煤矿带式输送机智能节能系统的应用设计

煤矿带式输送机智能节能系统的应用设计

苏阳阳

山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西省晋城市048400

摘要：当前在我国煤矿企业的生产过程中，带式输送机是主要运输设备，采用集控系统逆煤流启动、定速运行，存在带式输送机空载、轻载运行的问题，造成电能的浪费和设备磨损。可编程控制器是专为工业生产而开发的数字运算操作电子系统，其具有使用简便、兼容性能好、支持多种通讯方式等优点，是自动操作系统的重要组成部分。

关键词：煤矿；带式输送机；节能

1带式输送机工作原理

当前煤矿企业大部分使用的煤炭运输设备是带式输送机，因为带式输送机的操作较为固定简单，且输送带更换较为方便，所以在实际生产中应用较多。目前使用的带式输送机主要由配电设备（配电开关和变频器等）、驱动装置（包括电动机、驱动滚筒、减速机和液力耦合器等）、输送带、托辊机架、张紧装置、制动装置和控制保护等装置组成。根据应用场所的不同，带式输送机还会增加不同的设备。带式输送机主要工作原理是通过电动机的运转带动减速机、驱动滚筒等部件，进而使运输带的转动，达到物资从皮带机机尾到机头的传递。控制装置是带式输送机的控制核心，在整个带式输送机运行过程中，控制装置对皮带的起停，电气开关的分合闸状态，驱动电机的电流、电机定子三相线圈和机械设备轴承温度，皮带的松紧度和保护装置的状态有着监测和控制作用。保护装置对带式输送机的安全运行起关键作用，对皮带跑偏、撕裂和打滑现象和驱动部件运行温度等进行监控，在发生任何以上带式输送机事故时，保护装置可禁止起车或自动停车。为了保证带式输送机平稳运行，输送机的皮带速度一般是固定的，可保障输送机的稳定性和安全性。带式输送机输送带属于柔性设备，异常的抖动和重载都会给输送带很大的压力，重载时出现急停情况有可能导致输送带断裂，所以在实际生产中对于输送带的更换便捷性提出了要求，同时对皮带强度有严格要求，在具有一定的强度情况下不会被重物压弯而断裂。

2煤矿集中运输巷带式输送机的现状

因煤矿井下开拓巷道的高难限制，煤矿货物运载不可能单条皮带直行运输，运输巷的布置往往需要适应煤矿井下复杂多变的地理环境，故多条带式输送机搭接联合运行便成为最好的选择。但多条皮带搭接运行便会形成系统，只要后面带式输送机发生故障，前面输送机必须停机，再启动时，输送带有大量的煤，迫使带式输送机重载启动。为了能平稳启动，减少重载启动对输送带的冲击力，减少启动电流对电网的冲击，目前煤矿都采用变频器、软启动器和液力偶合器来解决启动问题，启动后再转入工频运行，但以上三种方式只解决了启动问题，都没有实现节能运行的目的。

3带式输送机智能控制系统组成

3.1控制系统

控制系统为煤矿带式输送机自动运输系统的主要组成部分，具备系统逻辑化控制、数据采集与处理、信号输出等多种功能。美国罗克韦尔公司制造的Logix1756可编程控制器在构建控制系统时应用较为广泛，具有稳定性能极佳的特点。此控制器能够实现无扰动切换，并且利用率较高。由于此控制器采用了模块化的构造，从而使其自身具有很强的功能扩展能力。系统采用了RSLogix5000编程软件进行设计，并配置了Contro1Logix&reg系统。因系统需在较为恶劣的环境下连续运行，故采用了双CPU冗余技术，可保障系统的稳定运行及安全性。

3.2变频驱动系统

变频驱动系统主要由交流变频器、控制器、三相交流异步电动机组成，其中三相交流异步电动机与直流电动机相比，具有结构简单、操作便捷、效率高、成本低廉等诸多优点，因自身具备较强的机械牵引性能，使其获得了广阔的应用前景。变频驱动系统应用了东芝三菱株式会社生产的TMdrive-MV高压变频器。此变频器工作效率较高，并可应用于不同的工作环境中，使用了Multi-LevelPWM控制，极大保障了变频器的正常运行。

