基于PLC的煤礦帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

馬洪才

摘要：帶式輸送機(jī)的功率、運(yùn)量和速度在不斷提升的同時(shí)，它的能耗問題也日益突出，如何減少帶式運(yùn)輸機(jī)的能源消耗，降低生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本，成了許多的工程技術(shù)人員研究的重點(diǎn)問題。為了減少企業(yè)的生產(chǎn)成本，筆者通過研究帶式傳輸機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，在此基礎(chǔ)上建立了帶式運(yùn)輸機(jī)的節(jié)能調(diào)速控制程序，并且經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)了改程序的節(jié)能效果，因此該技術(shù)的節(jié)能前景非常的廣闊。

關(guān)鍵詞：帶式傳送機(jī);PLC可編程控制器;電氣節(jié)能;變頻調(diào)速

引言：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)的電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)總?cè)萘吭诓粩嗯噬?，目前已?jīng)超過了4萬(wàn)億KW，電動(dòng)機(jī)的年耗電量更是達(dá)到了全國(guó)的用電總量的六成以上。這一方面說(shuō)明，電動(dòng)機(jī)在我國(guó)的利用范圍越來(lái)越廣，普及程度越來(lái)越高，但是另一方面也說(shuō)明我國(guó)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量利用率卻非常低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量利用效率僅為國(guó)外平局水平的20%左右。電動(dòng)機(jī)基本上都是恒速運(yùn)行，不會(huì)隨著工作狀況的變化而改變，這就造成了電能的大量浪費(fèi)，使得生產(chǎn)成本升高，企業(yè)效益下降，同時(shí)也破壞了生態(tài)環(huán)境。根據(jù)煤礦企業(yè)煤炭生產(chǎn)的實(shí)際情況，探索帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能的方法，即改變帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)運(yùn)行方式，通過輸送帶運(yùn)量大小的情況來(lái)調(diào)節(jié)帶式傳送機(jī)的帶速，在正常運(yùn)行下實(shí)現(xiàn)帶式傳送機(jī)的效率最大化。

1帶式輸送機(jī)的工作原理

輸送帶繞經(jīng)驅(qū)動(dòng)滾筒和機(jī)尾換向滾筒形成一個(gè)環(huán)形封閉帶。輸送帶的上、下兩部分都支撐在托輥上，拉緊裝置給輸送帶以正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的拉緊力。工作時(shí)電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)矩通過滾筒傳給輸送帶，使輸送帶連續(xù)運(yùn)動(dòng)，輸送帶在帶式輸送機(jī)中，既是承載構(gòu)件又是牽引構(gòu)件，它不僅要有承載能力，還要有足夠的強(qiáng)度。一般物料是裝載到上帶（承載段）的上面，在機(jī)頭滾筒（即是傳動(dòng)滾筒）卸載，利用專門的裝載裝置也可在中間卸載。

2帶式輸送機(jī)的節(jié)能運(yùn)行分析

采煤過程中，受客觀技術(shù)條件和地質(zhì)條件的影響，煤炭產(chǎn)量是不斷變化的，煤倉(cāng)中的煤量也不是一個(gè)恒定不變的數(shù)值。這就導(dǎo)致帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，也存在運(yùn)輸量的波動(dòng)變化。但是，目前我國(guó)帶式輸送機(jī)一般是工頻下，以固定速度運(yùn)行，但帶式輸送機(jī)工作過程中不可能一直保持滿載運(yùn)行，還有輕載和空載狀態(tài)，工頻速度運(yùn)行降低了電動(dòng)機(jī)效率，功率因數(shù)較低，產(chǎn)生了大量的能量浪費(fèi)。因此，為了提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率，降低電能的損耗，就需要對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，即根據(jù)不同的載量采用不同的帶速。通過調(diào)節(jié)速度的快慢，達(dá)到節(jié)約電能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。

3帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能控制方案

本文研究帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能控制，PLC控制系統(tǒng)接收來(lái)自皮帶秤的測(cè)量信號(hào)和輸送機(jī)的運(yùn)行速度，根據(jù)控制系統(tǒng)的模糊控制程序，實(shí)時(shí)調(diào)整帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，提高電機(jī)的功率因數(shù)，降低電能損耗。

