掘进面带式输送机智能变频调速系统的研究及应用

李晓杨

摘要：掘进面运煤系统设备负载不均衡、利用率相对较低，设备轻载、空载运行时间相对较长，在设备运行时间不变的情况下，为减少设备轻载、空载运行造成的电能浪费及部件损耗，研制出一套带式输送机智能变频调速系统，根据实时运输煤量的多少调节输送机运行速度，实现对带式输送机的智能控制显得尤为必要。

关键词：带式输送机；变频调速；智能控制

结合东庞矿深部水平极复杂的地质条件，掘进面带式输送机运输无法达到满载运行，即出现所谓的“大马拉小车”现象。运煤系统在无物料的情况下，由于各种原因无法及时停车，电机空转带来的电能浪费、配件损耗巨大。本文中由我矿参与研制的带式输送机智能控制系统，能够有效改善掘进面设备利用率低，可运煤量远超实际出煤量的情况，减少了设备轻载、空载运行造成的电能浪费及配件损耗。

1 技术方案

智能變频调速工作原理是依托传感器信号源、变频器、控制器等紧密配合完成空间数学模型建模，实现输送机智能变频调速功能。即实时测定物料的多少，根据物料多少的变化自动调节电机输出频率来实现输送机的高低速运行。

如下图所示，传感器1～3检测距离分别为d1～d3，检测距离d1= J1" J1；d1～d3分别代表每个传感器检测煤层的厚度，实时采集传感器传回的数据，控制器采集到的信号源依据事先设定好的数学模型进行运算，然后输出4～20mA信号控制变频器的输出频率，最终完成电机转速的控制。

煤量检测示意图

电机转速分为初始速度、慢速、中速、高速，满足条件如下：

（1）掘进机工作开始前，给带式输送机启动命令，带式输送机以初始速度运行。

（2）当传感器传输信号符合低速运行条件且皮带运载物料的占空比达到设定目标值时，输送机自动切换低速运行。当传感器长时间检测不到物料信号时，低速运行时间达到目标值后自动调整运行需求的速度。

输送机运行时的物料在整条皮带的占空比定义为D=L物料/L总长（L物料为物料在皮带上的叠加长度，L总长为带式输送机的总长度），只要输送机运行时的物料在整条皮带的占空比D大于设定的低速段占空比DDS时输送机就自动切换到低速运行。

（3）当传感器传输信号符合中速运行条件且皮带运载物料的占空比达到设定目标值时，输送机自动切换中速运行，当传感器长时间检测不到物料信号时，中速运行时间达到目标值后自动调整运行需求的速度。

只要输送机运行时的物料在整条皮带的占空比D大于设定的中速段占空比DZS时输送机就自动切换到中速运行。

（4）当传感器传输信号符合高速运行条件且皮带运载物料的占空比达到设定目标值时，输送机自动切换高速运行，当传感器长时间检测不到物料信号时，高速运行时间达到目标值后自动调整运行需求的速度。

只要输送机运行时的物料在整条皮带的占空比D大于设定的高速段占空比DGS时输送机就自动切换到高速运行。

2 系统配置明细及单元功能

2.1 配置明细

（1）矿用隔爆兼本质安全型BPJ1160/1140交流变频器；

（2）矿用隔爆兼本质安全型可编程控制箱；

（3）CMOS激光传感器及安装支架。

2.2 单元功能

（1）变频器的功能：主要调节电机转速，达到控制输送机的运行速度；

（2）控制箱的功能：完成信号的采集、数学模型逻辑运行控制及控制信号命令的发出；

（3）激光传感器功能：实时检测物料的状态，信号源的发出端。

3 耗材节能分析

通过物料的多少来控制输送机的初始（1.0m/s，25Hz）、低（1.2m/s，30Hz）、中（1.6m/s，40Hz）、高（2m/s，50Hz）等速度，避免输送机轻载、空载时电机全速运转，即在输送机速度控制适当时可大幅降低输送机的机械材料损耗，损耗部分主要包含滚筒、皮带、托辊等的磨损。

该系统在东庞矿2914掘进面轨道巷迎头一部DSJ100/80/200（老型号DSP1080）带式输送机成功投入使用，每百米每月平均消耗材料费用为8850元，使用该系统后，每百米每月平均消耗材料费用为7090元，材料损耗降低约19.8%。掘进面安装带式输送机长度按800m计算，该掘进面每年可节约材料资金（88507090）×800/100×12（月）=16.9万元。

4 系统不足

（1）变频器与控制箱不是一个整体，应把变频器与控制箱集为一体，方便掘进延伸皮带及岗位工操作；

（2）激光传感器输出信号为4～20mA模拟量信号，最大传输距离为100米，不能满足井下现场实际生产需要。

5 结语

带式输送机智能变频调速系统通过实时测定物料的多少，并根据物料多少的变化自动控制电机输出频率，实现运输机的高低速运行，达到降低皮带输送机部件磨损、延长部件使用寿命的效果，节省耗材的同时减少了设备维护人员的工作量。长期应用惠及职工、惠及企业，煤矿机械化自动化程度也得到了提高。

参考文献：

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[2]程国栋，左东升，吴玮，赵文翰.煤矿皮带机变频调速系统的实现[J].变频器世界，2011（09）.

[3]韩寅生.井下皮带机变频调速的应用[J].江西煤炭科技，2006（01）.