基于载荷检测的带式输送机自动控制系统

耿忠波

(汾西矿业两渡煤业，山西 灵石 031302)

带式输送机是矿井常用运输设备，但是由于煤炭生产不均衡，导致输送机运送载荷存在较大的波动[1]。传统的带式输送机控制采取恒速运行方式，无论载荷多少均是以固定速度运行，虽然可以保证运输的连续性，但是会造成电力资源的浪费[2～3]。因此，文中根据矿井带式输送机运输实践并结合相关的技术，对带式输送机控制系统进行优化，设计出一种基于载荷监测大带式输送机控制系统。

1 输送机载荷检测

传统的带式输送机恒速运行，使用过程中电力消耗大，对带式输送机控制进行优化，主要方式时通过有效检测输送机载荷(输送煤量)，并以此最为调节输送机运行速度的依据[4～5]。为了实现对输送机运行的煤量进行实时检测，文中选用超声波煤流量检测技术，具体见图1。

在输送机机尾处布置1台超声波传感器，对输送带内传输的煤炭高度进行实时检测，通过控制软件推算出输送机输送的煤量，结合电动机输入电流、上一台输送机工作状态、煤仓内煤位高度，自动对变频器输出电流频率进行控制，从而依据检测出的输送机载荷动态对输送机运行速度进行控制，从而实现节能降耗目的[6]。

2 自适应调速控制系统设计

2.1 控制系统构成

考虑到带式输送机运行环境恶劣，同时存在诸多的干扰因素，同时设计的系统应具有较强的经济性及安全保证能力。因此，综合确定自适应调速控制系统控制核心采用Logix1756，具体系统的其他构成为：

1)上位机监控系统

地表上位机监控系统选用的工控机型号为610H，作为控制系统监控平台，监控系统界面采用Forcecontrol SP6.3搭建。

2)PLC

PLC是控制系统的核心组件之一，用以监测数据处理及控制信号管理，设计的系统PLC选用双CPU冗余技术的Logix1756系列PLC，可以确保监控系统安全。

3)变频控制系统

控制系统采用的变频控制装置为TMdrive-MV，该装置的结构类型为高-高结构变频器，同时采用的变频驱动装置可以实现驱动电机异常情况调节与保护功能，确保带式输送机可以安全、平稳运行。

4)输送机安全保护系统

采用的安全保护系统型号为KTC101安全保护装置。

5)信号监测装置

该装置主要作用是对监测信号进行检测及监控。

6)通信装置

该装置主要用以监控系统各个组成设备间的数据交互工作。

2.2 控制策略

设计的输送机自动控制系统是依据监测到的输送机载荷对输送机胶带运行速度进行调整，煤多提速、煤少减速，从而实现以采煤量确定胶带运行速度。输送机变频器速度调整范围在20～100%，具体速度调整百分比根据变频器技术指标确定，调速为匀速非分档方式。

2.2.1 调速控制流程

设计的自动控制系统调速流程见图2，超声波传感器、皮带秤采集输送信息后，将计算取得的输送煤量信息传输至监控制系统显示界面上，控制系统将传感器获取到的载荷量与输送机处于满载运行时的载荷量进行比对，从而得到输送机负载占比S%。

图2 自动控制系统调速流程

依据计算出来的输送机负载占比S%及输送的煤量变化趋势，确定输送机合理运行速度V，当计算出来的速度V较当前运行速度Vd小时，则控制程序计算两个速度间的斜率值从而平缓的降低运行速度；当V较当前运行速度Vd大时，控制器会将V写入PLC控制器存储器内，快速提升输送机运行速度，从而满足开采时煤炭运输需要。

2.2.2 速度调节模式

根据传感器测量结果，控制系统需要设定合理的调速范围(最小值根据变频器的技术指标确定，最大值为输送机允许运行最大值)，合理的调速范围为输送机运行最大值与最小值间，具体的调速范围示意图见图3。

图3 控制系统调速范围

1)当煤炭输送量较小时

若当前带式输送机运输的煤炭量小于输送机运行速度对应的载荷量时，且煤量变化趋势为降低或者不变时，控制系统会向PLC控制器发出降低运速速度指令；当降低后的输送机运行速度运煤量仍显著高于当前煤流量时，控制系统会继续降低输送机运行速度，从而实现输送机缓慢降速目的，并降低输送机电力消耗。

图4 煤炭输送量较小的速度调节模式

煤炭输送量较小的速度调节模式见图4，若当前输送机运输的煤量载荷小于当前输送机运行速度载荷量时，且煤量呈现出逐渐增加的趋势时，控制系统会保持当前输送机运行速度不变。

2)当煤炭输送量提高时

具体煤炭运输量显著增加时的输送机调速曲线见图5，当传感器监测到输送机运载的煤量载荷瞬间增加时，控制系统会将输送机运行速度提升至对应的速度，从而确保输送机运速满足煤炭运输需要。

图5 煤炭量增加时的输送机调速曲线

3 自动控制系统节能效果分析

在煤炭开采过程中由于受到诸多因素限制，煤炭开采量动态变化，输送机运输的煤炭量会有不同程度的波动。文中提出的控制系统时基于运载的煤炭量变化对运行速度进行调整，从而提升输送机利用效率。

设计的自动控制系统在山西某矿井下现场应用，实现了输送机根据运输煤量变化自动控制运行速度目的。当运输煤量多时自动提升运行速度，运输煤量少时则降低运速，提升了输送机运行的自动化控制水平，现控制系统已在矿井运行接近1.5a，运行过程中未出现任何故障。通过采用自动化控制系统，输送机电能消耗量降低约1/4，每年可以降低输送机电费投入约65万元。

4 总结

现阶段煤炭市场仍处于低迷状态，降低输送机电能消耗，提升输送机运行效率，对提升矿井经济效益有一定的促进作用。文中在基于输送机胶带载荷检测技术基础上，设计了一种带式输送机自动控制系统，该系统可以根据输送的煤炭量对输送机运行速度进行自动控制，运输煤量多时自动提升运行速度、运输煤量少时自动降低运行速度，不仅能提升输送机运行效率，而且有效降低电能消耗量。

在现场应用中，设计的自动控制系统不仅可以根据煤量变化对运行速度进行动态调节，而且还有效降低了输送机电能消耗，实用价值显著。