带式输送机节能系统的优化研究

王 艳

（晋能控股煤业集团虎龙沟煤业有限公司营销部，山西 朔州 038300）

引言

带式输送机为综采工作面的关键运输设备，随着综采工艺及综采设备自动化水平的提升，带式输送机朝着大运量、长距离以及高运速的方向发展，其耗电量在煤矿生产中的占比较大。而且由于工作面煤炭产量不恒定导致常出现“大马拉小车”的现象，进而导致严重的能源浪费。因此，提高带式输送机的输送效率，实现运速与运量相匹配的控制是实现带式输送机系统节能的关键[1]。本文将着重对带式输送机系统进行节能优化。

1 带式输送机能效优化研究

简单地说，带式输送机主要由输送带、驱动分系统、张紧风系统、清扫装置以及托辊等组成。普通带式输送机模型如图1所示。

图1 带式输送机模型示意图

实现带式输送机的节能运行，需要在保证带式输送配件具备高性能、高寿命以及低损耗的基础上完成，其核心在于要求带式输送机控制系统能够结合最有效的控制算法对输送电机的驱动系统的电机转速进行控制。针对带式输送机系统的节能优化可通过对其控制流程、功率匹配优化、电机接线优化以及速度控制优化等多个层面进行实施，本文将对带式输送机功率进行优化以实现其达到节能的目的[2]。具体分析可知，影响带式输送机功率的因素包括有设备的结构（托辊直径、间距、带宽、下垂度等）、电机能量的损耗（定子、转子的铜耗和铁芯、机械以及其他损耗等）、工作环境温度以及供给速度与运转速度的匹配程度。本文将从实现带式输送机供给速度与运转速度的高度匹配来解决其节能控制问题。

2 带式输送机节能系统的设计

2.1 带式输送机节能系统的硬件设计

经对带式输送机能效分析研究可知，当前解决带式输送机运速与运量不匹配的问题是降低其能耗的关键。因此，本文所涉及的带式输送机节能系统包括对运量监测和运速监测控制的功能，除此之外，要求带式输送机节能系统具备对设备的各项保护功能，包括对带式输送机及的堆煤、撕裂、烟雾报警、防滑以及跑偏等故障的保护[3]。在对上述节能系统的基本功能描述的基础上，设计如图2所示的硬件结构框图。

图2 带式输送机节能系统结构框图

基于上述带式输送机节能系统总体设计的基础上，根据输送带的实时运量和实施功率，基于PLC控制器，通过变频器对输送机电机转速进行控制。针对输送机实时运量的监测基于ICS电子皮带秤实现；带式输送机电机的实时功率基于功率采集模块完成，包括对电机运行电流、电压以及功率等参数的采集；带式输送机实时运速基于速度传感器完成。

为保证带式输送机输送能力满足工作面的生产需求，一般为带式输送机配置两台电机，通过双电机提升其运输能力。根据多电机带式输送机驱动电机对应的额定电压为2.3 kV，额定功率为1 000 kW，对应选择变频器的输出电压为2.3 kV，综合分析最终变频器的具体型号为6SE8014-1AA01。

2.2 带式输送机节能系统的软件设计

对于多电机带式输送机而言，在对上述设备节能系统硬件设计的基础上，还需相应的软件才能够实现对带式输送的节能运行控制，期间需通过软件控制实现带式输送机的软启动控制，解决双电机功率不平衡的问题以及对运行过程中所存在的故障进行预警和报警。

对于带式输送机的软启动控制，其核心为在设备及系统具备启动的前提下，按照预先设定的启动曲线通过变频器实现驱动电机的软启动，当频率达到设定值后软启动完成[4]。对于多电机带式输送机而言，实现各电机的运行功率的平衡控制是保证系统稳定、安全运行的基础，其控制核心为对各电机的实时电流信息进行采集，根据实时运量计算得出电机的平均电流值，并通过控制两电机的频率对其功率进行平衡控制[5]，具体控制流程如图3所示。

图3 多电机带式输送机功率平衡控制流程图

除此之外，要求带式输送节能系统通过对各类保护传感器数据的采集实现对设备停机、报警等动作的控制。

3 带式输送机系统的节能优化效果

带式输送机系统优化的主要目的是实现设备的节能运行，为验证带式输送机系统节能优化效果，分别取某矿在优化前7 d设备运行的运输量和耗电量与优化后7 d设备运行的运输量和耗电量进行对比，对比结果如表1所示。

表1 带式输送机系统优化效果对比

分析表1可知，对带式输送机系统进行优化后的设备在7 d内的运输总量变化不大，但是优化后设备总的耗电量减少29.9%，每天节约电费约5万元。