3.1 PLC控制系統(tǒng)組成

可程序邏輯控制器（PLC）是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入/輸出裝置的回收信號(hào)及儲(chǔ)存程序，控制機(jī)械或程序的操作。在工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)中，PLC因?yàn)榫邆鋬r(jià)格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性佳的特點(diǎn)，故一直為自動(dòng)化業(yè)界所采用。近幾年來(lái)，各PLC制造廠家無(wú)不致力于新機(jī)種的研發(fā)，所以在CPU處理速度、擴(kuò)展模塊及通訊的功能上，早于PLC控制器，已有長(zhǎng)足的進(jìn)展。煤礦現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境非常惡劣，而且存在許多干擾信號(hào)，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須將系統(tǒng)的穩(wěn)定性作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。基于此種考慮，此次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了西門子公司S7-300系列PLC芯片作為控制系統(tǒng)的核心芯片，并且采用PROFIBUS總線結(jié)構(gòu)來(lái)負(fù)責(zé)設(shè)備與控制器之間的信息傳輸，在I/O通信以及上位機(jī)方面分別采用的是PROFIBUS-DP模塊以及工控機(jī)和觸摸屏。

3.2皮帶秤

電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機(jī)架上，當(dāng)物料經(jīng)過時(shí)，計(jì)量托輥檢測(cè)到皮帶機(jī)上的物料重量通過杠桿作用于稱重傳感器，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷的電壓信號(hào)。在皮帶秤上有一個(gè)稱重傳感器裝在稱重橋架上，工作時(shí)，將檢測(cè)到皮帶上的物料重量送入稱重儀表，同時(shí)由測(cè)速傳感器皮帶輸送機(jī)的速度信號(hào)也送入稱重儀表，儀表將速度信號(hào)與稱重信號(hào)進(jìn)行積分處理，得到瞬時(shí)流量及累計(jì)量。

3.3智能顯示及人機(jī)對(duì)話裝置

作為一個(gè)控制系統(tǒng)，顯示的輸出是非常重要的，如果沒有一個(gè)好地顯示輸出系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)都難以被有效控制。此次設(shè)計(jì)中，需要通過顯示設(shè)備輸出帶式輸送機(jī)的所有運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，同時(shí)還要設(shè)立相應(yīng)檢修的人工手動(dòng)裝置，以便在系統(tǒng)的自動(dòng)化程度降低的前提下，提供人工的干預(yù)操作?；谏鲜龅目紤]，此次設(shè)計(jì)采用了研祥系列工控機(jī)以及戴爾顯示器作為了顯示的輸出設(shè)備。

3.4 變頻調(diào)速裝置

礦用隔爆兼本安型交流變頻器是一種集全數(shù)字式變頻調(diào)速技術(shù)及相關(guān)的散熱技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。該產(chǎn)品適用于額定電壓為660V或1140V的異步電機(jī)的重負(fù)荷軟啟動(dòng)、軟停車和運(yùn)行過程中控制，其啟動(dòng)、停車、過程控制曲線可設(shè)為S型曲線、線性曲線等多種曲線方式。該曲線可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整，從而減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊，并可根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷變化，調(diào)整電機(jī)的輸出頻率，從而調(diào)整帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，即可節(jié)約電能的損耗，又可提高托輥、滾筒的使用壽命。

4總結(jié)

本文對(duì)帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并研究了其工作過程中存在的電能浪費(fèi)問題，造成電能浪費(fèi)的主要原因是帶式輸送機(jī)不是一直保持滿載運(yùn)行，而運(yùn)行速度卻不能根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)，使得運(yùn)行效率低，電能消耗大。

參考文獻(xiàn)：

[1]任世杰.基于PLC的煤礦帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)[J].山東煤炭科技，2018（02）：122-123.

[2]李萬(wàn)懷.PLC在煤礦帶式輸送機(jī)電控裝置中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（16）：129-130.

[3]何磊.煤礦帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)，2010.