基于載荷檢測(cè)的帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

耿忠波

(汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)，山西 靈石 031302)

帶式輸送機(jī)是礦井常用運(yùn)輸設(shè)備，但是由于煤炭生產(chǎn)不均衡，導(dǎo)致輸送機(jī)運(yùn)送載荷存在較大的波動(dòng)[1]。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)控制采取恒速運(yùn)行方式，無(wú)論載荷多少均是以固定速度運(yùn)行，雖然可以保證運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性，但是會(huì)造成電力資源的浪費(fèi)[2～3]。因此，文中根據(jù)礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)輸實(shí)踐并結(jié)合相關(guān)的技術(shù)，對(duì)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出一種基于載荷監(jiān)測(cè)大帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)。

1 輸送機(jī)載荷檢測(cè)

傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)恒速運(yùn)行，使用過(guò)程中電力消耗大，對(duì)帶式輸送機(jī)控制進(jìn)行優(yōu)化，主要方式時(shí)通過(guò)有效檢測(cè)輸送機(jī)載荷(輸送煤量)，并以此最為調(diào)節(jié)輸送機(jī)運(yùn)行速度的依據(jù)[4～5]。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行的煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，文中選用超聲波煤流量檢測(cè)技術(shù)，具體見(jiàn)圖1。

在輸送機(jī)機(jī)尾處布置1臺(tái)超聲波傳感器，對(duì)輸送帶內(nèi)傳輸?shù)拿禾扛叨冗M(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)控制軟件推算出輸送機(jī)輸送的煤量，結(jié)合電動(dòng)機(jī)輸入電流、上一臺(tái)輸送機(jī)工作狀態(tài)、煤倉(cāng)內(nèi)煤位高度，自動(dòng)對(duì)變頻器輸出電流頻率進(jìn)行控制，從而依據(jù)檢測(cè)出的輸送機(jī)載荷動(dòng)態(tài)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的[6]。

2 自適應(yīng)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

考慮到帶式輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣，同時(shí)存在諸多的干擾因素，同時(shí)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性及安全保證能力。因此，綜合確定自適應(yīng)調(diào)速控制系統(tǒng)控制核心采用Logix1756，具體系統(tǒng)的其他構(gòu)成為：

1)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

地表上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選用的工控機(jī)型號(hào)為610H，作為控制系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，監(jiān)控系統(tǒng)界面采用Forcecontrol SP6.3搭建。

2)PLC

PLC是控制系統(tǒng)的核心組件之一，用以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及控制信號(hào)管理，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)PLC選用雙CPU冗余技術(shù)的Logix1756系列PLC，可以確保監(jiān)控系統(tǒng)安全。

3)變頻控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用的變頻控制裝置為T(mén)Mdrive-MV，該裝置的結(jié)構(gòu)類型為高-高結(jié)構(gòu)變頻器，同時(shí)采用的變頻驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)異常情況調(diào)節(jié)與保護(hù)功能，確保帶式輸送機(jī)可以安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

4)輸送機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)

采用的安全保護(hù)系統(tǒng)型號(hào)為KTC101安全保護(hù)裝置。

5)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置

該裝置主要作用是對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)及監(jiān)控。

6)通信裝置

該裝置主要用以監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)組成設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互工作。

2.2 控制策略

設(shè)計(jì)的輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是依據(jù)監(jiān)測(cè)到的輸送機(jī)載荷對(duì)輸送機(jī)膠帶運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，煤多提速、煤少減速，從而實(shí)現(xiàn)以采煤量確定膠帶運(yùn)行速度。輸送機(jī)變頻器速度調(diào)整范圍在20～100%，具體速度調(diào)整百分比根據(jù)變頻器技術(shù)指標(biāo)確定，調(diào)速為勻速非分檔方式。

2.2.1 調(diào)速控制流程

設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速流程見(jiàn)圖2，超聲波傳感器、皮帶秤采集輸送信息后，將計(jì)算取得的輸送煤量信息傳輸至監(jiān)控制系統(tǒng)顯示界面上，控制系統(tǒng)將傳感器獲取到的載荷量與輸送機(jī)處于滿載運(yùn)行時(shí)的載荷量進(jìn)行比對(duì)，從而得到輸送機(jī)負(fù)載占比S%。

