带式输送机能耗优化控制系统设计与应用

2022-07-08赵鹏飞

煤 2022年7期

赵鹏飞

(山西忻州神达梁家碛煤业有限公司，山西河曲 036500)

带式输送机的重要组成部分之一是控制系统，工作可靠性要求较高，与井下作业人员的安全及煤炭输送效率息息相关[1-3]。近年来煤炭企业均向着节能降耗方向发展[4]，作为连续工作时间最长的带式输送机能源消耗量较大，开展节能降耗控制系统的设计工作，不仅能节省生产成本，还能提高煤炭市场竞争力，对实现煤炭企业增产增效意义重大。

1 总体方案

带式输送机节能降耗控制系统的总体方案见图1。

图1 控制系统方案

由图1可以看出，该控制系统主要由上位机、PLC控制器、变频驱动模块等组成。上位机监控系统用来实时显示带式输送机的运行状态数据；PLC控制系统用来分析处理实时采集到的带式输送机运行数据，传输至上位机；变频驱动系统根据PLC分析计算结果反馈的控制信号进行采煤机驱动电机的变频节能控制；带式输送机保护系统确保带式输送机安全稳定运行；信号监测装置实时监测带式输送机的温度、电压、电流等数值；通讯系统主要完成带式输送机与PLC、上位机之间的数据通讯。

2 硬件设计

2.1 PLC控制器

根据带式输送机控制系统的设计要求，依然采用其原有的PLC控制器，重新设计控制器的硬件结构，如图2所示。能耗优化控制系统工作时，由上位机发出控制指令至PLC，经PLC控制器之后传输至变频器进而控制带式输送机的驱动电机，使带式输送机降低能源的消耗。速度传感器、电子皮带秤和保护传感器实时采集得到的运行数据，经PLC进行分析处理之后由上位机显示模块显示运行状态数据，监控人员可实时监测并实现远程控制。

图2 PLC控制器硬件结构

2.2 变频器

控制系统选择型号为6SE7138-6HG62-3BA0的变频器，工作输出电流为860 A，供电电压为600～690 V。根据控制系统设计要求，需要配置3台变频器，以实现单台变频器控制单台异步交流驱动电动机的目的。变频器外接主电路如图3所示，配电柜为其供电实现驱动电机的启停与调速功能。

图3 变频器外接电路图

2.3 传感检测元件

监测煤流量使用矿用电子皮带秤，型号为ICS-ST，实时采集带式输送机经过的煤流量数据。功率监测采用EDA9033A型功率采集模块，配合3个变频器使用。输送带运转速度检测采用速度传感器，型号为GSC4，额定电压数值为直流12 V、工作电流不大于50 mA、测量范围0～5 m/s、测量误差数值为±0.5%.依然用带式输送机原有的综合保护系统实时采集带式输送机的温度、跑偏、烟雾、堆煤等实时数据，传输至PLC进行分析处理，实时显示在上位机中，供监控人员掌握带式输送机的运行情况。

3 软件设计

3.1 主程序设计

主程序作为带式输送机能耗优化控制系统运行的基础，根据系统需要调用各个子系统，实现带式输送的集中管理和分散控制。基于笔者的工作经验及带式输送机节能降耗功能的要求，设计完成了控制系统的主程序，如图4所示。控制核心部件采用了工业PLC，各个子控制系统之间独立工作但能够被PLC调用，保证了各个子控制系统之间的通信时效。

图4 控制系统主程序流程图

3.2 能耗优化程序

带式输送机运行过程中煤炭流量分布不均匀，若投入大量的人力物力调整偏载，必将增加煤炭企业的生产成本，也会威胁带式输送机控制系统和驱动系统的安全运行。故而，设计节能优化控制系统至关重要。为了实现电控识别煤炭流量，将煤炭流量转化为单位时间通过的煤炭质量。控制系统根据煤炭质量的变化确定输送带的运行速度，实现带式输送机重载大功率运行、轻载小功率运行的功能，达到节能降耗的目的。为了防止煤流量的扰动对控制系统造成误动作，在煤流量变化时需要对其进行判别，能耗优化程序如图5所示。

图5 带式输送机调速流程图

3.3 上位机

上位机作为能耗优化控制系统的重要组成部分，主要由系统管理模块、监控界面模块和数据管理模块组成，见图6。系统管理模块实现了用户管理和值班管理功能，实时记录工作人员和值班人员的信息和操作内容；监控界面模块实时显示带式输送机运行状态参数数据，供监控人员及时获取带式输送机的运行状态，实时存储状态数据信息，并能够进行数据拟合呈现变化曲线；数据管理存储数据信息并归档，具有数据查询和故障记录等功能，对于指导设备维护维修具有重要意义。

图6 上位机结构组成图

4 应用效果评价

系统进行试运行过程中未出现程序问题，变频控制功能可靠。统计结果显示，控制系统的应用不仅降低了带式输送机能源消耗，还提供了近12%的有效工作时间。带式输送机出现故障时，能够实时显示故障位置等信息，节省了近6%的设备故障排查时间，减少了2～3名设备运行维护人员，降低了煤炭生产的经济投入，取得了很好的应用效果。