3.3运输机保护系统

由于带式输送机在输煤过程中有可能会发生各种不可预见的风险因素，为实现输送机的安全运转，故加入了保护系统。天津华宁生产的KTC101保护系统具有良好的稳定性能，可实现实时对胶带机的保护，尤其在断带保护方面效果极佳。保护系统可实现对故障的检测并自动发出报警信息。

3.4监控系统

自动运输系统处于工作状态时，应实时了解到系统的运行情况并实现自动控制功能。因此在自动运输系统中加入了监控系统并设置了上位界面。在上位界面中主要设置了主控窗口、设备窗口、运行策略、数据库、安全系统等，一旦出现紧急情况，各子系统能够对故障进行及时处理。

4煤矿带式输送机运输系统节能控制分析

4.1工作原理

运输系统节能原理主要是提高系统的工作效率，并减少不必要的能源损耗。带式输送机属于恒转矩负载，及时转速产生改变，转矩始终维持在固定值。

带式输送机作为主运输皮带，在完成设备检修后，系统即会启动。顺槽皮带启动在主运输皮带启动之后，并且采煤设备为最后启动步骤，使得此系统主要出于空载运行的状态。另外由于受到煤矿生产条件的制约，经常会出现采煤设备的损坏情况，这进一步增加了系统的空载时间，造成设备损耗较多，因此应从此角度提升系统的节能效果。

4.2节能控制

在进行运输系统的节能分析前，应首先明确运输系统能耗与各项运行参数的关系。通过对运输系统在不同工作条件下的测试，可见能耗因物料填充率的升高而增加，并与输送带带速及物料质量密切相关。

在带式输送机设计环节中，应依据系统最大运量进行各项参数的设定，但由于实际生产中无法达到系统的最大运量，因此应按照实际运行情况设计带速，，在其他数值固定的情况下，能耗率仅与带速及煤流量相关。据此可知，只需控制好带速及煤流量即可实现对带式输送机运输系统进行节能控制。通过上述分析可知，在此系统中，要合理分布胶带负载，并将输送机带速分为几个等级，通过结合煤机速度、电机电流等各项数据，使输送机能够在不同工况时实现自主调节，从而达到节能目的。

5运输系统的智能化节能

近年来，煤矿积极引进科技型机电设备，所构成的机电运输系统不论是在运输效率上还是在节能效果上都有很大的改观。考察多个煤炭企业的机电运输系统可以看出，工作面机电运输系统根据信号的发送和接收形式的不同可以分为模拟式和数字式。

5.1智能化集中控制监视节能

在实际生产中，数字化机电运输系统通过实时分析运行转台和负荷情况，智能化的联机自动启停。利用变频的智能化启停系统，不但优秀地完成运输任务，还减少了电能的消耗，达到了节能的目的。同时，联机的自动启停能在很大程度上避免零负荷运转，比如减少设备因依次启动和停机而造成的空转和零负荷运转，从而降低能耗，而且联机之后的机电运输系统只需要一名井下设备总操作人员与控制台对接，这样不仅在一定程度上减少了人力、物力，还减少了设备系统的安全隐患，避免了因人员烦琐而引起的误操作、多余操作，保证了机电运输系统的安全运行，实现了机电运输系统的节能。

5.2智能通话节能

井下环境复杂，在噪声较大的机电运输系统周围，通话质量直接关系到系统的运行效果。智能通话设备能较好地实现信息的传递，在智能识别噪声环境后，智能调整通话音量，以保证人与人之间的正常通信，避免因通话质量差而造成各种延误。这样不仅提高了工作效率，而且实现了设备节能。

5.3智能不间断电源

在井下机电运输系统中运用智能不间断电源，包括设备电源的不间断和通信电源的不间断，能有效避免突发的电力故障导致停机而带来的设备损坏和能耗增加，而且畅通的通信能保证所有信息的实时传送，不但保证了工作的高效性，而且避免了因通信不畅导致的延误引发的能耗增加。

6结语

通过研究并制定出煤矿带式输送机运输系统节能方案，并将其应用于生产一线中，实际使用效果良好。通过考察并记录方案实施前后的各项数据，发现改造后的节能效率取得了重大突破，运煤成本实现了大幅降低。

参考文献：

[1]邵艳慧.煤矿井下皮带输送机运输系统运行控制研究.,2022-10.

[2]王文亮,王文明.带式输送机运输综合防尘技术.工程地质学,2022-07.

[3]武媛媛.矿用带式输送机运输监控系统的设计研究.工程地质学,2020-04.