带式输送机运行速度控制系统研究

王海瑞

（汾西矿业（集团）有限责任公司中盛煤业分公司， 山西 灵石 031309）

引言

带式输送机具备运载能力强、操作便捷、过载保护等优点，在煤炭企业生产过程中，带式输送机是实现煤炭、物料等运输的主要设备[1-3]。随着煤炭企业综合自动化、智能化技术的不断应用，采掘作业面综合智能化开采水平不断提升，煤炭生产安全保障能力及生产效率等均得以发展[4-6]。本文以山西某矿井下使用的DTL120/80/2×160 型带式输送机为研究对象，在对带式输送机结构及现场使用需要分析的基础上，对带式输送机运行速度控制系统展开研究，以期能更好地促进矿井运输系统工作效率。

1 带式输送机结构分析

山西某矿设计产能180 万t/年，主要回采的煤层包括2 号、3-1 号、5 号及11 号，现阶段矿井生产主要集中在5 号煤层。5 号煤层5306 综采工作面设计推进长度2 015 m、采面斜长205 m，开采范围内煤层赋存稳定，煤层厚度均值3.6 m，采面设计推进速度为2.4 m/d。采面运输巷布置的带式输送机型号为DTL120/80/2×160，铺设长度共计2 075 m，具体带式输送机结构如图1 所示。

图1 带式输送机结构示意图

带式输送机结构组成包括电机、滚筒（驱动、转向等）、托辊、输送带、清扫装置等，使用2 台功率均为160 kW 的电动机驱动。带式输送机在正常工作过程中以额定速度（2.5 m/s）运行，在输送机处于空载、轻载时，会导致输送机电能浪费问题，不仅增加矿井运输系统能耗、加剧设备磨损量及后续维护工程量。为此，本文对带式输送机运行控制系统进行研究，该系统可依据运输的物料载荷自动调节带式输送机运行速度，从而达到提升带式输送机工作效率并降低能耗目的。

2 带式输送机运行速度控制系统设计

2.1 系统整体结构

本文具体设计的带式输送机运行速度控制系统整体结构如图2 所示，具体包括视频监控系统、PLC控制器、变频器及驱动电机等。

图2 运行速度控制系统整体结构示意图

带式输送机在正常运行下，通过速度传感器监测输送带运行速度，并用视频监控系统对输送带上物料进行监测。将速度、物料量监测结果传输给PLC 控制器进行综合分析，具体分析结果包括以下三种：

1）输送机运行速度与运输物料量相匹配，则带式输送机保持原有运行速度不变；

2）运行速度较低、物料载荷较重，则PLC 控制器通过变频器适当增加带式输送机运行速度，确保运行速度与物料载荷相匹配；

3）运行速度较高、物料载荷较低时，则PLC 控制器通过变频器适当降低带式输送机运行速度。通过对带式输送机运行速度的调节，在满足运载需求同时降低带式输送机能耗。

2.2 带式输送机负载监测

2.2.1 视频监测系统

带式输送机负载监测通过视频监控系统实现，通过实时分析输送带上运输的物料宽度来确定输送机负载。选用的摄像头型号为KBA127。为了提高视频监控系统图像获取质量，在摄像机旁布置了防爆LED灯源，摄像机按照预先设定的频率对输送带物料进行监测，并传输给图像处理系统，系统通过内置算法对获取图像中的煤炭宽度进行分析，从而得到输送机负载量。

2.2.2 PLC 控制器

PLC 控制器是整个运行速度控制系统的重要组成单元，PLC 控制器依据内置的算法对输送机运行速度与运输负载进行比对分析，并最终发出运行速度控制指令。PLC 控制器的性能、可靠性及数据处理速度直接影响运行速度控制系统应用效果。在充分调研的基础上，本文选用S7-300PLC，该PLC 整体性能较好，可满足运行速度控制需要。同时视频监控系统处理信号及速度传感器监测信号无须转换可直接输入该PLC 控制器，从而简化了整个带式输送机运行速度控制系统结构。

2.2.3 变频器

在山西某矿5306 运输巷布置的DTL120/80/2×160 型带式输送机共有2 台功率160 kW 电机驱动，为实现电动机有效控制，单台电机配备一台变频器，具体选用的变频器型号为KXJT-90。该变频器可满足运输巷复杂环境需要。采用变频器可将交流电频率由50 Hz 转换成10～60 Hz，通过调整交流电频率，实现电动机运行速度调整目的。

3 现场应用效果分析

将带式输送机运行速度控制系统应用到5306 运输巷带式输送机运行控制中，并对输送机工作情况进行持续30 d 监测，具体监测曲线如图3 所示。从图3中可看出，运输巷带式输送机运行时间存在明显差异，运行时间范围主要集中在10～15 h，平均工作时间为12.6 h。

图3 带式输送机运行时间监测结果

带式输送机采用原有运行速度控制方式时（即输送机运行速度保持在2.5 m/s 恒定运行），2 台电机总功率为320 kW，年消耗电能总计约为1.33×106kW·h，电费按照0.5 元/kW·h 计算，则年使用电费为66.5 万元。采用运行速度控制系统后，带式输送机平均运行速度降至2.0 m/s，驱动电机运行功率为额定功率的80%，则在相同的运行时间下，运输巷带式输送机电能消耗为1.06×106kW·h，年使用电费为53.2 万元。

通过上述分析得知，5306 运输巷带式输送机采用运行速度控制系统后，输送机年电能消耗量较使用前降低约2.7×105kW·h、节省电费约13.3 万元，不仅可满足采面煤炭运输需要，而且可显著降低带式输送机运输能耗及磨损量，现场应用取得较好效果。

4 结语

带式输送机定速运行虽然可满足运输需要，但是也存在电能消耗量高、设备磨损严重等问题。为此，文中基于视频监测、传感器监测技术设计一种带式输送机运行速度控制系统，该系统采用PLC 控制器对视频监控系统，速度传感器监测获取到的输送机负载、运行速度进行综合分析，从而实现带式输送机运行速度与运行负载相匹配。

在5306 运输巷现场应用后，该带式输送机运行速度控制系统表现出显著优势，不仅可满足采面煤炭运输需要，而且年可节省电能消耗约2.7×105kW·h、节省电费约13.3 万元，取得较好应用成果。