带式输送机智能能耗控制系统的研究

许海波

（晋能控股煤业集团四老沟矿运销站， 山西 大同 037001）

引言

带式输送机是自动化开采中主要的运输设备[1]，可以实现煤炭大批量、快速的输送。在带式输送机的设计过程中，其运行的功率较大，且具有一定的设计裕量以满足满载及过载时的工况。当载煤量较小时，由于输送带的高速运转，容易造成能源的消耗浪费，不利于煤矿的节能减排及成本控制。在煤矿向着自动化开采的同时，还要向着智能化的方向发展[2]，针对带式输送机的能耗问题，采用智能化的控制方式依据煤炭的装载量进行速度的智能调节，实现带式输送机的节能控制，减小能源的浪费[3]，同时降低了带式输送机的磨损，提高了煤矿开采的智能化水平。

1 带式输送机智能能耗模糊控制器的设计

模糊控制是进行带式输送机等复杂非线性系统控制的重要方法，依据模糊语言变量及逻辑推理进行数字控制。对于被控对象采用语言的形式描述模糊变量[4]，不需要精确的数学模型，可以用模糊控制法来描述带式输送机变量之间的关系。模糊控制器对于带式输送机具有较好的适应性，具有较强的鲁棒性及容错性。

带式输送机在运行的过程中，当载煤量不同时，通过改变带式输送机的速度来实现节能运行，通过调节电动机的频率来实现对运行速度的调节[5]，从而实现带式输送机的能耗控制。采用模糊控制器对带式输送机的速度进行智能控制原理如图1 所示，在运行过程中，依据载煤量进行速度的调节，当载煤量为Q0时，带式输送机的速度为V0，通过速度传感器进行速度的采集，利用模糊控制器对采集的数据信号进行处理，得到速度的偏差值e，将其输入到模糊控制器中，通过PLC 控制变频器的值，改变电机的工作频率，从而实现对速度的智能调节。

图1 模糊控制系统原理图

2 带式输送机智能能耗控制系统的设计

2.1 带式输送机智能能耗控制系统的整体设计

以带式输送机模糊控制为基础，进行整体智能能耗控制系统的设计。以PLC 为硬件系统的控制核心，建立模糊控制的能耗优化模型，根据载煤量与运行速度的最优匹配关系，实现对带式输送机的变频调节，实现节能降耗。控制系统整体结构如图2 所示。

图2 带式输送机智能能耗控制系统整体结构图

带式输送机智能能耗控制系统通过上位机进行控制指令的发出，PLC 控制变频器实现对电机的调节，从而实现对运行速度的调节。同时，采用传感器进行速度的采集并反馈给PLC，并传输给上位机，实现对运行速度的运程监控。控制系统整体结构通过配电柜进行供电，PLC 通过以太网与上位机连接，并采用PROFIBUS 通讯协议与变频器进行连接，实现对频率调节的实时通讯。

带式输送机智能能耗控制系统的功能主要包括节能运行，实现依据载煤量的不同进行自我调节；能够进行智能控制，依据PLC 模糊控制的方式进行运行速度的自动调节；具有对带式输送机的自我保护功能，当出现故障或输送带跑偏、温度过高时，能够进行紧急制动，实现停车并报警处理；具有实时监测的功能，依据上位机的数据及截面能实时监控带式输送机的运行状态，并可进行运行数据的存储及查询，便于实现带式输送机运行的智能管理。

2.2 带式输送机智能能耗控制系统的硬件连接设计

控制系统的硬件结构连接如图3 所示，PLC 作为主要的控制器，其工作可靠性对于系统的稳定运行具有重要影响。控制系统的硬件部分主要包括PLC 控制器、变频器及电动机、上位机及各项传感器。

图3 控制系统的硬件连接图

2.3 带式输送机智能能耗控制系统关键功能的设计

在带式输送机智能能耗控制系统中，主要依据载煤量的大小进行速度的调节，对于载煤量的监测数据的准确性，显得尤为关键。在运行过程中，采用电子皮带秤对载煤量进行监测，电子皮带秤进行测量的精度高，保证数据的准确性。电子皮带秤测量系统的原理如图4 所示，主要包括工控机、避雷器、皮带秤本体及传感器组成。

图4 电子皮带秤测量系统结构图

电子皮带秤测量系统中，带式输送机输送煤炭的过程中，煤炭的重量作用于传感器上产生响应的数据信号，经传输至工控机上进行数据的分析，然后将信号传输至智能能耗控制系统中，从而依据采集到的载煤量进行数据的处理，并调节响应的运行速度。

3 结语

带式输送机作为煤炭输送的主要设备，由于煤炭井下开采的工况不同，不同时段进行输送的载煤量不同，采煤机保持恒定速度运行造成一定的能耗浪费，不利于矿井的节能减排及控制成本。针对这一问题，设计了PLC 控制的模糊控制器，并在此基础上进行智能能耗控制系统的研究设计，从而实现了依据载煤量的不同，输送带运行速度的实时调节，提高了带式输送机运行的自动化水平，并降低了能耗，有利于带式输送机的长期使用，降低了煤矿的成本，提高了煤矿的综合效益。