带式输送机智能调速系统研究及应用

带式输送机智能调速系统研究及应用

李赵磊，杨皓月，刘斌，田诚，李伟

摘要：带式输送机是依靠驱动滚筒带动输送带进行循环运行的一种物料运输设备，具有运行稳定性高、经济性好、物料运输方便的特性，被广泛应用在煤矿物料运输上。目前多数输送机系统主要采用了恒定带速运行模式，输送机在运行过程中带速和煤量没有匹配关系，导致输送机在多数情况下均为轻载运行，不仅导致了电能的浪费，而且加剧了输送机零部件的磨损，极大地影响了输送机系统的运行经济性和可靠性。

关键词：带式输送机；智能调速系统；应用

1带式输送机智能调速系统的重要作用

(1）带式输送机调速现状

目前煤矿输煤系统的自动化控制方案基本都采用人工手动启动或逆煤流启动、顺煤流停车的控制策略。在正常生产运输过程中，带式输送机一般采用固定带速运行。因运输距离长，参与依次接续运输的输送机数量多，采用逆煤流启动会出现前级多部设备长时间空载运行，致使整个运输系统启动时间较长，造成电能和生产时间的浪费。目前，输送机的主驱动电机大多配备变频器，但变频器仅作为软启动器使用，不能按照实际需求对输送机的带速进行自动调节，没有真正发挥变频器的节能作用。同时，设备轻载和空载运行率高，导致运输系统无功能耗过高，设备损耗高，有效使用寿命短。

(2）带式输送机智能调速系统的作用与优势

带式输送机智能调速系统是智能矿山运输系统的核心组成部分，采用顺煤流启动和智能煤流调速技术。一方面，输煤系统采用顺煤流启动方式，即从煤源侧向外依次启动输煤设备，直至完成整个输煤线路的设备启动。顺煤流启动方式缩短了输煤系统的整体启车时间，从根本上最大限度地减少了前级输送机空负荷运转时间，减少了电力资源和生产时间的消耗；另一方面，通过对输送机的载煤量（煤流量）进行实时监测，并根据载煤量智能调节输送机的运行速度，实现煤流的均衡控制，达到煤多快转、煤少慢转的目的，减小了系统无功损耗。带式输送机智能调速系统是输煤系统中实现降本增效、节能减排的关键技术，也是运输系统智能化、信息化的重要方面，是企业生产系统高效运行带来的一项增值服务。

2智能调速控制系统要求及结构

带式输送机智能调速控制系统的目的是根据煤流量的变化，实现对输送机带速的灵活调整，达到减少能耗、降低输送带磨损的目的。为了满足运行控制和日常运行维护的需求，要求该智能调控系统满足以下设计目标：系统能正常运行的核心是对煤流量变化情况的及时监测，因此系统需具备对煤流量变化情况进行不间断精确监控的能力；系统能够进行自检并对输送机的运行状态进行检测，出现异常后能够快速进行故障原因分析、故障位置定位、故障状态报警，便于维护人员对故障进行快速排除；输送机在运行过程中若出现跑偏、过载、打滑、堆煤等问题时，能够快速启动故障保护，避免出现安全事故；具备人机交互功能，在上位机监控界面能够清晰地显示出输送机系统的运行状态，监控人员能够通过人机交互界面实现对输送机运行状态的快速、精确调整。

结合带式输送机调控的工作需求，文章提出了一种新的带式输送机智能调速控制系统，其采用了基于PLC控制核心的电容双冗余技术，控制稳定性好，可靠性高。

在该控制系统中，通过煤量监测传感器对输送机上的煤量情况进行监控，通过带速、温度、转速传感器对输送机运行的速度及周边环境温度等进行监测。系统获取到煤量信息后，根据预先设定的煤量-带速对应关系表，输出输送机的最佳运行带速，然后再结合目前的带速情况，发出调整信号给变频器，由变频器控制输送机的驱动电机，实现对输送机运行带速的灵活调整。

