带式输送机变频跟随控制技术的研究与运用

林丽凤，纪玉华，孙友森，徐伟同，王建华

(1.枣庄矿业集团 付村煤业有限公司，山东 枣庄 277605；2.枣庄矿业集团煤质管理处，山东 枣庄 277000；3.枣庄矿业集团 柴里煤矿，山东 枣庄 277000)

带式输送机变频跟随控制技术的研究与运用

林丽凤1，纪玉华2，孙友森2，徐伟同1，王建华3

(1.枣庄矿业集团 付村煤业有限公司，山东 枣庄 277605；2.枣庄矿业集团煤质管理处，山东 枣庄 277000；3.枣庄矿业集团 柴里煤矿，山东 枣庄 277000)

为了解决付村选煤厂带式输送机的运行速度不能依据实际运输量及时调节的问题，结合问题原因分析，采用变频跟随控制技术对其进行升级改造。生产实践表明：该技术的应用，实现了对带式输送机电动机转速的合理控制，有效解决了轻载恒速和空载运行带来的电能浪费问题，达到了胶带运输系统整体节能的目标。

带式输送机；变频跟随控制技术；运行速度

付村选煤厂是一座洗选能力为2.40 Mt/a的矿井型选煤厂，生产系统由原煤准备系统、动筛排矸系统、跳汰分选系统、重介分选系统、浮选系统、压滤系统组成。选煤厂是厂矿联合型企业的重要生产部门，也是耗能大户。目前，节能降耗已成为我国的基本国策，从管理与技术角度降低电能损耗是选煤厂的重要节能降耗途径。与我国众多选煤厂一样，带式输送机也是付村选煤厂的主要运输设备，使用数量较多，配套电机的功率较大。在带式输送机运行过程中，随着煤炭运输量的变化实际所需功率相差较大，而其始终按照额定功率运行，导致设备电能损耗严重。为了提高带式输送机的运输效率，付村选煤厂将PLC控制系统和变频调速技术相结合，实现了带式输送机的变频跟随控制。

1 存在问题与原因分析

付村选煤厂采用数量众多的带式输送机运输煤炭，现场实际生产过程中发现，该设备在运行过程中经常存在“大马拉小车”，甚至“空跑”的现象，即当带式输送机所需功率远远小于配套电机的额定功率时，其始终按照额定功率运行。带式输送机长时间处于轻载状态，造成了很大的电能浪费。

为了解决带式输送机的轻载运行问题，该选煤厂采用变频控制技术对其进行了改造。但是改造后的带式输送机只是简单的按照设定频率启动，当其运行速度达到设定速度时，就会按照设定频率运行；之后无论煤炭运输量或多或少，变频器不再对其进行调节，导致即使胶带上煤炭较少或没有煤炭时，带式输送机也以较高的速度运行，这种空载、轻载造成的电能浪费很严重。另外，如果带式输送机轻载时的运行速度较高，很容易出现磨料、跑料的问题，也容易对其自身造成损伤[1-4]。

2 改造方案

目前，国内大多数选煤厂的带式输送机一般均采用工频拖动，由于配套的电动机没有采用软启停方式，导致设备相应部位磨损严重。此外，由于电动机长期在工频状态运行，电能损耗较大，大功率带式输送机的电能损耗更大。为此，采用变频跟随控制技术和PLC控制系统对这部分耗能设备进行合理的技术改造。

2.1 控制原理

运煤量的有效采集是带式输送机跟随控制实现的先决条件，对运煤量的及时采集、传送、处理是变频器对其运行速度合理调整的依据。为此，为带式输送机安装实时称重仪器，实现运煤量的及时、有效检测，检测信号通过PLC控制系统分析、延时，最后确定每台带式输送机变频器的输出电压和输出频率，确保每台带式输送机根据运煤量的需要运行，进而达到节约电能，减少设备磨损，延长使用寿命的效果[5-6]。具体实现步骤如下：

(1)带式输送机运煤量与输出频率的关系。为实现带式输送机变频跟随控制，需要根据运煤量调整其运行速度。当运煤量一定时，带式输送机的运行速度与输出频率成正比，据此可以确定其输出频率。为了保证带式输送机运行的稳定性，需要建立运煤量与输出频率的模糊控制表，以确定运煤量与输出频率之间的一一映射关系。如果带式输送机运煤量在某个范围内变化，控制系统不会立即对输出频率进行调整；但是如果带式输送机运煤量超出变化范围，控制系统就会按照预设控制规则调整输出频率。

(2)带式输送机运行速度、运煤量与输出频率的关系。对于同一台带式输送机而言，运行速度、瞬时运煤量与输出频率之间存在一定的比例关系，据此在控制系统内建立运行速度与输出频率的对应关系。

(3)根据运煤量和第一台带式输送机的输出频率，确定其运行速度，随后建立每台带式输送机延时调速的时间表。

假设带式输送机胶带的长度为mi，运行速度为vi，i为胶带编号，取1、2、3……n。那么，第二台带式输送机调速的延时时间为t2=m1/v1+中间设备延时时间1，第三台带式输送机调速的延时时间为t3=t2+m2/v2+中间设备延时时间2，第n台带式输送机调速的延时时间为tn=tn-1+mn-1/vn-1+中间设备延时时间(n-1)，中间设备延时时间为煤流自上一级胶带流至下一级胶带的时长。

