KHP290型煤矿用带式输送机载荷带速控制装置

王臻荣

(阳煤集团天誉矿业投资有限责任公司，山西 忻州 034000)

0 引言

近年来，随着世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭，对能源供应商、工业企业及消费者都提出了新的挑战，在《节能环保产业发展规划》中，高效节能技术和装备将是重要一环，如何以高效和可持续的方式使用能源成为了当务之急。目前我国工业能耗约占总能耗的70%[1-3]，其中电机能耗约占工业能耗的60%～70%，加上非工业电机能耗，电机实际能耗约占工业总能耗的75%以上[4-6]。根据国家中小电机质量监督检验中心对国内重点企业电机的抽样调查，真正实现变频拖动的电机不足40%[7-13]，而变频拖动的设备真正做到节能运行的不足50%，所以说电机变频节能运行发展空间巨大、需求性强。

因此结合广大矿山用户的实际需求，利用成熟的工业控制技术和现代化网络技术，研究人员设计了一套矿山皮带运输能耗管理系统，送审后经安标办规范名称为KHP290型煤矿用带式输送机载荷带速控制装置(以下简称装置)。

1 项目概况

该项目在开滦集团钱家营煤矿开展。

1.1 一部皮带

一部皮带长度330 m，采用2台355 kW的电机拖动，目前采用机械软启的方式对皮带启动，目前安装有一套华宁KTC101皮带保护装置。针对现场实际情况，一部皮带公司只配置集控用本安控制台、隔爆兼本安PLC控制箱及实现节能控制所必须的传感器，可实现将矿方现有华宁皮带保护装置接入皮带集控平台，实现头部皮带能和其他皮带联动启停，能在地面监控中心实现远程一键启停。

1.2 二部、三部皮带

二部皮带长度220 m，由1台315 kW的电机变频拖动，三部皮带长度360 m，由2台315 kW变频电机拖动，目前现有皮带沿线保护传感器均不同程度损坏，需要根据各条皮带长度全部更换皮带沿线撕裂、张力、速度、温度、烟雾、堆煤、跑偏、急停、超温洒水、带精确定位的扩音电话。针对现场实际情况，公司根据二部、三部皮带长度配置全套皮带集控保护装置和皮带沿线传感器，实现二部、三部皮带能和其他皮带联动启停，能在地面监控中心实现远程一键启停；实现二部、三部皮带的变频启动。

1.3 四部、五部皮带

四部皮带长度400 m，由2台315 kW变频电机拖动，五部皮带长度200 m，由1台315 kW变频电机拖动，需要根据各条皮带长度全部更换皮带沿线撕裂、张力、速度、温度、烟雾、堆煤、跑偏、急停、超温洒水、带精确定位的扩音电话，另外由于四部皮带承担1-3煤1号、2号煤仓来煤，全负荷运行，五部皮带承担1-1煤来煤；针对现场实际情况，公司根据四部、五部皮带长度配置全套皮带集控保护装置和皮带沿线传感器，实现四部、五部皮带能和其他皮带联动启停，能在地面监控中心实现远程一键启停；实现四部、五部皮带的变频启动。

2 技术方案

2.1 地面调度室及视频监控部分

研华工控机、视频柜、矿用隔爆型摄像仪云台一体机、矿用网线及光缆等，实现皮带机的集中控制，工况显示，视频监控等功能。

2.2 控制部分

控制系统采用西门子S7-1200系列PLC，整套设备含皮带电控部分、皮带沿线保护部分。在此次的技术方案中，设计在每条皮带的机头位置分别配置KXJ660型PLC防爆箱1台、TH12-X本安显示控制台1台，防爆箱采用快开门结构，方便现场调试及维修；控制台面板有皮带机的急停控制按钮、送话按钮及操作控制键盘，操作台正面为10.2寸监控液晶显示屏，方便现场人员修改参数、查看皮带的运行状态；显示每台电机的电流、电压、频率、运行和故障状态；控制台显示并储存皮带的运行时间，节能运行里程，标准运行里程，皮带实时速度，给煤机开、停等运行情况。电控系统通过采集现场传感器的数据及状态，控制变频器的输出频率，调节皮带的运行速度，达到根据皮带运送煤炭的有无、多少来实现皮带节能运行的目的。

对于皮带由给煤机给煤的，可通过带启停控制的通讯机进行给煤机的控制，通讯机内置通讯模块，采集到给煤机启动信号后，程序自动检测皮带的运行速度，当皮带在全速运行时(速度可以通过上位机设定)，由PLC控制给煤机继电器动作，启动给煤机；如采集到给煤机启动信号后，程序检测皮带的运行速度没有达到全速时，自动开始对皮带进行加速，当皮带在全速运行后，再启动给煤机，避免在皮带低速运行时，突然启动给煤机的洒煤现象。