3控制系统硬件结构

输送机系统的运行环境较为恶劣，对智能控制系统硬件结构运行可靠性的要求高，而且为了满足节能控制的需求，要求各个硬件结构具有较低的能耗，因此在对输送机智能控制系统硬件结构选型时，在保证运行可靠性的基础上，需要选择灵敏度高、能耗低的零件，而且在硬件系统进行设计时需要优化控制方式，通过模块化设计和集中控制方式，来满足可靠、节能的运行需求。

作为该硬件系统的核心，PLC控制器采用了西门子6ES71型，系统在工作过程中PLC控制器接收来自电子秤的数据信息，对输送带上的煤量进行分析，同时接收来自速度传感器的数据信息，对输送机的运行带速进行判断，确定速度调整数据后将其传输给变频器，控制输送机驱动电机的运行状态，进而实现对煤流-带速的动态调整。

在保护传感器监测模块中，设置了堆煤、撕裂、烟雾等传感器，用于对输送机的运行状态进行判断，及时进行功能性保护动作，提高输送机在运行过程中的稳定性和可靠性。

4带式输送机智能控制系统设计流程

4.1系统整体结构设计

在本次设计中，结合实际情况，选用西门子S7-400型PLC控制器作为系统控制的核心部件，基于该控制器对变频器进行调节，改变输出电压和频率，进行对输送带的控制。为实现对相关数据的采集，在系统设计过程中，布置多种类型的传感器对数据进行实时采集，采集到的数据经由控制模型进行分析和优化后，将相应参数输出至PLC控制器中，以实现节能控制。

在系统实际运行时，主控PLC基于以太网和上位机建立连接，井下集控PLC通过PROFIBUS通信协议向变频器传输控制信号，变频器接收到控制信号后，发送控制命令实现对变频器的控制。系统整体基于工业以太网建立连接，调度室工作人员基于上位机界面即可实时监测输送机的运行情况。

4.2系统硬件设计

考虑到煤矿开采过程中，井下环境较为恶劣，特别是高浓度的粉尘极易引起较为明显的电磁干扰。因此，在硬件设计过程中，设计人员基于MPI通信协议实现硬件设备与其他模块之间的连接。同时使用7520模块进行信号标准电位转换，以实现各个模块之间的通信。

在进行以上连接后，对系统采用的CP5611网卡进行设置，即可实现预期通信目标。在此基础上，为提升通信效率和质量，系统中的数据交换均采用串行通讯方式加以进行，基于RS-485信号传输方式加以通信，同时，为提高信号传输质量，设计人员基于光电耦合隔离的方式，对噪声进行屏蔽处理。

在此基础上，为实现智能控制系统的全部功能，本次设计中应用以下几类传感器设备：第一，选用GSC10型矿用速度传感器，测速范围为0～6m/s，主要用于输送带运行速度的监测。第二，选用GWD100型矿用温度传感器，测温范围为-5～45℃，用于对温度进行实时监测。第三，使用灵敏度级别为Ⅲ级的烟雾传感器，将其安装在驱动滚筒斜上方，实现对烟雾的监测。第四，应用跑偏传感器对输送带位置进行确定，该传感器探杆最大转动角度为70°。第五，在输送机头部安装堆煤传感器，对传送带堆煤情况进行监控。

4.3系统软件设计

在软件设计环节中，设计人员基阿于S7-400型PLC的编程软件对监控程序、诊断程序和编译程序分别进行了设计，相关程序同时写入监控计算机中，以实现软硬件之间的互通。在此基础上，软件部分的设计采用梯形图以及功能块的设计方式，将系统程序按照工作流程的不同功能分阶段进行编程实现，将任务从整体到局部功能进行分析。为实现软硬件之间的高效通讯，设计人员采用RS-485串行通讯端口及其转换模块加以实现。

结论

整体来看，运用智能控制系统对带式输送机进行智能控制，是煤炭开采领域技术发展的大势所趋。在实际工作中，应当结合各地煤矿的实际情况，基于智能技术的理念和方法，理论与实践相结合，对智能控制系统进行全方位的设计。本次实践也证明，带式输送机智能控制系统具有一定的优势，对于降低能耗和成本等方面具有突出作用，应当进一步研究其推广应用策略。

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