B1200 型带式输送机节能改造分析及应用

2023-03-07郭峥嵘

山东煤炭科技 2023年1期

郭峥嵘

（晋能控股煤业集团大地选煤工程（大同）有限责任公司，山西大同 037001）

麻家梁选煤厂使用B1200 型带式输送机，其三台电机配置西门子变频器6ES71，启停控制由西门子S7-300PLC 完成，系统运行输出功率恒为40 Hz。（1）由于输送机输出功率恒为40 Hz，当皮带载荷接近空载或者减小时，甚至满载时，不仅会损耗大量电能，且设备利用率不足，不符合节能环保要求；（2）不能实时监测煤流量，无法满足现有生产需求，需要升级优化改造。

1 控制系统设计

针对麻家梁选煤厂用B1200 型带式输送机能耗大，对输送机节能控制系统进行设计。一是合理监测煤流量、物料输送速度以及皮带运转速度；二是可将接收的数据传至输送机节能控制系统中，并对比获得的这些数据，进而实现输送机以最小能耗运行的控制系统[1]。设计B1200 型带式输送机节能系统结构如图1。

图1 带式输送机节能系统结构设计图

1.1 硬件设计

麻家梁选煤厂控制系统以PLC 为核心，图2 为带式输送机硬件结构设计图。图2 中，CPU 以PLC为控制核心，选用S7-1200 控制芯片，不仅可控制其他组件设备，还可完成数据传输、故障诊断[2]等；采用ICS 电子皮带秤，组成部分有称重、计算、测速及通讯；选用超声波料位计型号为SBD/STD，其微处理输出标准信号为4～20 mA；采用防爆型交流变频器为BPJ 系列，能够很好地完成输送机的功率平衡、软启动及调速控制[3]等。麻家梁选煤厂采用分时运行模式，即不同时段不同的速度。此外，还有速度传感器、保护传感器和功率采集模块。

图2 系统硬件结构图

设计B1200 型带式输送机PLC 控制系统主要有输入输出点统计、选型PLC 模块以及分配I/O 地址等。其中统计输入输出点：结合麻家梁选煤厂生产要求，将PLC 整个控制系统分成18 个数字和2个模拟输入量。

PLC 模块选型：采用CPU1214C DC/DC/DC 为主控器，自带2 点模拟输入，14 点、10 点数字量输入输出；电源采用PM1207 模块，提供24 V 直流电源；采用SM1221 DI8×24V DC为数字量I/O模块；采用SM1231 AI4×13bit 为模拟量输入模块；采用CM1241(RS422/485)、CM1243-5 为通信模块。

I/O 地址分配：合理分配模拟量输入地址、数字量输入输出地址，见表1。

表1 地址分配表

1.2 软件设计

（1）软启动控制设计

通过PLC 软启动控制系统可实现输送机的平稳启动，主要是利用变频器的变频调速启动，采用“S”型[4]启动模式。初始阶段启动频率慢慢上升，延后10 s 进入“S”型加速模式，直到输送机运转速度达到设置值，并将其转速信号输出，输送机软启动控制随即完成。流程图如图3。

图3 带式输送机软启动控制流程图

（2）调速控制设计

在选煤厂实际生产作业中，由于控制器的灵敏设计以及持续变化的煤流量，就会造成输送机时不时地在调节其运转速度，不能稳定运行。为使煤流量扰动对系统的影响降到最低，将煤流量划分为n个区间，即[Q0,Q1][Q1,Q2]……[Qn-1,Qn]，每个煤流量区间最低输送机功率损耗对应其运行速度依次为V0、V1……Vn-1。运行中，依据煤流量的大小，控制系统确定其所在的区间范围，并确定输出皮带对应的速度，从而达到输送机节能运行的目的。

为实现系统的稳定性控制，还要抑制因煤流量不断变化产生的扰动[5]。当煤流量波动区间在[Q0,Q1]，输送机运行速度为V0，但是当其从[Q0,Q1]突变至[Q1,Q2]，此时需要判别煤流量变化情况：若3 s 内，煤流量＆gt;Q1，表明煤流量确实发生变化，此时需要重新设定输送机速度；若3 s 内，煤流量又回落至[Q0,Q1]范围内，可判定输送机速度不变。调速流程图如图4。

图4 带式输送机调速流程设计图

1.3 WINCC 组态设计

WINCC 是适用范围广且功能较多的监控软件[6]，其与上位机相连接，建立直观可视界面。麻家梁选煤厂通过应用WINCC 软件可以随时监控带式输送机运行中的压力、温度、流量以及运转等，并且可以依据这些数字和图形显示过程值，当这些值达到或者超出预设值时，系统就会发出报警信号，快速判别系统故障运行情况，进而提高现场作业人员和设备的安全度。节能优化设计监控图如图5。