云艳
国家能源集团神东煤炭洗选中心 陕西榆林 719315
摘要：随着科学技术的进步，矿山机械设备的性能不断提升，但机械的用电消耗不断增大，大电耗使得矿山的经济成本增高，降低了矿山的经济效益。带式输送机作为矿山重要的机械设备，其工作性能的好坏直接关系着矿山煤炭的产量，现在的带式输送机逐步向着远距离、大运量的方向进行发展，但随着其性能的提升，其用电量的问题逐步成为矿山关注的问题，此前众多学者对带式输送机的节能问题进行过一定的研究。为了降低带式输送机的电耗，笔者利用高压变频调速节能技术对带式输送机节能系统进行设计，使其可以根据实际的工作情况进行速度的合理选择，实现带速的自我调节，降低带式输送机能耗，为带式输送机节能控制系统进一步优化设计提供参考。
关键词：带式输送机 变频调速 节能
引言
带式输送机是选煤厂重要的煤料输送设备，长距离、大功率的带式输送机电能消耗十分可观。带式输送机采用感应电机拖动，感应电机加变频器驱动系统应用越来越广泛，其节能高效的特点得到了企业的认可。在实际生产中，在煤量较少的情况下，如果带速仍按照额定转速运行会带来大量的电能浪费和机械磨损。变频调速技术和皮带机集中控制系统的应用为皮带机自动运行节能系统的运行提供了平台，基于煤量自动识别和模糊控制器的皮带机自动运行节能系统对于企业进一步实现低碳节能发要意义。
1皮带运输机节能方案设计
选煤厂用皮带运输机节能方案设计，PLC控制器与变频调速系统协同完成皮带运输机的软启动以及无极带速调速。在皮带运输机机身安装有煤流量监测秤，用于实时监测皮带运输机的煤流；安装有带速监测传感器，用于实时监测皮带带速。PLC控制器获取煤流量以及带速信号后，经逻辑控制运算以及PID调节，实时控制皮带运输机带速，使其与煤流量匹配，避免轻载以及空载高速运行，以节约电能。皮带运输机的调速由变频调速系统完成，以电缆电流和带速反馈组成双闭环控制变频调速系统，通过调节运行频率，进而实现对皮带运输机的无极调速。
2硬件设计
皮带机集中自动化控制系统。以选煤厂皮带集中自动化控制系统为平台，以带式输送机上安装的ICS-XB皮带秤返回的煤量数据为依据，在带式输送机的PLC上编写模糊控制程序，达到皮带机运行速度根据煤量实时调整的控制效果，实现皮带机自动节能运行控制系统。选煤厂皮带集中自动化控制系统，按照硬件结构系统自上而下可分为管理层、控制层和设备层三级网，其中管理层的上位机对皮带运输系统进行状态和数据监控，并且可以向PLC控制主站发送控制指令，控制层的PLC控制主站接收到上位机下达的控制指令后，分别对控制分站发出控制信号。设备层的各组电机、传感器等设备接收到控制分站的控制信号后，执行转速调整和传感器采样等动作实现皮带机的控制与监测
3软件设计
3.1带式输送机电机选型设计
将原来功率为220kW的电机更换成功率为132kW的电机，降低电机单位时间电能损耗。传动滚筒上所需圆周驱动力及功率阻力计算如下［1］:1)主要阻力:FH=flgqＲO+qＲU+(2qB+qG)cosδ[]=0.03×66×9.832.5+12+(2×40+167)cos12[]=5552N。2)倾斜阻力:Fst=gqGH=9.8×167×14=22912N。3)清扫器阻力/输送物料与导料拦板间的摩擦阻力经验值约为4000N。输送机运行总阻力:FZ=5552+22912+4000=32464N。
3.2PLC控制软件
ControlLogix5000PLC的软件编程平台为RSLogix5000，这是一种基于IEC61131-3标准的软件包，它包含了编程、在线监控等功能。
用户可通过这款软件将程序用图形和定义生成PLC执行程序。除了一般编程系统具有的UGI、支持Windows等共同功能，还具有智能化图形文本编辑功能、分层设计功能、实时诊断功能等丰富的特色功能。根据自动节能运行系统的功能划分，PLC控制软件的子程序有煤量采样子程序、速度给定传递子程序、速度给定发送给变频器子程序等。PLC的软件采用梯形图编程。煤量和皮带机带速的模糊控制关系根据模糊控制决策表进行编制。
3.3减速机选型
为使109原煤带式输送机小时带煤量降低至1500t/h，经过计算，结合现有减速机库存情况，并考虑该减速机与301原煤入洗带式输送机减速机通用性，选用的型号为M3ＲSF50+FAN(03)i=25。减速器校核:查SEW减速器样本，M3ＲSF50+FAN减速器的额定功率为242kW。减速器额定功率/电机功率=242/132=1.83＞1.6，额定功率满足要求。在环境温度为20℃时，减速器热功率为242kW，30°时为194kW，都大于电机功率132kW，故减速器只需带一个冷却风扇，热功率也能满足。
3.4带式输送机变频调速控制原理
为实现带式输送机节能运行，需要根据煤流量实时调节带式输送机运行速度。通过地面控制中心信息处理平台对现场煤流图像进行处理获得带式输送机当前煤流量［１６］，根据煤流量计算期望带速Ｖ１。ＰＬＣ模糊控制器根据期望带速Ｖ１和速度传感器采集的当前带速Ｖ０控制变频器输出频率，从而调节电动机转速，实现带式输送机运行速度自动调节。
3.5节能控制算法
皮带运输机节能控制算法以带速、功率两级PID控制实现皮带煤流量与带速的协同、匹配。以皮带运输机标准速度曲线为输入量，根据获取的实时压力传感器完成速度PID调节过程。
3.6降低机械损耗
皮带机的轴承、滚筒、托辊和胶带之间有摩擦力，摩擦力除了提供胶带前进的动力，还会降低机械结构的强度，因此需要根据机械部分的磨损程度及时更换相关部件。自动运行节能系统之所以能降低机械损耗，有两方面因素，一是因为各部件之间的摩擦力随着皮带机转速的降低而降低，二是因为皮带机转速降低，单位时间内机械部分的行程降低。
3.7主驱动滚筒选型
滚筒直径由原来的Φ1000mm变为Φ800mm。因滚筒直径改变，为保证带式输送机滚筒张紧力，需要对主驱动滚筒做陶瓷包胶，需对带式输送机第一道、第二道清扫器进行调整、并将机头1至10输送带机架进行调整，具体方法就是将带式输送机支架加高，并符合输送带与主传动滚筒的包角要求［5］。
结束语
为了解决带式输送机运输的轻载或空载电机恒速运行造成电量损耗的问题，设计了具有变频调速功能的节能控制系统，给出了节能控制系统的设计方案，同时对设计完成的节能控制系统与原有系统进行对比分析，发现新设计的节能控制系统不仅可以提升带式输送机的运输效率，同时有效的降低了输送机的电量消耗，为带式输送机的节能控制系统优化设计提供一定的参考。
参考文献
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