皮带输送机节能变频控制系统的应用

皮带输送机节能变频控制系统的应用

庞自啸

中原油田普光分公司天然气净化厂 四川达州 635000

摘要：目前，应用于综采工作面的皮带输送机存在能耗过大、事故频发的现象，为此皮带输送机的节能性能及其安全系数是确保综采工作面高效生产及节能生产的关键。为了解决带式输送机运输的轻载或空载电机恒速运行造成电量损耗的问题，设计了具有变频调速功能的节能控制系统，给出了节能控制系统的设计方案，同时对设计完成的节能控制系统与原有系统进行对比分析，发现新设计的节能控制系统不仅可以提升带式输送机的运输效率，同时有效的降低了输送机的电量消耗，为带式输送机的节能控制系统优化设计提供一定的参考。

关键词：皮带输送机;节能变频控制系统;应用

引言

目前，皮带输送机在工作面是以恒定带速所运行的，而该速度是以最大载重量所设计的。但是，在实际生产中皮带输送机并不是时刻以满载状态运行，此时若仍采用上述策略即会造成电能的浪费，还会加剧皮带输送机等部件的磨损。为解决上述问题，需提出一套全新的皮带输送机控制策略，已达到节能减排的目的，为实现综采工作面的绿色、高效、安全生产奠定基础。

1皮带输送机节能控制思路

就皮带输送机的节能而言，一般从采用减少系统功耗和提高系统传动效率两个方面着手实施。其中，减少系统功耗需通过优化系统运行中的各项参数、减少设备的投入量以及减少设备运行期间的阻力实现；提高系统传动效率可通过采用高效驱动系统以及其他高效能设备实现。这两项措施在优化改造时成本较高，而且其节能效果受所选用设备的性能所决定，并不是最有效的节能思路。针对当前皮带输送机在综采工作面的运行状态，以最大载荷下的恒定速度运行。当皮带输送机未达到满载要求时将会造成电能的浪费。因此，将变频调速的控制思路应用于皮带输送机的节能控制中，以最低成本达到最佳节能效果。

2皮带节能控制系统的设计

2.1皮带输送机能耗原因分析

实际生产中，为了确保生产的安全性，先启动主皮带输送机，然后启动重板下料机，最后启动料仓下料设备。也就是说，在下料设备启动时皮带输送机以空载的状态运行，而运行速度为最大载重的运行速度，从而造成了电能的浪费。此外，针对配有的皮带输送机的带速需根据料仓储量及变化率等参数进行控制。

2.2硫磺量识别

由于料仓下环境特殊，存在大量水蒸气，且硫磺运输过程中可能会出现粉尘，对硫磺量识别传感器的适应性要求较高。采用“微波光”探测原理的煤流传感器，实现皮带运输机上的识别，为非接触式安装。其原理为通过微波光照射和接收，计算微波光的发射和反射时间差，从而可以得到皮带上部煤的厚度，并将其转换为4~20mA电流信号进行输出。微波光传感器可以实现高速运行皮带运输机上煤流的检测和信号输出；并且采用多模块微波光技术相互补偿，精确识别不同状态的煤厚，处理后对信号进行模拟量线性输出。该微波光煤流探测传感器避免了接触式传感器的诸多缺点，不受安装地点限制，不受皮带倾角的限制，且有寿命长、精度高、防碰撞、外部环境干扰小的优点。

2.3皮带机速度自动调节

硫磺皮带运输机要实现节能提效，在准确识别的基础上，还需要做出相应的应对反应，无料流时要停机，料流小时要降速，因此，需要在皮带输送机电机上安装变频调节器。采用隔爆兼本质安全性变频器，与皮带输送机的电机连接，通过变频器来实现对皮带输送机速度的调控，实现“有料开车、无料停车”。在皮带落点上部安装传感器，可以实现皮带输送机上部硫磺量的实时检测，并转换成对应电流信号，传输至PLC控制箱，然后将转变后的信号传输给变频调节器，通过变频调节器控制皮带输送机的速度，从而实现根据皮带输送机硫磺多少自动控制皮带输送机速度，最终达到节能提效的目的。