2.3 传感器部分

皮带的沿线保护传感器，包括跑偏、拉线、烟雾、温度、洒水、纵撕、速度、堆煤等传感器。在本设计中传感器部分还配置了公司的专利产品——料流传感器。通过公司的“料流传感器”与变频器配合使用可实现物料大小与皮带速度实时在线调速的功能，系统原有皮带机综合保护的各种功能不变的同时，还具有了节能运行功能。

3 系统核心技术

3.1 GL3-24矿用隔爆型料流传感器

料流传感器适合在煤矿井下有煤尘瓦斯等爆炸性气体环境下，用于测量流动物料的厚度，尤其适合皮带机做料流检测使用。该传感器是公司与中科院共同引进国外先进传感技术研制而成，最早于2011年12月通过煤安审查取得煤安标志(MFB110354)，2013年3月获得实用新型专利证书，现该产品的有效期至2022年4月。

料流传感器的成功研制，采用了当前最先进的“微波光”探测原理，打破了以往其它传统传感器的局限，例如：堆煤、皮带秤等接触式传感器碰撞容易损坏，安装复杂、维护工作量大等缺点。也避免了超声波、雷达和红外传感器等非接触式传感器测量不准、测量物料局限性大、信号漫反射造成的测量误差大等缺点。该微波光传感器具有防潮防水免维修的特性，为非接触式安装，通过不同频率不同波长微波光探测原理，实现高速转动胶带机上料流的检测和信号输出，具有寿命长、精度高、防碰撞、易安装调试、外部环境干扰小、标准外部接口的优点；由于采用了多套不同频率和不同波长的微波光技术，多模块微波光技术相互补偿，检测胶带机上料流时，不管是块状、末状、糊状、水状等都可以精确检测到厚度，并通过一套微处理器处理后实现信号的模拟量线性输出，避免了接触式传感器的诸多缺点，可以在溜子和皮带上安装且不受安装地点限制，不受皮带倾角的限制，不受物料粒度、湿度、种类等限制。安装、调整非常方便，安装时间仅需10 min即可，安装时只需简单调整一下传感器到皮带上面的距离，无需停产，不需改变皮带机的任何机械结构，移动非常方便，可安装在移动皮带上使用，适用于所有胶带机运输领域。

“微波光”原理的料流传感器是经过几代改进的产品，已经成功应用于现场近2年的时间，没有损坏、维修记录，在使用过程中，完全能做到免维护，适应现场的各种工况。如：干煤、湿煤、水煤、块煤、大块矸石、亮煤等。

3.2 胶带机速度自动调节

煤矿井下胶带机速度自动调节装置，包括隔爆兼本质安全型变频器和矿用料流传感器。通过矿用通讯电缆将变频器和料流传感器连接。装置的工作原理如下。

本装置中所控制的隔爆兼本质安全型变频器与现场电动机相连接，主要是通过变频器来调节电动机的频率以实现胶带机的速度调节。料流传感器安装在皮带落煤点后，实时检测胶带机上煤的多少，并转换成对应的信号。通过屏蔽电缆将信号传输到矿用隔爆兼本安PLC千兆环网控制箱中，通过程序进行变换，将变换后的结果传输给变频器，最终实现胶带机随料流多少自动调节速度的目的。

料流传感器垂直安装在胶带机上方，工作原理为微波光检测料流厚度，测量距离0～3 m，测量距离可非常方便的进行设定，不需要专用仪表及工具，通过传感器自身产生的微波光照射在胶带机上，通过煤反射微波光至传感器，传感器计算发射和反射的时间差来精确计算出所测煤的高度，同时将距离换算成相对应的4～20 mA电流信号输出。

料流传感器和煤矿井下胶带机速度自动调节装置在我公司分别申请了实用新型发明专利。通过此项技术可以实现：可根据胶带机料流的多少，输出电流信号，并且使用PLC来控制变频器，增加了灵活和适用性，使用起来方便灵活，真正实现了煤多速度快，煤少速度慢的功能，同时达到了节能降耗的目的，并且减少了现场工作人员的工作量，提高了工作效率，通过这种装置能真正实现煤矿井下胶带机速度自动调节。

4 取得成果

“KHP 290型煤矿用带式输送机载荷带速控制装置”于2013年取得煤安标志(MAB 130945)。截止目前，该装置是国内首次研制，也是唯一取得煤矿用带式输送机载荷带速控制装置安标证的。

2013年12月矿山皮带能耗管理系统技术被列入发改委国家重点节能技术推广目录第6批第2项——皮带机变频能效系统技术。

5 结语

2012年至今该项目先后在开滦蔚州煤业单候煤矿和兴源煤矿、开滦集团钱家营煤矿、晋煤集团长平煤矿、阳煤集团开元煤矿、陕西铜川煤业集团下石节煤矿、冀中能源集团邢台邢东煤矿、峰峰煤业羊渠河煤矿、霍州辛置煤矿、同煤集团云冈煤矿和四台煤矿以及襄垣七一煤业和陵川煤运关岭山煤矿等投入使用，并取得了良好的节能和降耗效果。