阴晋峰， 高 颖

（1.山西汾西正佳煤业责任有限公司， 山西 临汾 041300； 2.山西汾西矿业集团技术中心，山西 介休 032000）

引言

带式输送机作为煤矿最常见的运输设备之一，其电量消耗在煤矿总用电量中所占的比重也位居前列。使用带式输送机进行煤炭运输具有运输连续、运量大、结构简单、适用性高等优点，但也存在控制方式单一、能耗不科学等缺点。例如，当带式输送机处于低负荷或空载状态时，输送机仍以一个恒定的转速及功率运转，就会造成功率机电能的浪费。因此，如何根据煤流量的大小及载荷的分布情况来对带式输送机进行调速控制，从而对功率大小及电能消耗进行控制，达到节能优化的目的[1-3]。

1 基于煤流量监测的调速方案设计

带式输送机以一个特定运行速度能够满足煤炭的运输要求，但是能耗大，磨损严重，不利于设备工作寿命的延长，带式输送机转速与不均匀煤流量的智能匹配离不开高效且准确的煤流量实时监测技术，并能够以较低的延迟度及较高的准确度传递给皮带输送机的驱动电机，从而实现电机的智能调速。本文所涉及的调速方案主要是基于超声波煤流量监测、模糊传递算法、PLC变频控制等技术来实现的，其实现的基础方案如图1所示。其工作思路分为三条，一是煤流量监测模块对煤流进行监测并将数据传递给PLC控制模块；二是控制模块及变频控制器根据煤流量调整电动机及驱动滚筒转速；三是通过速度传感器将转速反馈给控制模块，完成调速功能。

2 调速方案的工作过程分析

图2 煤流量监测工作过程示意图

2.1 煤流量监测工作过程分析

根据图2所示的煤流量监测工作过程示意图，要实现煤流量监测，首先应在输送机上安装超声波传感器，安装位置选在输送机机尾滚筒附近，因为此处是落煤点，根据此处煤量来调速最及时也最准确；其次超声波传感器进行工作，通过监测煤流高度，然后将数据传递给PLC控制模块对其进行分析计算。之所以进行模糊计算，是由于根据检测到的数据进行调速存在一定程度的滞后性[4]，模糊计算所得的煤量数据传递给PLC控制器，通过进行变频调速，实现运量和带速的实时匹配。

2.2 变频调速工作过程分析

超声波传感器获得煤量信息后，会将当前的煤量与输送带满载状态下的煤量进行对比，获得一个比值T，该值称为煤量满载率，其取值范围介于0.1～1之间，即设定一个最低值0.1，低于此值时例如空载状态下也以0.1进行计算，保持输送机的最低速运行状态[5]。然后根据当前的煤量满载率，模糊计算得到当前输送带的合理速度V，再将其与当前的实际速度V1进行对比，根据速度对比大小进行调速。当当前煤量较小即T值较小时，即V＜V1时，即由控制系统发出降速指令；而当煤量较大即T值较大时，即V＞V1时，即由控制系统发出提速指令，将输送机速度提高，以满足运量需求。

3 调速节能效果研究

煤矿采煤工作面的生产过程因环节较多，工序复杂，往往是不连续、不均衡的，在井工煤炭运输过程中，输送机在不同时段运送的煤量也是随时变化的，故在运量大时提高速度，运量小时降低速度有利于节能降耗。电动机功率与带速的实际变化关系通过实验进行验证：改变输送机带速后，单位长度皮带内煤炭质量随之变化，单位长度皮带的填充率也变化，进而探究功率、能量消耗率的变化趋势。实验数据如表1所示。

表1 带式输送机功率随带速变化情况表

根据实验数据分析，在总煤量一定的前提下，随着带速降低，单位长度内物料质量和皮带填充率都随之增长，电动机消耗的功率下降。即运输同等质量的煤炭，带速降低会使单位长度皮带上的填充率接近满载状态，皮带电动机的功率充分做功，从而降低能耗。当单位长度煤量减少时，如果带速保持不变，将会造成功耗浪费；若单位长度煤量较多时，带速达不到，则会造成堆煤或过载，同样不利于安全生产。因此，应用PLC变频控制技术对带式输送机的运行速度进行合理控制，能够有效降低电力消耗。但是皮带运行速度过低时，又会因阻力过大造成电动机超负荷运行，影响电动机的使用寿命，故带速应控制在一个合理范围内。

4 结语

煤矿企业为获得较高机电设备运行可靠性，在设备选型尤其是在功率选型时往往取较大的富余系数，这就造成带式输送机等设备长期处于低负荷甚至空载状态下运行，无法发挥其有效功率，从而造成电力资源的浪费。而基于煤流量监测的带式输送机调速技术则是应用PLC变频控制技术对带式输送机的运行速度进行合理控制，能够有效降低电力消耗。

[1]张伟.PLC及变频器控制的多电机驱动带式输送机的研究[D].包头：内蒙古科技大学，2014.

[2]潘小东.PLC模糊控制在带式输送机控制系统中的应用研究[D].太原：中北大学，2013.

[3]章宏令.基于PLC控制的带式输送机智能调速系统设计[J].煤矿机电，2012（6）：89-91.

[4]马刚，张运华.煤流量检测及带式输送机自适应调速技术研究[J].煤矿机械，2017，38（1）：158-161.

[5]陈湘源.带式输送机智能调速控制系统设计[J].煤矿机械，2016，37（11）：21-23.