带式输送机节能控制策略的设计

窦 颖

（西山煤电（集团）有限责任公司教育中心， 山西 太原 030053）

引言

目前，应用于综采工作面的带式输送机存在能耗过大、事故频发的现象，为此带式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[1]。目前，带式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，在实际生产中带式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，还会加剧带式输送机等部件的磨损。为解决上述问题，需提出一套全新的带式输送机控制策略，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 带式输送机节能控制思路

就带式输送机的节能而言，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。上述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。

针对当前带式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。当带式输送机未达到满载要求时将会造成电能的浪费。为解决上述“大马拉小车”的问题，需要求带式输送机能够根据实时负荷自动调整其运行速度，达到速度与载荷相匹配的状态，从而达到节能的目的[2]。因此，将变频调速的控制思路应用于带式输送机的节能控制中，以最低成本达到最佳节能效果。

2 带式输送机变频调速系统变频调速理论基础

目前，变频器在工业生产中的应用相对频繁且应用范围相对广泛，其主要功能是实现对交流异步电机的软启动、变频调速、过载保护和过流保护功能[4]。变频调速原理如公式（1）所示：

式中：n为提升机电机的转速；f为提升机电机的频率；s为提升机电机的转差率；p为提升机电机的极数。由公式（1）可知，通过调整电机的频率可实现对电机转速的调节，进而实现提升机转速的平滑调节。

带式输送机变频调速系统应用的基础在于系统可实时对带式输送机所运送物料的状态及带式输送机的温度、压力等参数的实时监测和采集，并将上述所采集的数据上传于PLC和上位机中，通过对上述参数的对比分析对变频器的输出频率进行调整，从而达到对电机转速的控制，最终实现对带式输送机带速的控制。

3 带式输送机节能控制策略的设计

3.1 带式输送机能耗原因分析

在综采工作面的实际生产中，为了确保整个工作面生产的安全性，采用逆煤流的方式启动综采工作面的各个设备，即先启动主带式输送机，然后启动顺槽皮带机，最后启动采煤机。也就是说，在采煤机启动时带式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[3]。

此外，针对配有煤仓的煤矿带式输送机的带速还需根据煤仓中煤炭储量及变化率等参数进行控制。

3.2 节能控制方法的选取

目前，应用于工业中最为广泛的控制方法包括有PID控制、模糊控制、自适应控制等。其中，PID主要控制线性控制系统，而模糊控制主要针对非线性控制系统。综合分析PID控制和模糊PID控制的理论基础，综合考虑综采工作面环境恶劣等因素，本文中的带式输送机节能控制方法采用模糊控制。

3.3 模糊控制策略的设计

带式输送机节能控制的依据包括有带式输送机的实时载重量、煤矿煤仓煤炭储量、带式输送机载重变化率以及给煤量变化率[4]。因此，依据如表1所示的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。

表1 模糊规则设计思路

基于上表得出不同皮带载重量、煤仓煤位的下皮带输送机的实时带速。带式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，实现了节能控制的目的[5]。

4 节能控制效果的验证

将上述节能控制策略应用于某矿带式输送机的控制。该矿带式输送机的相关参数如表2所示。

表2 带式输送机参数

带式输送机每天运行时间为20 h，每年运行天数为300 d。基于节能控制策略下带式输送机不同载重下运行时间如表3所示。

表3中：M为带式输送机满载时的运量；vm为带式输送机的最大运行速度。带式输送机每天可节约电能为：195×20-（2×5/6+3×2/3+4×1/2+4×1/3+3×1/6+4×1/6）×195=2301kW·h。则每年所节约的电费为：2301kW·h/d×300d×0.5元/kW·h=345150元。

表3 带式输送机工作情况

5 结语

带式输送机作为综采工作面的关键运输设备，为倡导当前“绿色生产”的理念，实现带式输送机的节能生产，充分考虑改造成本和节能效果的综合因素下，采用变频调速的控制理念应用于带式输送机的控制中，并经试验应用取得较好的节能效果。因此，可将变频调速的思路应用于综采工作面的其他设备的节能控制中，从真正意义上实现综采工作面的节能改造。