当运煤量发生变化时，可编程控制器根据上述对应关系，首先调整首台带式输送机的工作频率，然后根据对应的延时时间调整相应带式输送机的工作频率。此时，整个带式输送机运输系统运行频率的调整依据均为运煤量，从而保证每台带式输送机运行在其实时负载对应的预设频率。

2.2 软硬件组成

系统硬件主要由安装在带式输送机上的皮带秤、测速传感器、变频器、PLC四部分组成，其中首个带式输送机安装有皮带秤，其他带式输送机安装有测速传感器，皮带秤和测试传感器均连接到对应的仪表上，再经集线器连入变频跟随调节系统的服务器；PLC与变频器连接，在系统中起到两个作用，一是采集变频器的频率信号，并将其传送给调节系统，二是根据调节系统的需求控制变频器输出，进而改变带式输送机的运行速度。

系统的控制软件每隔一段时间采集皮带秤和测速传感器的数据，再将其与数据库中的控制表作模糊比较，计算出当前煤炭质量下的胶带最优运行速度，并将其换算为每条胶带的输出频率，然后通过PLC将每条胶带的适宜频率写入变频器，进而改变带式输送机的电机运转速度，达到节能降耗的目的。该选煤厂的控制系统结构如图1所示。

该控制系统用在由多台有关联关系的设备组成的运输系统中，系统软件依据模糊控制算法，检测带式输送机运行速度与运煤量是否为最优匹配，如果二者为最优匹配，控制系统不作任何处理；如果二者不是最优匹配，控制系统就会立即做出相应处理。具体处理过程为：控制系统发送配套电动机的预置电压和输出频率给对应变频器，通过变频器对电动机转速进行控制，从而实现带式输送机运行速度的合理调控。带式输送机变频跟随控制系统的应用，有效解决了轻载恒速和空载运行造成的电能浪费问题，实现了胶带运输系统整体节能的目的[6-7]。

图1 控制系统结构图

3 效益分析

变频跟随控制技术投入使用后，在带式输送机运煤量少时，其运行速度随之下降，机械运转部件的磨损程度大幅降低，设备使用寿命得以延长；此外，电动机启动时对电网系统的冲击大大减小，电网的功率因数得到有效提高，无功损耗降低[8-10]。

付村选煤厂对四台带式输送机进行了技术改造，其额定功率分别为75、80、80、110 kW，按照每天运转10 h计算，技术改造前四台带式输送机每天的耗电量为3 450 kW·h；变频跟随控制系统投入使用后，每天的耗电量为936 kW·h，因此每天可节约电能2 514 kW·h。按照每年运行200 a、电价0.6元/( kW·h)计算，全年可节约电费30.16万元。变频跟随控制系统的工程造价如表1所示。

表1 变频跟随控制系统工程造价

由表1可知：该系统的工程总造价为191 010元，每年节约的电费为30.16万元，回收期约为7.5个月，经济效益显著。

4 结语

随着社会经济的快速发展，节能降耗成为企业生产中最关心的问题。付村选煤厂针对带式输送机运行中存在的问题，采用变频跟随控制技术对其进行了改造，达到了节能降耗的目的。据实际应用统计，变频跟随控制技术投入使用后，每年可为该选煤厂带来30多万元的经济效益，节能效果显著。

[1] 马庆银.选煤厂低压变频调速装置应用及电路设计[J].选煤技术，2014(4).

[2] 高 峰，董立兰.浅谈变频调速技术在八宝工业园选煤厂中的应用[J].水力采煤与管道运输，2015(1).

[3] 赵建丰.变频节能技术在山煤国际澄蓉选煤厂的应用[J].洁净煤技术，2012(3).

[4] 杨国伟.自动变频调速胶带机在选煤厂的应用[J].科技创新与应用，2015(2).

[5] 卢宏龙.变频调速技术在阳煤五矿小井选煤厂的应用[J].山西煤炭，2010(9).

[6] 罗玉祁.选煤厂综合节能应用与分析[C]//《选煤技术》编辑部.2010年全国选煤技术交流会论文集.唐山：《选煤技术》编辑部，2010.

[7] 赵 昕，马仲涛，徐 岩.选煤厂应用变频调速技术实现机电设备一体化[J].煤炭技术，2009(6).

[8] 李 健，郭晓军.变频调速技术在翟镇煤矿选煤厂的应用[J].选煤技术，2012(2).

[9] 王 雨.变频调速技术在选煤厂的应用[J].煤，2009(7).

[10] 金 波.降低选煤厂生产过程能耗的技术研究[J].科技风，2014(6).

Research and application of frequency control technology of belt conveyor

LIN Li-feng1, JI Yu-hua2, SUN You-sen2, XU Wei - tong1, WANG Jian-hua3

(1. Fucun Coal Industry Company, Zaozhuang Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277605,China; 2. Coal Quality Management Department, Zaozhuang Coal Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277000,China; 3. Chaili Coal mine, Zaozhuang Coal Mining Group Co., Ltd., Zaozhuang, Shandong 277000, China)

To regulate running speed of belt conveyor in time based on actual amount of carrying in Fucun coal preparation plant, frequency control technology is employed by analysis of the causes. The application shows that it can control motor speed of belt conveyor appropriately, solving the problem of no-load operation and constant speed at a little load, which save energy of the whole conveying system.

belt conveyor; frequency control technology; running speed

1001-3571(2015)05-0088-03

TD948.9

B

2015-09-06

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.023

林丽凤(1977—)，女，黑龙江省绥化市人，工程师，从事选煤生产管理工作。

E-mail：fcllf@foxmail.com Tel：0632-4067621