基于PLC控制的运输机节能技术

仇文阳

（山西省阳泉煤业(集团)有限责任公司选煤中心，山西阳泉045000）

引言

伴随煤矿生产规模不断扩大，井下带式运输机的运载能力、功率等也获得持续提升，但随之带来的是巨大能耗的增加。根据相关调查统计可知，现阶段我国矿井电机装机容量总值已经达到40 000亿kW，其耗电量高达全国用电总量的一半。不仅说明电动机在全国各个行业有着广泛的应用，同时也表明我国电机的能源利用水平仍然较低。其中，电机运行均为恒速运行，而不能够根据实际工况进行调节，从而引起了大量的能源浪费[1-2]。

1 井下运输机工作原理分析

井下运输装置是运输皮带绕经换向滚筒和驱动滚筒后构成的环形封闭带。其上下两部分均依靠托辊井下支撑，并由拉紧装置向其提供正常运行所必须的拉紧力。在运输机运行时，电机通过滚筒向运输带传导转矩，使其连续运行，所以，运输机运行过程中，运输带即牵引组件又是承载组件，不仅需要一定的强度，更需要良好的承载性能。运输的物料均是装载至承载段上部后经运输在机头滚筒处进行卸载，中间也可以借助转载装置进行中间转卸载。带式运输机结构示意图如图1所示[3]。

2 运输机节能分析

图1 带式运输机结构示意图

运输机运输功能的有效发挥关键需要依托于摩擦力，即带式运输机必须依托于阻力转换电能生产运行所需驱动力。一般而言，运输机在运行过程中所受阻力类型有三种，其分别为基本阻力、倾斜阻力和附加阻力。随着运输机物料传输速度的提高，则运输过程中需要克服的阻力也越大，相应的电机能耗也逐步增加。基于此，通过减小运输运输速度可以显著提升能源的节约水平。但当运输速度降低时，运输机的运输能力也会相应减小，进而制约井下生产的高效、高速开展，同时为确保运输量，就必须增大所运输物料的密度，同时造成运输带张力的提升。综合考量上述要素，为保障运输的安全性，运输物料的密度必须限定在特定的安全范围内，即充分根据生产的需求和所承载物料的多少，对运输机速度进行实时调控，实现速度同运输量的相互匹配，在最小的能耗下实现运输量的最大化[4-5]。

3 运输机节能控制系统设计分析

针对运输机运输过程中的能耗问题，设计相应的节能系统，通过在煤仓布设料位计对其运输量进行监测，进而向节能调控装置反馈所得数据，并基于此对比分析运输机运输量。当运输量小于运输机设计运载量时，通过调控给煤开关，增加给煤量，以确保运量能够尽可能接近设计运量，从而实现运输机运输效率的最大化，避免电能的无端浪费。其系统结构示意图如下页图2所示[6-7]。

考虑到煤矿生产作业环境的相对恶劣和地质状况的复杂多变，对运输机的正常运行造成不良影响。基于此，在进行系统设计时必须对系统的稳定性加以充分考虑。此次设计，经过充分论证最后选取型号为S7-300的PLC控制芯片，并选取PROFLBUS型总线结构充当信息传输的联通模式，并通过I/O通信模块和上位机实现对操控指令的有效传达。

图2 运输机节能系统结构示意图

3.1 PLC控制系统分析

PLC控制系统属于一种固态电子设备，能够借助输入/输出装置的信号传导与数据存储，实现对设备运行的有效调控。本次设计考虑到运输过程中控制输出及输入点数的需求较大，选用型号为S7-300的PLC控制芯片，其选用模块式设计结构，具备快速的数据分析处理能力，可以借由浮点数的高效结算对复杂内容实现快速求解。此外，该PLC芯片还兼具数据自动传输、故障自动诊断和系统自动保护等多种功能，可以很好地满足进行运输调节的需求。

3.2 煤仓料位计设计

料位计的核心功能便是对煤仓内的煤炭存储情况进行测定，此次设计所选用型号为SBD/STD的测量装置，该装置实现了对包括颗粒粉末在内的大部分流体的物位测定，从而有效确保煤仓内煤炭储量测定的精准度[8]。

3.3 皮带秤设计

皮带秤一直是实现运输机节能运行的关键要素之一。其功能是对运输机的实际载荷进行实时测定，从而保证运输带所承载物料始终处于安全系数范围内。现阶段，应用较为广泛的两种皮带秤类型分别为电子秤和核子秤。本次设计中选用型号为ICS的电子皮带秤，其具有结构简洁、称量准度高、操作简单、日常维护管理方便等诸多优点，可以充分满足井下使用需求。

4 结语

PLC控制系统作为现代化的智能控制装置，对于实现运输的变频调速有着不可替代的重要作用。矿井管理者理应结合实际情况，将PLC控制技术合理地融入到运输设备的日常控制中，在确保井下运输高质开展的同时最大化节约能耗，为绿色矿山建设和矿井经济效益提升提供保障。

[1]谢青海，黄亮.基于PLC的煤矿带式输送机的电气节能技术研究[J].煤炭技术，2012（1）：40-42.

[2]董志超.胶带运输机变频调速节能分析[J].内蒙古煤炭经济，2014（4）：144-145.

[3]李亮青，李红勇.变频节能技术在皮带运输杌上的应用[J].科技创新导报，2014（14）：40.

[4]张永山，孟庆霞，付超魁.胶带运输机的节能化改造与分析[J].科技资讯，2006（27）：23.

[5]郑津津.皮带运输机效率优化的研究[D].淮南：安徽理工大学，2015.

[6]王向前.煤矿运输机中的变频调速技术[J].煤炭科技，2015（4）：98-99.

[7]郑慧.井下带式输送机用变频调速技术的研究[D].青岛：山东科技大学，2005.

[8]孙汪萍.长距离带式输送机节能优化策略的研究[D].合肥：合肥工业大学，2015.