2.4模糊控制策略的设计

皮带输送机节能控制的依据包括有皮带输送机的实时载重量、储量、皮带输送机载重变化率以及给矿量变化率。因此，依据模糊控制思路对不同输入、输出量下的模糊控制规则进行设定。按照不同皮带载重量调整皮带输送机的实时带速。皮带输送机的变频调速系统依据不同带速下的电压和频率对输送带的速度进行控制，从而实现了节能控制的目的。

3皮带输送机节能变频控制系统的应用

3.1变频器

变频器是将电压及变频电流进行转化，将其变为交流电的装置，通过变频技术实现电动机的变频控制。变频器主要可以分为电压及电流变频器两种，变频器的内部结构主要是由整流单元、逆变单元、直流滤波单元及输出单元等组成，输出及输入单元是保证变频器不受外部设备影响的重要部件，直流滤波单元同样可以称为储能单元，可以实现复载与整流器间的无功缓冲，有效抑制脉冲;制动单元是为了实现驱动装置减速及停车的部件，其主要作用为耗能制动;逆变单元时将直流电压及电流转变为交流电压电流的装置。变频器的选型对于电机的运转十分重要，此次设计的变频器选型为MVG－2000/10/6k型变频调速装置，其具备过电流、过电压、欠电、电机过载等事件的保护功能，其额定的容量为2000kVA、额定的输出电压为6kV，额定的输入电压为10kV，控制精度小于0.1%。PLC装置的选型为ControlLogix50001756型可编程控制器，其主要由CPU、数字量接入接出端口、电源模块、通信模块及模拟输入输出模块等，其可以实现多个处理器独立或联合作业，可实现运动控制、顺序控制、过程控制等功能。

3.2PLC控制器

PLC控制器是输送机节能控制系统的核心部件，其主要包括了中央处理器(cpu)、存储器、外部的编程器和输出及输入接口(0/I)。传感器的主要作用为采集电流信号，将采集到的信号通过输出输入接口传输至存储器，再由cpu对存储器中的数据进行分析，最后发出指令。要实现变频控制带速的目的，需要将变频器及检测环节加入系统中。皮带输送机启动后，进行启动预警，系统监测启动是否正常，如果启动不正常系统报警，如果正常系统正常启动，则进入数据的监测，根据监测数据进行计算，如果转速满足调速的需求则进行调速，调速取决于速度的速度调节的公式，如果转速不满足调速要求则继续额定速度进行运转。当系统开始运行时，传感器将输送机带速及运量的信号进行采集，将采集的信号进行PLC逻辑运算，将运算的结果与数据库的数据进行比对分析，根据分析的数据进行调速与否的判断，如若不用调速则结束，如果需要进行调速，PLC将调速的信号进行输出，进行调速。

3.3地面调度室及视频监控的改造

在地面监控中心布置网线、光缆和井下连接，通过IPC-610L型研华工控机、视频柜、KBA113型矿用隔爆型摄像仪云台一体机对井下皮带运输状态、运输数据进行实时监控。

结束语

为提高皮带运输机使用效率，降低设备能耗和机械磨损，提升矿井经济效益，设计皮带运输机变频控制系统，在实现“有料开车、无料停车”的基础上，还可以提升料仓自动化水平。

参考文献

[1]张平.皮带机电气控制系统的设计[J].机械管理开发，2020，35（3）：179-180.

[2]刘辉.煤矿井下皮带机自动控制系统的设计与应用[J].能源与节能，2020（2）：169-170.

[3]张文.煤矿皮带输送机集中控制系统分析[J].科技创新与应用，2020（20）：54-55.

[4]张志辉.矿用皮带机电气控制系统的设计研究[J].机械管理开发，2020，35（4）：190-192.