圖2 自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速流程

依據(jù)計(jì)算出來(lái)的輸送機(jī)負(fù)載占比S%及輸送的煤量變化趨勢(shì)，確定輸送機(jī)合理運(yùn)行速度V，當(dāng)計(jì)算出來(lái)的速度V較當(dāng)前運(yùn)行速度Vd小時(shí)，則控制程序計(jì)算兩個(gè)速度間的斜率值從而平緩的降低運(yùn)行速度；當(dāng)V較當(dāng)前運(yùn)行速度Vd大時(shí)，控制器會(huì)將V寫(xiě)入PLC控制器存儲(chǔ)器內(nèi)，快速提升輸送機(jī)運(yùn)行速度，從而滿足開(kāi)采時(shí)煤炭運(yùn)輸需要。

2.2.2 速度調(diào)節(jié)模式

根據(jù)傳感器測(cè)量結(jié)果，控制系統(tǒng)需要設(shè)定合理的調(diào)速范圍(最小值根據(jù)變頻器的技術(shù)指標(biāo)確定，最大值為輸送機(jī)允許運(yùn)行最大值)，合理的調(diào)速范圍為輸送機(jī)運(yùn)行最大值與最小值間，具體的調(diào)速范圍示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 控制系統(tǒng)調(diào)速范圍

1)當(dāng)煤炭輸送量較小時(shí)

若當(dāng)前帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)拿禾苛啃∮谳斔蜋C(jī)運(yùn)行速度對(duì)應(yīng)的載荷量時(shí)，且煤量變化趨勢(shì)為降低或者不變時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)向PLC控制器發(fā)出降低運(yùn)速速度指令；當(dāng)降低后的輸送機(jī)運(yùn)行速度運(yùn)煤量仍顯著高于當(dāng)前煤流量時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)降低輸送機(jī)運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)緩慢降速目的，并降低輸送機(jī)電力消耗。

圖4 煤炭輸送量較小的速度調(diào)節(jié)模式

煤炭輸送量較小的速度調(diào)節(jié)模式見(jiàn)圖4，若當(dāng)前輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)拿毫枯d荷小于當(dāng)前輸送機(jī)運(yùn)行速度載荷量時(shí)，且煤量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)保持當(dāng)前輸送機(jī)運(yùn)行速度不變。

2)當(dāng)煤炭輸送量提高時(shí)

具體煤炭運(yùn)輸量顯著增加時(shí)的輸送機(jī)調(diào)速曲線見(jiàn)圖5，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到輸送機(jī)運(yùn)載的煤量載荷瞬間增加時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)將輸送機(jī)運(yùn)行速度提升至對(duì)應(yīng)的速度，從而確保輸送機(jī)運(yùn)速滿足煤炭運(yùn)輸需要。

圖5 煤炭量增加時(shí)的輸送機(jī)調(diào)速曲線

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)節(jié)能效果分析

在煤炭開(kāi)采過(guò)程中由于受到諸多因素限制，煤炭開(kāi)采量動(dòng)態(tài)變化，輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)拿禾苛繒?huì)有不同程度的波動(dòng)。文中提出的控制系統(tǒng)時(shí)基于運(yùn)載的煤炭量變化對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，從而提升輸送機(jī)利用效率。

設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)在山西某礦井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輸送機(jī)根據(jù)運(yùn)輸煤量變化自動(dòng)控制運(yùn)行速度目的。當(dāng)運(yùn)輸煤量多時(shí)自動(dòng)提升運(yùn)行速度，運(yùn)輸煤量少時(shí)則降低運(yùn)速，提升了輸送機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)化控制水平，現(xiàn)控制系統(tǒng)已在礦井運(yùn)行接近1.5a，運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)任何故障。通過(guò)采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，輸送機(jī)電能消耗量降低約1/4，每年可以降低輸送機(jī)電費(fèi)投入約65萬(wàn)元。

4 總結(jié)

現(xiàn)階段煤炭市場(chǎng)仍處于低迷狀態(tài)，降低輸送機(jī)電能消耗，提升輸送機(jī)運(yùn)行效率，對(duì)提升礦井經(jīng)濟(jì)效益有一定的促進(jìn)作用。文中在基于輸送機(jī)膠帶載荷檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)輸送的煤炭量對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行自動(dòng)控制，運(yùn)輸煤量多時(shí)自動(dòng)提升運(yùn)行速度、運(yùn)輸煤量少時(shí)自動(dòng)降低運(yùn)行速度，不僅能提升輸送機(jī)運(yùn)行效率，而且有效降低電能消耗量。

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅可以根據(jù)煤量變化對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，而且還有效降低了輸送機(jī)電能消耗，實(shí)用價(jià)值顯著。