)載能力強(qiáng)、操作便捷、過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程中，帶式輸送機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤炭、物料等運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備[1-3]。隨著煤炭企業(yè)綜合自動化、智能化技術(shù)的不斷應(yīng)用，采掘作業(yè)面綜合智能化開采水平不斷提升，煤炭生產(chǎn)安全保障能力及生產(chǎn)效率等均得以發(fā)展[4-6]。本文以山西某礦井下使用的DTL120/80/2×160 型帶式輸送機(jī)為研究對象，在對帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場使用需要分析的基礎(chǔ)上，對帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)展開研究，以期能更好地促進(jìn)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)工作效率。

1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)分析

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能180 萬t/年，主要回采的煤層包括2 號、3-1 號、5 號及11 號，現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)主要集中在5 號煤層。5 號煤層5306 綜采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長度2 015 m、采面斜長205 m，開采范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度均值3.6 m，采面設(shè)計(jì)推進(jìn)速度為2.4 m/d。采面運(yùn)輸巷布置的帶式輸送機(jī)型號為DTL120/80/2×160，鋪設(shè)長度共計(jì)2 075 m，具體帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括電機(jī)、滾筒（驅(qū)動、轉(zhuǎn)向等）、托輥、輸送帶、清掃裝置等，使用2 臺功率均為160 kW 的電動機(jī)驅(qū)動。帶式輸送機(jī)在正常工作過程中以額定速度（2.5 m/s）運(yùn)行，在輸送機(jī)處于空載、輕載時，會導(dǎo)致輸送機(jī)電能浪費(fèi)問題，不僅增加礦井運(yùn)輸系統(tǒng)能耗、加劇設(shè)備磨損量及后續(xù)維護(hù)工程量。為此，本文對帶式輸送機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，該系統(tǒng)可依據(jù)運(yùn)輸?shù)奈锪陷d荷自動調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度，從而達(dá)到提升帶式輸送機(jī)工作效率并降低能耗目的。

2 帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本文具體設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示，具體包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、PLC控制器、變頻器及驅(qū)動電機(jī)等。

圖2 運(yùn)行速度控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

帶式輸送機(jī)在正常運(yùn)行下，通過速度傳感器監(jiān)測輸送帶運(yùn)行速度，并用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對輸送帶上物料進(jìn)行監(jiān)測。將速度、物料量監(jiān)測結(jié)果傳輸給PLC 控制器進(jìn)行綜合分析，具體分析結(jié)果包括以下三種：

1）輸送機(jī)運(yùn)行速度與運(yùn)輸物料量相匹配，則帶式輸送機(jī)保持原有運(yùn)行速度不變；

2）運(yùn)行速度較低、物料載荷較重，則PLC 控制器通過變頻器適當(dāng)增加帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度，確保運(yùn)行速度與物料載荷相匹配；

3）運(yùn)行速度較高、物料載荷較低時，則PLC 控制器通過變頻器適當(dāng)降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度。通過對帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，在滿足運(yùn)載需求同時降低帶式輸送機(jī)能耗。

2.2 帶式輸送機(jī)負(fù)載監(jiān)測

2.2.1 視頻監(jiān)測系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)負(fù)載監(jiān)測通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)時分析輸送帶上運(yùn)輸?shù)奈锪蠈挾葋泶_定輸送機(jī)負(fù)載。選用的攝像頭型號為KBA127。為了提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像獲取質(zhì)量，在攝像機(jī)旁布置了防爆LED燈源，攝像機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的頻率對輸送帶物料進(jìn)行監(jiān)測，并傳輸給圖像處理系統(tǒng)，系統(tǒng)通過內(nèi)置算法對獲取圖像中的煤炭寬度進(jìn)行分析，從而得到輸送機(jī)負(fù)載量。

2.2.2 PLC 控制器

PLC 控制器是整個運(yùn)行速度控制系統(tǒng)的重要組成單元，PLC 控制器依據(jù)內(nèi)置的算法對輸送機(jī)運(yùn)行速度與運(yùn)輸負(fù)載進(jìn)行比對分析，并最終發(fā)出運(yùn)行速度控制指令。PLC 控制器的性能、可靠性及數(shù)據(jù)處理速度直接影響運(yùn)行速度控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文選用S7-300PLC，該P(yáng)LC 整體性能較好，可滿足運(yùn)行速度控制需要。同時視頻監(jiān)控系統(tǒng)處理信號及速度傳感器監(jiān)測信號無須轉(zhuǎn)換可直接輸入該P(yáng)LC 控制器，從而簡化了整個帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2.3 變頻器

在山西某礦5306 運(yùn)輸巷布置的DTL120/80/2×160 型帶式輸送機(jī)共有2 臺功率160 kW 電機(jī)驅(qū)動，為實(shí)現(xiàn)電動機(jī)有效控制，單臺電機(jī)配備一臺變頻器，具體選用的變頻器型號為KXJT-90。該變頻器可滿足運(yùn)輸巷復(fù)雜環(huán)境需要。采用變頻器可將交流電頻率由50 Hz 轉(zhuǎn)換成10～60 Hz，通過調(diào)整交流電頻率，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整目的。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

將帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)應(yīng)用到5306 運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)運(yùn)行控制中，并對輸送機(jī)工作情況進(jìn)行持續(xù)30 d 監(jiān)測，具體監(jiān)測曲線如圖3 所示。從圖3中可看出，運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)運(yùn)行時間存在明顯差異，運(yùn)行時間范圍主要集中在10～15 h，平均工作時間為12.6 h。

圖3 帶式輸送機(jī)運(yùn)行時間監(jiān)測結(jié)果

帶式輸送機(jī)采用原有運(yùn)行速度控制方式時（即輸送機(jī)運(yùn)行速度保持在2.5 m/s 恒定運(yùn)行），2 臺電機(jī)總功率為320 kW，年消耗電能總計(jì)約為1.33×106kW·h，電費(fèi)按照0.5 元/kW·h 計(jì)算，則年使用電費(fèi)為66.5 萬元。采用運(yùn)行速度控制系統(tǒng)后，帶式輸送機(jī)平均運(yùn)行速度降至2.0 m/s，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行功率為額定功率的80%，則在相同的運(yùn)行時間下，運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)電能消耗為1.06×106kW·h，年使用電費(fèi)為53.2 萬元。

通過上述分析得知，5306 運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)采用運(yùn)行速度控制系統(tǒng)后，輸送機(jī)年電能消耗量較使用前降低約2.7×105kW·h、節(jié)省電費(fèi)約13.3 萬元，不僅可滿足采面煤炭運(yùn)輸需要，而且可顯著降低帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能耗及磨損量，現(xiàn)場應(yīng)用取得較好效果。

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)定速運(yùn)行雖然可滿足運(yùn)輸需要，但是也存在電能消耗量高、設(shè)備磨損嚴(yán)重等問題。為此，文中基于視頻監(jiān)測、傳感器監(jiān)測技術(shù)設(shè)計(jì)一種帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PLC 控制器對視頻監(jiān)控系統(tǒng)，速度傳感器監(jiān)測獲取到的輸送機(jī)負(fù)載、運(yùn)行速度進(jìn)行綜合分析，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度與運(yùn)行負(fù)載相匹配。

在5306 運(yùn)輸巷現(xiàn)場應(yīng)用后，該帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，不僅可滿足采面煤炭運(yùn)輸需要，而且年可節(jié)省電能消耗約2.7×105kW·h、節(jié)省電費(fèi)約13.3 萬元，取得較好應(yīng)用成果。