皮带运输机节能控制系统设计及应用

皮带运输机节能控制系统设计及应用 摘要：针对皮带运输机在实际生产中大马拉小车;，电能大量浪费的问题，以隰东煤业综采工作面皮带运输机为研究对象，在对比各类节能技术的基础上，确定采用变频节能技术对其控制系统进行改造，并结合煤量自动识别技术和模糊控制算法，达到对皮带运输机节能控制的目的。关键词：皮带运输机；节能改造；变频调速；煤量自动识别；模糊控制皮带运输机是综采工作面的主要运输设备，其与采煤机、刮板输送机、液压支架、掘进机等并列为综采工作面必不可少的综采设备。经统计，皮带运输机、采煤机、空压机、通风机以及排水泵等机电设备的能耗占据整个工作面能耗的75%左右。近年来，随着绿色生产、节能生产;理念的不断提出，尤其对于煤矿行业而言，实现节能、绿色生产对降低煤矿生产成本具有重大的意义。当前，工作面大型机电设备的平均效率低于60%1。目前，皮带运输机采用开环控制方式，设备尚不能够根据其运输量对运速进行实时调整，导致电能大量浪费。因此，需对当前煤矿皮带运输机的控制系统进行节能改造。具体阐述如下。1工程概况本文以隰东煤业一综采工作面的皮带运输机为研究对象，对其控制系统进行节能改造。该皮带运输机共有3台电机且均安装于设备的头部，其驱动方式为变频驱动。与电机所连接减速器的效率为94%，并设有轴承速度、温度以及油温、油压等监测装置。皮带运输机采用盘式制动器，并自带电控装置。皮带运输机所处综采工作面含有瓦斯等气体，环境相对恶劣。因此，在对其控制系统元器件进行选型时需考虑防爆性能2。2皮带运输机节能技术分析目前，工业生产中常采用以下手段达到节能的目的：a)采用异步电动机Y-Δ接法（星形-三角形接法）变换的手段，提高设备电动机的工作效率，达到较为明显的节能效果。b)在实际运行过程中，电动机所设计功率远大于实际传动功率，从而造成了大量电能的浪费。因此，当运量相对较小时，可通过减少运行电机的数量达到节能的效果，此举同时提高了设备的功率因数。此手段要求系统能够通过监测电机电流、实际功率的大小准确增减电机。c)在满载运行状态下，三相异步电机功率因数较大，导致其负载电流增大。因此，通过双向晶闸管调压电路后对电动机供电，使其相位角减小，对应的功率因数减小，最终减小负载电流，达到降耗的目的。d)目前，皮带运输机普遍处于工频状态下运行，电能浪费较大。因此，可通过变频调速系统且根据皮带运输机的实际工作状态对电动机转速进行控制，使其电机转速与运量相互匹配。实践表明，采用变频调速系统最少可节约电能30%左右。3煤量自动识别系统的设计综合考虑目前应用于实际生产中的电机节能技术，本文在结合矿井综采工作面现状的基础上，并综合考虑可靠性和性价比的问题，采用变频调速控制系统实现对皮带运输机的节能改造。就电机变频节能改造而言，借鉴隰东煤业对提升机进行改造时所采用的东芝三菱无谐波系列高压变频装置的应用效果，针对皮带运输机同样采用该系列变频器进行改造3。此外，实现皮带运输机变频调速节能改造的一个核心问题为如何为上位机及PLC控制系统提供准确的皮带运输机实时运量。因此，皮带运输机节能控制系统实现的核心为对皮带上煤量的自动识别。目前，可应用于皮带运输机物料称重计量的设备有电子皮带秤和核子皮带秤。经对上述两套设备优劣势的对比，认为核子皮带秤的称重精度更高，后期维护更为方便。因此，皮带运输机节能控制系统中的称重计量设备选择核子皮带秤。4节能控制系统的设计与实现4.1节能控制系统的设计目标在分析皮带运输机运量、带速与能耗间关系的基础上，结合变频节能技术、核子皮带秤识别煤量技术以及智能控制理论设计该矿节能控制系统。该节能控制系统的核心控制器选用罗克韦尔公司的1756系列PLC，变频器采用东芝三菱系列的变频器。皮带运输机节能控制除了对皮带进行变频调速外，还需具备变频器的故障监测、皮带运输机的自动保护、电机的速度给定控制以及与上位机通信等功能4。4.2节能控制系统的结构设计在对节能控制系统控制需求及设备调研的基础上，选用如表2所示的分系统组成皮带运输机的节能控制系统。4.3节能控制系统的实现根据4.2所搭建的节能控制系统硬件平台，采用模糊控制算法实现上述硬件平台的功能。采用如图2所示的模糊控制器，可根据核子皮带秤所获取的皮带运输机上的实时煤炭载重量得出当前节能运行时的电机转速，将所得电机转速传送至PLC后通过变频器对电机频率进行控制，从而实现对电机转速的控制。5结语皮带运输机作为综采工作面的关键运输设备，在实际生产中存在大马拉小车;的问题，造成了电能的大量浪费。为此，急需对皮带运输机的控制系统进行节能改造。采用变频节能技术+煤量自动识别技术+模糊控制算法实现对控制系统的节能改造。此外，改造后的皮带运输机控制系统还可实现对变频器的故障监测、皮带运输机的自动保护以及电机给定速度的控制等功能。参考文献：1孙伟，王慧，杨海群.带式输送机变频调速节能控制系统研究J.工矿自动化，2013(4)：102-105.2程军，李愈清，陆文涛.基于变频调速的煤矿带式输送机节能控制方法J.电气传动，2013(11)：61-64.3任中全，王淼.带式输送机节能调速控制系统设计J.煤炭技术，2016，35(5)：245-246.4谢青海，黄亮.基于PLC的煤矿带式输送机的电气节能技术研究J.煤炭技术，2012，31(1)：40-42.5董会杰，乔铁柱.带式输送机节能控制加速策略研究J.煤炭技术，2018(4)：238-240.