基于PLC的煤矿带式输送机电气节能设计

马洪才

摘要：带式输送机的功率、运量和速度在不断提升的同时，它的能耗问题也日益突出，如何减少带式运输机的能源消耗，降低生产运输环节的成本，成了许多的工程技术人员研究的重点问题。为了减少企业的生产成本，笔者通过研究带式传输机的驱动方式，在此基础上建立了带式运输机的节能调速控制程序，并且经过实践检验了改程序的节能效果，因此该技术的节能前景非常的广阔。

关键词：带式传送机;PLC可编程控制器;电气节能;变频调速

引言：

据统计，近年来我国的电动机的装机总容量在不断攀升，目前已经超过了4万亿KW，电动机的年耗电量更是达到了全国的用电总量的六成以上。这一方面说明，电动机在我国的利用范围越来越广，普及程度越来越高，但是另一方面也说明我国的电动机驱动系统的能量利用率却非常低。据统计，我国的电动机驱动系统的能量利用效率仅为国外平局水平的20%左右。电动机基本上都是恒速运行，不会随着工作状况的变化而改变，这就造成了电能的大量浪费，使得生产成本升高，企业效益下降，同时也破坏了生态环境。根据煤矿企业煤炭生产的实际情况，探索带式输送机电气节能的方法，即改变带式输送机传统运行方式，通过输送带运量大小的情况来调节带式传送机的带速，在正常运行下实现带式传送机的效率最大化。

1带式输送机的工作原理

输送带绕经驱动滚筒和机尾换向滚筒形成一个环形封闭带。输送带的上、下两部分都支撑在托辊上，拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时电动机将转矩通过滚筒传给输送带，使输送带连续运动，输送带在带式输送机中，既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够的强度。一般物料是装载到上带（承载段）的上面，在机头滚筒（即是传动滚筒）卸载，利用专门的装载装置也可在中间卸载。

2带式输送机的节能运行分析

采煤过程中，受客观技术条件和地质条件的影响，煤炭产量是不断变化的，煤仓中的煤量也不是一个恒定不变的数值。这就导致带式输送机在运行过程中，也存在运输量的波动变化。但是，目前我国带式输送机一般是工频下，以固定速度运行，但带式输送机工作过程中不可能一直保持满载运行，还有轻载和空载状态，工频速度运行降低了电动机效率，功率因数较低，产生了大量的能量浪费。因此，为了提高带式输送机的运行效率，降低电能的损耗，就需要对带式输送机的运行方式进行调节，即根据不同的载量采用不同的带速。通过调节速度的快慢，达到节约电能，延长设备使用寿命的目的。

3带式输送机电气节能控制方案

本文研究带式输送机的电气节能控制，PLC控制系统接收来自皮带秤的测量信号和输送机的运行速度，根据控制系统的模糊控制程序，实时调整带式输送机的运行速度，提高电机的功率因数，降低电能损耗。

3.1 PLC控制系统组成

可程序逻辑控制器（PLC）是一种固态电子装置，主要利用输入/输出装置的回收信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在CPU处理速度、扩展模块及通讯的功能上，早于PLC控制器，已有長足的进展。煤矿现场作业环境非常恶劣，而且存在许多干扰信号，严重影响了系统的正常运转。因此，在系统的设计时，必须将系统的稳定性作为设计的重点。基于此种考虑，此次的系统设计采用了西门子公司S7-300系列PLC芯片作为控制系统的核心芯片，并且采用PROFIBUS总线结构来负责设备与控制器之间的信息传输，在I/O通信以及上位机方面分别采用的是PROFIBUS-DP模块以及工控机和触摸屏。

3.2皮带秤

电子皮带秤称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。在皮带秤上有一个称重传感器装在称重桥架上，工作时，将检测到皮带上的物料重量送入称重仪表，同时由测速传感器皮带输送机的速度信号也送入称重仪表，仪表将速度信号与称重信号进行积分处理，得到瞬时流量及累计量。

3.3智能显示及人机对话装置

作为一个控制系统，显示的输出是非常重要的，如果没有一个好地显示输出系统，整个控制系统的运转都难以被有效控制。此次设计中，需要通过显示设备输出带式输送机的所有运转状况，同时还要设立相应检修的人工手动装置，以便在系统的自动化程度降低的前提下，提供人工的干预操作。基于上述的考虑，此次设计采用了研祥系列工控机以及戴尔显示器作为了显示的输出设备。

3.4 变频调速装置

矿用隔爆兼本安型交流变频器是一种集全数字式变频调速技术及相关的散热技术为一体的高新技术产品。该产品适用于额定电压为660V或1140V的异步电机的重负荷软启动、软停车和运行过程中控制，其启动、停车、过程控制曲线可设为S型曲线、线性曲线等多种曲线方式。该曲线可根据现场实际工况进行调整，从而减少启动时对设备的冲击，并可根据电机的负荷变化，调整电机的输出频率，从而调整带式输送机的运行速度，即可节约电能的损耗，又可提高托辊、滚筒的使用寿命。

4总结

本文对带式输送机的特点进行了介绍，并研究了其工作过程中存在的电能浪费问题，造成电能浪费的主要原因是带式输送机不是一直保持满载运行，而运行速度却不能根据负载情况调节，使得运行效率低，电能消耗大。

参考文献：

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[2]李万怀.PLC在煤矿带式输送机电控装置中的设计与应用探究[J].科技创新导报，2017，14（16）：129-130.

[3]何磊.煤矿带式输送机的电气节能技术研究[D].西安科技大学，2010.