带式输送机智能调速控制系统的应用

高 斌

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司准备队，山西 寿阳 045400）

0 引言

带式输送机是依靠驱动滚筒带动输送带进行循环运行的一种物料运输设备，具有运行稳定性高、经济性好、物料运输方便的特性，被广泛应用在煤矿物料运输上。目前多数输送机系统主要采用了恒定带速运行模式，输送机在运行过程中带速和煤量没有匹配关系，导致输送机在多数情况下均为轻载运行，不仅导致了电能的浪费，而且加剧了输送机零部件的磨损，极大地影响了输送机系统的运行经济性和可靠性。

1 智能调速控制系统要求及结构

带式输送机智能调速控制系统的目的是根据煤流量的变化，实现对输送机带速的灵活调整，达到减少能耗、降低输送带磨损的目的。为了满足运行控制和日常运行维护的需求，要求该智能调控系统满足以下设计目标[1]：系统能正常运行的核心是对煤流量变化情况的及时监测，因此系统需具备对煤流量变化情况进行不间断精确监控的能力；系统能够进行自检并对输送机的运行状态进行检测，出现异常后能够快速进行故障原因分析、故障位置定位、故障状态报警，便于维护人员对故障进行快速排除；输送机在运行过程中若出现跑偏、过载、打滑、堆煤等问题时，能够快速启动故障保护，避免出现安全事故；具备人机交互功能，在上位机监控界面能够清晰地显示出输送机系统的运行状态，监控人员能够通过人机交互界面实现对输送机运行状态的快速、精确调整。

结合带式输送机调控的工作需求，文章提出了一种新的带式输送机智能调速控制系统，其采用了基于PLC 控制核心的电容双冗余技术，控制稳定性好，可靠性高，其系统结构如图1 所示[2]。

图1 输送机智能调速控制系统结构示意图

在该控制系统中，通过煤量监测传感器对输送机上的煤量情况进行监控，通过带速、温度、转速传感器对输送机运行的速度及周边环境温度等进行监测。系统获取到煤量信息后，根据预先设定的煤量-带速对应关系表，输出输送机的最佳运行带速，然后再结合目前的带速情况，发出调整信号给变频器，由变频器控制输送机的驱动电机，实现对输送机运行带速的灵活调整。

该系统采用了3 台配电柜，用于实现对变频器运行的一对一专项控制[3]，利用工业以太网数据传输量大、抗干扰能力强的优点，实现对PLC 控制器和上位机系统的连接，满足数据高速通信的需求。利用PROFIBUS 数据通信协议来实现PLC 控制器和变频控制模块之间的数据通信，确保对输送机运行状态调整的灵活性和可靠性。

2 控制系统硬件结构

输送机系统的运行环境较为恶劣，对智能控制系统硬件结构运行可靠性的要求高，而且为了满足节能控制的需求，要求各个硬件结构具有较低的能耗[4]，因此在对输送机智能控制系统硬件结构选型时，在保证运行可靠性的基础上，需要选择灵敏度高、能耗低的零件，而且在硬件系统进行设计时需要优化控制方式，通过模块化设计和集中控制方式，来满足可靠、节能的运行需求，该控制系统硬件结构如图2 所示[5]。

图2 控制系统硬件结构示意图

由图2 可知，作为该硬件系统的核心，PLC 控制器采用了西门子6ES71 型[6]，系统在工作过程中PLC控制器接收来自电子秤的数据信息，对输送带上的煤量进行分析，同时接收来自速度传感器的数据信息，对输送机的运行带速进行判断，确定速度调整数据后将其传输给变频器，控制输送机驱动电机的运行状态，进而实现对煤流-带速的动态调整。

在保护传感器监测模块中，设置了堆煤、撕裂、烟雾等传感器[7]，用于对输送机的运行状态进行判断，及时进行功能性保护动作，提高输送机在运行过程中的稳定性和可靠性。

3 煤流量监测系统

煤流量监测的准确性和可靠性直接决定了该输送机智能监测系统的运行稳定性，要求煤流量监测系统在工作过程中不能影响输送机系统的正常运煤工作，而且对煤流量监测的准确性高、波动量小，本文所提出的煤流量监测系统结构如图3 所示[8]。

图3 煤流量监测系统结构示意图

由于煤流量监测所用的电子秤需要具有较高的可靠性和监测精确性，选择了ICS-XB 型皮带秤[9]，该系统包括工控机、避雷器、本质安全箱等。

当输送机系统在运行过程中，装有煤的输送带从传感器上通过后，皮带秤将数据信息传递给控制分站，由各分站对监测数据进行分析，确定对应输送带上的煤量分布情况，然后将煤量数据传输到PLC 控制器中，为带式输送机智能调控系统的灵活调整提供数据支撑。

4 系统应用情况分析

以煤矿井下SSJ650/2×22 型带式输送机为研究对象，输送机长度为4.4 km，输送机运行时的平均带速为3.9 m/s，在运行过程中采用了恒速运行模式，但由于井下综采速度的变化，导致输送机经常处于空载运行状态，运行耗电量高、输送机的磨损大。2021 年煤矿启动输送机控制系统的技改工作，对输送机系统进行节能控制改造，通过煤量-带速匹配运行控制模式，实现了输送机系统根据煤量情况自动调节运输带速。

改造后的输送机控制系统包括节能模式和恒速模式两种，能够根据不同的应用环境进行灵活调整。该智能控制系统投入工作后，输送机运行时的平均带速由3.9 m/s 降低到了目前的3.01 m/s，带速降低了22.8%，年节约电能约108 万kWh，按0.7 元/kWh 计算，年节约成本75.6 万元，带速的降低意味着对输送机各零部件运行时的磨损降低，年节约配件更换费用约11.4 万元，极大地提升了煤矿上输送机系统运行的稳定性和经济性。

5 结论

为了解决输送机系统以恒定速度运行存在的能耗高、磨损大、经济性差的不足，提出了一种新的带式输送机智能调速控制系统，对该输送机运行控制系统的整体结构、煤量监测系统等进行了分析，结果表明：

1）输送机智能调控系统需要满足煤量精确监控、运行故障检测、输送机运行保护及人机交互四个部分的运行需求。

2）为了满足节能控制的需求，各个硬件在保证运行可靠性的基础上需要满足高灵敏性和低能耗的要求。

3）ICS-XB 型皮带秤煤流量监测系统在工作过程中不会影响输送机系统的正常工作，具有灵敏度高，可靠性好的优点。

4）该输送机智能调速控制系统能够将输送机运行时的平均带速降低22.8%，年节约电能成本75.6 万元，年节约配件更换费用约11.4 万元。