带式输送机自动控制系统的设计与应用

靳桂梅

（大同煤矿集团机电装备科大机械有限公司， 山西 大同 037001）

引言

带式运输机作为矿井生产运输中不可或缺的连续运输装置，因兼具大运量、长距离和高速度，在矿井生产中得到了广泛应用。与此同时，带式运输机也成为了矿井生产中的能耗大户。由于井下运输作业中，带式运输机并不是始终处于满载运行状态，很多时候都处于空载或欠载状态，会造成极为严重的电能浪费现象。鉴于此，设计一种高效的带式运输机自动控制系统，实现其运输速度和运煤量的自动匹配，能够在确保运行有效性的同时最大程度降低能耗，为矿井综合效益的增加提供有力帮助[1]。

1 系统原理

带式运输机自匹配电气系统主要由称重装置、PLC控制器、变频装置、电机及各类感应装置构成。其原理为：作业时皮带称重装置可以对煤炭运输量进行实时监测，并同步将相关数值传输给PLC控制装置。PLC控制装置在接收到相关数据后，依照预设的匹配算法求得控制变频装置的运行转矩，进而达成对带式运输机电机转速的有效调控，实现运煤量与皮带运行速度的相互匹配，实现运行能耗的大幅缩减[2]。

2 系统硬件构成

系统所用变频装置采用型号为ACS880-37-111A的变频装置，该变频装置能够支持二象限/四象限运行和各类现场总线通讯方式。该装置配设有LCL进线型滤波装置，作业时的输入谐波分量相对较低。同时该变频装置能够广泛支持各类型的电机，从而达成对转速、转矩的有效控制。系统所用控制装置为EPEC6100系列；所用传感装置均为麦克公司生产的系列感应装置。

图1 带式运输机速度自动调整流程示意图

3 软件设计

图1和下页图2所示分别为带式运输机速度自动调整流程示意图和带式运输机变频控制流程示意图。在图1所示流程中，在完成对带式运输机的初始化控制后，系统操控启动带式运输机后，立即对电视运输机运行状态进行判定，若其处于轻载状态，则减小带式运输机运行速度，并对调整后是否实现节能进行判定，若实现节能，则结束本次调整。若系统仍未实现有效节能，则继续降低运行速度。当开始判定带式运输机处于非轻载状态时，则会对其是否处于重载状态进行判定，若判定为重载状态，则对运行速度进行调低并判断是否需要进行保护，当不需要进行保护时，则本次调整结束。若需要保护时，持续减小运行速度，直至带式运输机不再处于重载状态为止。在图2所示流程中，作业时先对变频装置进行初始化操作，随后通过PLC控制器启动变频装置，接着变频装置对自身所接收操作指令进行判定，看其是否为加速指令，若为加速指令则根据指令增大运行转矩或频率；若不是加速指令，则对其是否为减速指令进行判定，判定通过后根据指令缩小运行转矩或频率。而当变频装置存在故障时，系统会立即自动响应，并终止变频装置操控流程[3-4]。

图2 带式运输机变频控制流程示意图

4 实践应用

于2019年1月在A矿井下106采区带式运输机系统中对所设计基于PLC控制的带式运输机自动控制系统应用进行实践检验。整个106采区总共布设有两台给料机为带式运输机供煤，当只有其中一台供料机进行供料时，将运输机运行速度设定为2 m/s；当两台供料机全部作业时，则将带式运输机运行速度设定为3.6 m/s。整个实践检测作业共划分为两个阶段，第一阶段仅仅对带式运输机进行两种操作，即启动和停止操作。启动时根据实际供料机运行数量，确定带式运输机运行速度为2 m/s或3.6 m/s。第二阶段则通过所设计的自匹配控制系统对带式运输机运行速度进行实时调控[5-6]。

第一阶段：该阶段的操控作业相对简单，作业时当两台供料设备全部运行时，则将带式运输机运行速度设定为3.6 m/s；而当只有单个供煤设备作业时，将带式运输机运行速度设定为2 m/s。同时分别对不同运行速度下的带式运输机运行状态进行观测，看其能否充分满足实际作业需求。经过现场观测可知，在两种运行状态下，带式运输机均能满足井下生产作业的需求。

第二阶段：该阶段中，带式运输机的运行依靠所设计自匹配的控制系统进行操控，其自动匹配算法主要有两种，一个是依据煤量变化进行速度调节，另一个是依据设备运行功率进行速度调节。当采用第一种算法时，其作业流程示意图如图3所示，作业时的初始速度为2 m/s，而当称重装置监测到皮带运输量达到180 t/h以上时，则调节设备速度达到3 m/s，而当速度进一步增大至900t/h以上时，则速度进一步增加至3.6m/s。而采用根据设备运行功率进行自动调节时，其作业流程示意图如图4所示，作业时带式运输机初始速度设定为2m/s，而当电机运行功率达到130 kW以上时，则将设备速度调节至3m/s；当电机运行功率达到200kW，则将速度进一步调节至3.6m/s。

图3 根据煤量的调节作业流程示意图

图4 根据功率调节的作业流程示意图

在通过一个多月的实践检测分析后，基于对带式运输机参数的汇总统计可知，通过使用自匹配控制系统，带式运输机运行速度均值由原来的3.4 m/s降低至2.7m/s，作业电流由原来的58 A降低至55 A，供电能耗由原来的115 kW降低至104 kW，作业产量/能耗比增幅超过80%，表明所设计系统应用效果良好，实现了作业能耗的大幅降低。

5 结语

带式运输机是井下生产中的主要能耗设备，若在确保运行效率不变的同时能够实现其运行能耗的降低，对于提升矿井生产综合效益意义重大。本次研究针对带式运输机常规作业控制中存在的运行速度和运煤量不匹配现象，设计针对性的自匹配控制系统，借助PLC控制技术，实现了运输机运行速度和运煤量的自动匹配，实现了能耗的有效节约。