皮帶運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)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(shù)的基礎(chǔ)上，確定采用變頻節(jié)能技術(shù)對其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并結(jié)合煤量自動識別技術(shù)和模糊控制算法，達(dá)到對皮帶運輸機節(jié)能控制的目的。關(guān)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(shè)備，其與采煤機、刮板輸送機、液壓支架、掘進(jìn)機等并列為綜采工作面必不可少的綜采設(shè)備。經(jīng)統(tǒng)計，皮帶運輸機、采煤機、空壓機、通風(fēng)機以及排水泵等機電設(shè)備的能耗占據(jù)整個工作面能耗的75%左右。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(dāng)前，工作面大型機電設(shè)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(shè)備尚不能夠根據(jù)其運輸量對運速進(jìn)行實時調(diào)整，導(dǎo)致電能大量浪費。因此，需對當(dāng)前煤礦皮帶運輸機的控制系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行節(jié)能改造。該皮帶運輸機共有3臺電機且均安裝于設(shè)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(shè)有軸承速度、溫度以及油溫、油壓等監(jiān)測裝置。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(jìn)行選型時需考慮防爆性能2。2皮帶運輸機節(jié)能技術(shù)分析目前，工業(yè)生產(chǎn)中常采用以下手段達(dá)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(shè)備電動機的工作效率，達(dá)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(shè)計功率遠(yuǎn)大于實際傳動功率，從而造成了大量電能的浪費。因此，當(dāng)運量相對較小時，可通過減少運行電機的數(shù)量達(dá)到節(jié)能的效果，此舉同時提高了設(shè)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、實際功率的大小準(zhǔn)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(dǎo)致其負(fù)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(yīng)的功率因數(shù)減小，最終減小負(fù)載電流，達(dá)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(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使其電機轉(zhuǎn)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(shè)計綜合考慮目前應(yīng)用于實際生產(chǎn)中的電機節(jié)能技術(shù)，本文在結(jié)合礦井綜采工作面現(xiàn)狀的基礎(chǔ)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(jìn)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(yīng)用效果，針對皮帶運輸機同樣采用該系列變頻器進(jìn)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(zhǔn)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(yīng)用于皮帶運輸機物料稱重計量的設(shè)備有電子皮帶秤和核子皮帶秤。經(jīng)對上述兩套設(shè)備優(yōu)劣勢的對比，認(rèn)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(shè)備選擇核子皮帶秤。4節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)4.1節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)在分析皮帶運輸機運量、帶速與能耗間關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合變頻節(jié)能技術(shù)、核子皮帶秤識別煤量技術(shù)以及智能控制理論設(shè)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(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計在對節(jié)能控制系統(tǒng)控制需求及設(shè)備調(diào)研的基礎(chǔ)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(dāng)前節(jié)能運行時的電機轉(zhuǎn)速，將所得電機轉(zhuǎn)速傳送至PLC后通過變頻器對電機頻率進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。5結(jié)語皮帶運輸機作為綜采工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)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(jìn)行節(jié)能改造。采用變頻節(jié)能技術(shù)+煤量自動識別技術(shù)+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(xiàn)：1孫偉，王慧，楊海群.帶式輸送機變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)研究J.工礦自動化，2013(4)：102-105.2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(shè)計J.煤炭技術(shù)，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(shù)研究J.煤炭技術(shù)，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(shù)，2018(4)：238-240.