带式输送机自动变频调速系统的改造及应用

任晓峰

（山西煤炭运销集团泰山隆安煤业有限公司，山西 保德 036600）

带式输送机作为煤矿井下生产的主要设备之一，主要担负着井下煤炭运输任务。带式输送机电动机采用工频运行，不能根据带式输送机的负荷大小变化进行实时调整，导致设备实际工作效率下降，造成大量电能浪费。为降低带式输送机运输系统的设备损耗和电能浪费，以隆安煤业带式输送机运输系统为工程背景，调查分析影响该矿井下带式输送机运输系统能耗的关键因素及可控制环节，通过井下现场试验，调整和优化改造调速系统。

1 工程概况

1.1 带式输送机运输系统概况

隆安煤业现有10 部强力带式输送机，其中外运隧道1 部，主斜井2 部，东翼采区安装有5 部，北翼采区安装有2 部。南翼采区5 部强力带式输送机带速为2.5 m/s，带宽为1200 mm，运输量为600 t/h，5 部带式输送机总长度达到6250 m，电机总功率为3540 kW·h。在矿井生产期间，带式输送机全部运行时产生的费用在生产成本中占有很大一部分比例。

1.2 带式输送机能耗情况分析

对安装的强力带式输送机运行情况调查分析发现，造成能耗高的主要原因有：煤流运输系统运输线路长，电机设备功率转换效率低；输送机启动时采用双变频器启动，但运行时采用工频运行，存在“大马拉小车”现象；胶带机逆煤流启动运行，即从外向里逐部胶带依次启动运行，存在外部胶带机空载运行等待上流煤炭时间长、电能损耗浪费严重问题；带式输送机无有效的自动化设备管理系统，造成以长时间空载运行的方式达到煤炭运输所需条件等。综上分析，带式输送机的电机“变频器”未能够真正发挥其正常的功能价值，从而造成胶带运输系统出现设备能耗高、节能效果差问题。

2 解决耗能问题的关键环节分析

为保证胶带运输系统的稳定性和电机设备的可转换性，重点解决PLC 系统中防爆箱内的主控元器件对带式输送机上各电动机运行期间的电压、电流、频率及运行速度等相关数据的采集、设备运行状态控制、通讯信息组网、主机保护及工业环网与交换机的连接等技术难题，实现对带式输送机运行期间“多煤快运、无煤慢运或停运”状态的自动准确监测[1-6]，并能够将带式输送机上各电动机相互匹配到最佳变频状态，真正发挥出变频器的变频能力。

解决上述问题的关键环节是：研究PLC 控制系统中防爆控制箱控制指标的选取，用于实现变频器的自动监测和控制[7-8]；研究带式输送机集中控制系统及操作指令控制系统，实现防爆变频器带动带式输送机电动机软启动从零速开始运转至额定速度；研究PLC 系统控制箱从接收信号到物料流动传感器监测到带式输送机上实时运输的煤量大小过程中，PLC 控制系统发出的虚拟信号与带式输送机转速之间的相互转化；检测带式输送机物料监测传感器信号传输的准确性，实现带式输送机运行速度的可靠稳定控制；根据矿井带式输送机特性及结合现场实际情况，对带式输送机进行节能系统改造，达到矿井带式输送机在变频器控制下节能运行的目的。

3 节能控制系统改造实施方案

该矿井南翼采区的5 部带式输送机要保持各带式输送机综合保护装置的所有功能不变的条件下实现带式输送机的节能控制运行，需在胶带运输机控制系统中增设“PLC 控制系统防爆控制箱、防爆电源箱、就地控制箱、设备启停传感器、料流传感器、运行速度传感器和电缆”等设备和相关设施，布置方式如图1 和图2。在井下煤炭运输过程中，通过安装在带式输送机上方的料流传感器对胶带上的煤量大小进行实时监测，并将采集到的数据传输到PLC 控制系统中。PLC 控制系统通过对采集的数据进行分析后，根据分析判断结果向变频器发出控制操作命令，利用变频器调整带式输送机运行速度，从而实现带式输送机根据煤量大小实时在线调速功能，达到了节能控制运行的目的。

图1 南翼采区带式输送机变频节能控制装置安设示意图

图2 带式输送机料流传感器安设位置示意图（mm）

4 应用效果分析

带式输送机变频控制系统改造以后，能够充分发挥出变频器的变频调速功能，实现带式输送机的节能运行；同时利用变频器变频调速功能可以避免带式输送机长时间高速产生涌浪电压和电流，对带式输送机电缆线路及相关电器设备元件起到保护作用。在应用变频控制系统以后，通过对南翼采区的5部强力带式输送机电能使用情况进行统计（见表1）后发现，5 部带式输送机在半载和空载情况下实行节能运行时，可减少用电负荷610 kW，年节约用电量可达到360 万 kW·h，年节约用电费用180 余万元，带式输送机节能降耗取得了良好的效果。

表1 南翼采区带式输送机改造前后电机正常工作状态下电流对比情况