帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)的研究

許海波

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦運(yùn)銷(xiāo)站， 山西 大同 037001）

引言

帶式輸送機(jī)是自動(dòng)化開(kāi)采中主要的運(yùn)輸設(shè)備[1]，可以實(shí)現(xiàn)煤炭大批量、快速的輸送。在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其運(yùn)行的功率較大，且具有一定的設(shè)計(jì)裕量以滿(mǎn)足滿(mǎn)載及過(guò)載時(shí)的工況。當(dāng)載煤量較小時(shí)，由于輸送帶的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，容易造成能源的消耗浪費(fèi)，不利于煤礦的節(jié)能減排及成本控制。在煤礦向著自動(dòng)化開(kāi)采的同時(shí)，還要向著智能化的方向發(fā)展[2]，針對(duì)帶式輸送機(jī)的能耗問(wèn)題，采用智能化的控制方式依據(jù)煤炭的裝載量進(jìn)行速度的智能調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能控制，減小能源的浪費(fèi)[3]，同時(shí)降低了帶式輸送機(jī)的磨損，提高了煤礦開(kāi)采的智能化水平。

1 帶式輸送機(jī)智能能耗模糊控制器的設(shè)計(jì)

模糊控制是進(jìn)行帶式輸送機(jī)等復(fù)雜非線性系統(tǒng)控制的重要方法，依據(jù)模糊語(yǔ)言變量及邏輯推理進(jìn)行數(shù)字控制。對(duì)于被控對(duì)象采用語(yǔ)言的形式描述模糊變量[4]，不需要精確的數(shù)學(xué)模型，可以用模糊控制法來(lái)描述帶式輸送機(jī)變量之間的關(guān)系。模糊控制器對(duì)于帶式輸送機(jī)具有較好的適應(yīng)性，具有較強(qiáng)的魯棒性及容錯(cuò)性。

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)載煤量不同時(shí)，通過(guò)改變帶式輸送機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)[5]，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的能耗控制。采用模糊控制器對(duì)帶式輸送機(jī)的速度進(jìn)行智能控制原理如圖1 所示，在運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)載煤量進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，當(dāng)載煤量為Q0時(shí)，帶式輸送機(jī)的速度為V0，通過(guò)速度傳感器進(jìn)行速度的采集，利用模糊控制器對(duì)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，得到速度的偏差值e，將其輸入到模糊控制器中，通過(guò)PLC 控制變頻器的值，改變電機(jī)的工作頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的智能調(diào)節(jié)。

圖1 模糊控制系統(tǒng)原理圖

2 帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

以帶式輸送機(jī)模糊控制為基礎(chǔ)，進(jìn)行整體智能能耗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以PLC 為硬件系統(tǒng)的控制核心，建立模糊控制的能耗優(yōu)化模型，根據(jù)載煤量與運(yùn)行速度的最優(yōu)匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的變頻調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗?？刂葡到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行控制指令的發(fā)出，PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)。同時(shí)，采用傳感器進(jìn)行速度的采集并反饋給PLC，并傳輸給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行速度的運(yùn)程監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)通過(guò)配電柜進(jìn)行供電，PLC 通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)連接，并采用PROFIBUS 通訊協(xié)議與變頻器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)通訊。

帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)的功能主要包括節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)依據(jù)載煤量的不同進(jìn)行自我調(diào)節(jié)；能夠進(jìn)行智能控制，依據(jù)PLC 模糊控制的方式進(jìn)行運(yùn)行速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；具有對(duì)帶式輸送機(jī)的自我保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)故障或輸送帶跑偏、溫度過(guò)高時(shí)，能夠進(jìn)行緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)停車(chē)并報(bào)警處理；具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，依據(jù)上位機(jī)的數(shù)據(jù)及截面能實(shí)時(shí)監(jiān)控帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并可進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及查詢(xún)，便于實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的智能管理。

2.2 帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)的硬件連接設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)連接如圖3 所示，PLC 作為主要的控制器，其工作可靠性對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響?？刂葡到y(tǒng)的硬件部分主要包括PLC 控制器、變頻器及電動(dòng)機(jī)、上位機(jī)及各項(xiàng)傳感器。

圖3 控制系統(tǒng)的硬件連接圖

2.3 帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)關(guān)鍵功能的設(shè)計(jì)

在帶式輸送機(jī)智能能耗控制系統(tǒng)中，主要依據(jù)載煤量的大小進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，對(duì)于載煤量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，顯得尤為關(guān)鍵。在運(yùn)行過(guò)程中，采用電子皮帶秤對(duì)載煤量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電子皮帶秤進(jìn)行測(cè)量的精度高，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。電子皮帶秤測(cè)量系統(tǒng)的原理如圖4 所示，主要包括工控機(jī)、避雷器、皮帶秤本體及傳感器組成。

圖4 電子皮帶秤測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電子皮帶秤測(cè)量系統(tǒng)中，帶式輸送機(jī)輸送煤炭的過(guò)程中，煤炭的重量作用于傳感器上產(chǎn)生響應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)傳輸至工控機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，然后將信號(hào)傳輸至智能能耗控制系統(tǒng)中，從而依據(jù)采集到的載煤量進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，并調(diào)節(jié)響應(yīng)的運(yùn)行速度。

3 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為煤炭輸送的主要設(shè)備，由于煤炭井下開(kāi)采的工況不同，不同時(shí)段進(jìn)行輸送的載煤量不同，采煤機(jī)保持恒定速度運(yùn)行造成一定的能耗浪費(fèi)，不利于礦井的節(jié)能減排及控制成本。針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了PLC 控制的模糊控制器，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能能耗控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了依據(jù)載煤量的不同，輸送帶運(yùn)行速度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)化水平，并降低了能耗，有利于帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)期使用，降低了煤礦的成本，提高了煤礦的綜合效益。