带式输送机节能控制系统技术的研究

武云亮

（山西霍宝干河煤矿有限公司， 山西 洪洞 041600）

引言

近年，煤矿生产规模逐渐加大，带式输送机在煤矿中的应用规模、数量也在逐渐增大，相应的功率随之增大，煤矿企业皮带机设备耗能也逐渐明显。由于带式输送机所承受的载荷随着设备的运转不断变化，皮带输送机工作时皮带传送速度是恒定的，这样在某些时段造成皮带输送机电能浪费，其主要原因是皮带输送机中的运行电机，不管在任何工况、任何载荷下其运转速度都是保持不变的恒定速度，无形中增加了皮带输送机运行成本，造成电力能源浪费。所以，合理对带式输送机运转速度进行调节，降低带式输送机的能耗是具有重大意义的。

1 带式输送机的特点

1）方便在各种环境下进行布置。皮带输送机能够根据矿井生产及结构进行倾斜或水平布置，如果巷道出现很大的转角时应用2 台带式输送机进行搭接串联，从而达到输送的连续性，这与其他形式的输送设备相比，它具有强大的适应能力[1]。

2）对环境及能耗影响小。在相同的载重量下，带式输送机耗电量是刮板传送机的75%，另外带式输送机在煤炭输送过程中，没有产生过多的粉尘，从而对井下工作环境影响较小。

3）带式输送机工作可靠。对比其他输送方式的设备，带式输送机因为结构相对简单，所以，故障率也就相对较低，并且带式输送机能够进行长时间的运行，效率高、可靠性强。

4）输送成本低。带式输送机是连续传送煤炭的设备，它可以进行高负荷、远距离的煤炭输送，所以，带式输送机具有较低输送成本与较高输送效率的特点[2]。

2 带式输送机恒速运行产生问题与节能

当前，我国煤炭矿井带式输送机普遍使用工频为皮带机电机供电，电机转速以及皮带运行速度保持不变，这样无形中会造成带式输送机在轻载或者空载时电机效率降低，使带式输送机造成不必要的电能浪费。另外，因为带式输送机转速恒定，在轻载或空载时转速不变造成不必要的磨损，从而减少了带式输送机的寿命。

为了降低带式输送机的能耗、减少不必要的磨损、提高其传输效率，可依据带式输送机载荷变化情况，对带式输送机进行速度上的调控。也就是不同的载荷使用不同的输送速度，最终利用对带式输送机输送速度的有效调节，从而达到节省电耗、延长设备寿命[3]的目的。

3 带式输送机定量节能分析

带式输送机传统运行为恒速运行，它没有考虑传输机在实际工作中的载荷变化情况，这就造成带式输送机在某载荷下运行将消耗不必要的电能。要想降低带式输送机电能损耗问题，就必须根据带式输送机工作过程中载荷变化情况，动态分段地对带式输送机进行传输速度的调节。为了确保调控调速方法可靠、有效，把带式输送机的电耗指标定义为带式输送机调整速度的根据，计算公式如下：

式中：L为带式输送机传输的距离，m；Q为带式输送机所承受载荷，t/h：Pm为带式输送机电机输出功率，kW：EA为带式输送机电耗，kWh/（t·hm）。

从上面的公式中不难看出，当带式输送机的输送距离L一定时，EA的数值大小和Pm数值大小成正比关系，和Q数值成反比关系。Pm数值和带式输送机的传输速度存在很大的关系，依据相关的研究，带式输送机在全负荷与半负荷时带速和功率之间的关系如下页表1。

依据表1 得到：在带式输送机载荷相同的情况下，降低带式输送机的传输速度，就能够降低带式输送机电力的消耗。

表1 不同负荷下带速和功率之间的关系

虽然带式输送机降低传输速度能够减少带式输送机电能的消耗并节省能源，但带式输送机不能任意地降速，因为大幅降低带式输送机的速度，会直接影响带式输送机的输送量，另外也要对带式输送机强度、质量、宽度提出更高标准，所以，必须对带式输送机转速设定下限[4]。

在对带式输送机进行调速时，必须注意下面两个问题：必须设定带式输送机最低传输速度值，从而确保带式输送机能够始终进行连续工作；带式输送机的调速过程不能跟着负载变化进行速度的动态调整，应该根据带式输送机负荷变化情况采取分段进行调整的方法，带式输送机如果进行频繁地速度调整，会造成带式输送机电机寿命的降低，同时也会增大带式输送机的磨损，这些无形中也会加大带式输送机的耗能。

4 节能设计

经过以上的分析能够得出，依据带式输送机所受载荷的变化情况，对带式输送机输送的速度采取分段调整，这样能够有效降低带式输送机电能的消耗。带式输送机速度的调整可应用PLC 程序控制器与变频技术完成。系统控制设计结构见图1。

图1 系统控制设计结构

其具体控制皮带机传输速度的流程是：当带式输送机启动后，安装在带式输送机各个部位的检测传感器对设备上的负荷以及传输速度进行检测，检测后的数据参数传输于S7-300PLC，PLC 对带式输送机传输速度和传输中承受的载荷加以分析，然后PLC 依据事先编译好的控制程序，根据带式输送机所受负荷Q的大小，在程序中找出最佳带式输送机输送V速度。PLC 将其最佳控制命令传输于变频器，通过变频器对电机进行转速调节，最终达到对带式输送机输送速度的控制，从而可降低带式输送机电能的消耗[5]。

对带式输送机传输速度的调节可使用分段、分区进行调节，这样有利于对带式输送机电机的保护，分段、分区进行调速主要是依据带式输送机所承受的载荷为依据[6]。为了达到既省电又不影响传输机工作效率的目的，把带式输送机输送速度设定为5个区间速度，见图2。Q1 区间：当传输机负荷达到80%以上时，输送速度设定为额定速度1。Q2 区间：当传输机负荷达到80%～60%之间时，输送速度设定为额定速度80%，为第2 速度。Q3 区间：当传输机负荷达到60%～40%之间时，输送速度设定为额定速度60%，为第3 速度。Q4 区间：当传输机负荷达到40%～20%之间时，输送速度设定为额定速度40%，为第4 速度。Q5 区间：当传输机负荷达到20%以下，为第5 速度。依据以上设计的调速原理，利用PLC 程序控制器及变频器达到对带式输送机输送速度的调节[7]。

图2 分段速度调节结构