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1、皮帶運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)設計及應用
摘要：針對皮帶運輸機在實際生產(chǎn)中"大馬拉小車";，電能大量浪費的問題，以隰東煤業(yè)綜采工作面皮帶運輸機為研究對象，在對比各類節(jié)能技術的基礎上，確定采用變頻節(jié)能技術對其控制系統(tǒng)進行改造，并結合煤量自動識別技術和模糊控制算法，達到對皮帶運輸機節(jié)能控制的目的。
關鍵詞：皮帶運輸機；節(jié)能改造；變頻調(diào)速；煤量自動識別；模糊控制
皮帶運輸機是綜采工作面的主要運輸設備，其與采煤機、刮板輸送機、液壓支架、掘進機等并列為綜采工作面必不可少的綜采設備。經(jīng)統(tǒng)計，皮帶運輸機、采煤機、空壓機、通風機以及排水泵等機電設備的能耗占據(jù)整個工作面能耗的75%左右
2、。近年來，隨著"綠色生產(chǎn)、節(jié)能生產(chǎn)";理念的不斷提出，尤其對于煤礦行業(yè)而言，實現(xiàn)節(jié)能、綠色生產(chǎn)對降低煤礦生產(chǎn)成本具有重大的意義。當前，工作面大型機電設備的平均效率低于60%[1]。目前，皮帶運輸機采用開環(huán)控制方式，設備尚不能夠根據(jù)其運輸量對運速進行實時調(diào)整，導致電能大量浪費。因此，需對當前煤礦皮帶運輸機的控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造。具體闡述如下。
1工程概況
本文以隰東煤業(yè)一綜采工作面的皮帶運輸機為研究對象，對其控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造。該皮帶運輸機共有3臺電機且均安裝于設備的頭部，其驅(qū)動方式為變頻驅(qū)動。與電機所連接減速器的效率為94%，并設有軸承速度、溫度以及油溫、油壓等監(jiān)測裝
3、置。皮帶運輸機采用盤式制動器，并自帶電控裝置。皮帶運輸機所處綜采工作面含有瓦斯等氣體，環(huán)境相對惡劣。因此，在對其控制系統(tǒng)元器件進行選型時需考慮防爆性能[2]。
2皮帶運輸機節(jié)能技術分析
目前，工業(yè)生產(chǎn)中常采用以下手段達到節(jié)能的目的：a)采用異步電動機Y-Δ接法（星形-三角形接法）變換的手段，提高設備電動機的工作效率，達到較為明顯的節(jié)能效果。b)在實際運行過程中，電動機所設計功率遠大于實際傳動功率，從而造成了大量電能的浪費。因此，當運量相對較小時，可通過減少運行電機的數(shù)量達到節(jié)能的效果，此舉同時提高了設備的功率因數(shù)。此手段要求系統(tǒng)能夠通過監(jiān)測電機電流、實際功率
4、的大小準確增減電機。c)在滿載運行狀態(tài)下，三相異步電機功率因數(shù)較大，導致其負載電流增大。因此，通過雙向晶閘管調(diào)壓電路后對電動機供電，使其相位角減小，對應的功率因數(shù)減小，最終減小負載電流，達到降耗的目的。d)目前，皮帶運輸機普遍處于工頻狀態(tài)下運行，電能浪費較大。因此，可通過變頻調(diào)速系統(tǒng)且根據(jù)皮帶運輸機的實際工作狀態(tài)對電動機轉速進行控制，使其電機轉速與運量相互匹配。實踐表明，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)最少可節(jié)約電能30%左右。
3煤量自動識別系統(tǒng)的設計
綜合考慮目前應用于實際生產(chǎn)中的電機節(jié)能技術，本文在結合礦井綜采工作面現(xiàn)狀的基礎上，并綜合考慮可靠性和性價比的問題，采用變頻調(diào)速控制系
5、統(tǒng)實現(xiàn)對皮帶運輸機的節(jié)能改造。就電機變頻節(jié)能改造而言，借鑒隰東煤業(yè)對提升機進行改造時所采用的東芝三菱無諧波系列高壓變頻裝置的應用效果，針對皮帶運輸機同樣采用該系列變頻器進行改造[3]。此外，實現(xiàn)皮帶運輸機變頻調(diào)速節(jié)能改造的一個核心問題為如何為上位機及PLC控制系統(tǒng)提供準確的皮帶運輸機實時運量。因此，皮帶運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)實現(xiàn)的核心為對皮帶上煤量的自動識別。目前，可應用于皮帶運輸機物料稱重計量的設備有電子皮帶秤和核子皮帶秤。經(jīng)對上述兩套設備優(yōu)劣勢的對比，認為核子皮帶秤的稱重精度更高，后期維護更為方便。因此，皮帶運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)中的稱重計量設備選擇核子皮帶秤。
4節(jié)能控制系統(tǒng)的設計與
6、實現(xiàn)
4.1節(jié)能控制系統(tǒng)的設計目標
在分析皮帶運輸機運量、帶速與能耗間關系的基礎上，結合變頻節(jié)能技術、核子皮帶秤識別煤量技術以及智能控制理論設計該礦節(jié)能控制系統(tǒng)。該節(jié)能控制系統(tǒng)的核心控制器選用羅克韋爾公司的1756系列PLC，變頻器采用東芝三菱系列的變頻器。皮帶運輸機節(jié)能控制除了對皮帶進行變頻調(diào)速外，還需具備變頻器的故障監(jiān)測、皮帶運輸機的自動保護、電機的速度給定控制以及與上位機通信等功能[4]。
4.2節(jié)能控制系統(tǒng)的結構設計
在對節(jié)能控制系統(tǒng)控制需求及設備調(diào)研的基礎上，選用如表2所示的分系統(tǒng)組成皮帶運輸機的節(jié)能控制系統(tǒng)。
4.3節(jié)能控
7、制系統(tǒng)的實現(xiàn)
根據(jù)4.2所搭建的節(jié)能控制系統(tǒng)硬件平臺，采用模糊控制算法實現(xiàn)上述硬件平臺的功能。采用如圖2所示的模糊控制器，可根據(jù)核子皮帶秤所獲取的皮帶運輸機上的實時煤炭載重量得出當前節(jié)能運行時的電機轉速，將所得電機轉速傳送至PLC后通過變頻器對電機頻率進行控制，從而實現(xiàn)對電機轉速的控制。
5結語
皮帶運輸機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，在實際生產(chǎn)中存在"大馬拉小車";的問題，造成了電能的大量浪費。為此，急需對皮帶運輸機的控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造。采用變頻節(jié)能技術+煤量自動識別技術+模糊控制算法實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的節(jié)能改造。此外，改造后的皮帶運輸機控制系統(tǒng)還可實現(xiàn)對變
8、頻器的故障監(jiān)測、皮帶運輸機的自動保護以及電機給定速度的控制等功能。
參考文獻：
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［2］程軍，李愈清，陸文濤.基于變頻調(diào)速的煤礦帶式輸送機節(jié)能控制方法［J］.電氣傳動，2013(11)：61-64.
［3］任中全，王淼.帶式輸送機節(jié)能調(diào)速控制系統(tǒng)設計［J］.煤炭技術，2016，35(5)：245-246.
［4］謝青海，黃亮.基于PLC的煤礦帶式輸送機的電氣節(jié)能技術研究［J］.煤炭技術，2012，31(1)：40-42.
［5］董會杰，喬鐵柱.帶式輸送機節(jié)能控制加速策略研究［J］.煤炭技術，2018(4)：238-240.
皮帶運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)設計及應用
