变频调速节能控制技术在带式输送机上的应用

王贺军

西山煤电集团有限责任公司东曲矿 山西 古交 030200

带式输送机是矿山运输的主要工具之一，运行过程中需要耗费较多能源资源的机械设备，减少矿井带式输送机的能源资源消耗，做到节能运行工作，愈发受到采矿企业的关注和重视。因此，对基于变频控制系统的矿井带式输送机节能技术进行分析研究，有着重要的经济价值和现实意义[1]。

1 带式输送机概述

随着科学技术发展和生产规模加大，带式输送机开始朝着大功率、大运量、长距离、多电机驱动及高速度等方向发展，并取得了比较好的应用效果。通常情况下，带式输送机主要是由拉紧装置、驱动装置、托辊、闭环承载输送带、改向滚筒等组合而成的一套复杂机电系统。带式输送机主要是以电动机为核心，能够为输送带运行提供所需动力，改向滚筒具备输送带导向作用，拉紧装置可以为输送带提供拉紧力，托辊可以用于支撑输送带以及减少输送带挠度。图1为带式输送机结构图。

图1 带式输送机结构图

在矿井带式输送机上应用变频技术，能够发挥出变频控制系统带速可调、变速节能运行的优点，同时避免操作人员对生产情况进行错误判断，避免出现生产事故。带式输送机变频系统运行过程中，通过对带式输送机上部煤量载荷大小进行分析后来掌握其载荷情况，并对皮带力矩的输送能力进行实时自动调整，从而实现变频控制。带式输送机控制系统由上位机、变频器、PLC控制器、电机及相关传感器设备等组合而成。

变频系统的主要构成包括 PLC 电控系统和机械传动系统两部分，电控系统主要是由 PLC 智能控制器、速度监控器、温度传感器、显示屏、电子秤以及供电保护装置等部分组成。作为中央枢纽，PLC 智能控制器是电控系统中最为重要与关键的部分，负责对监测数据进行接收和分析，并将指令传输至各个组件，以确保各组件的正常运行，不仅可以实现智能远程控制，而且还可以实现电机的变频控制。通常情况下，带式输送机的监测控制装置和信息采集器被安装在皮带重点监测区域和各转载点上，主要负责测控皮带负载变化情况。通过对中央电控系统与各种监控器进行有效调整和控制，可以实现电机变频，进而在保证皮带平稳运行的同时，降低故障率与磨损率。

2 变频控制矿井带式输送机节能技术分析

基于变频控制系统的矿井带式输送机节能技术能够有效地减少矿井带式输送机在实际工作运行中消耗的能源资源，起到节能效果，从而在绿色环保的情况下保证矿井生产开采工作。变频控制矿井带式输送机节能技术主要由硬件节能以及软件节能技术两个部分共同组成。以下将对变频控制矿井带式输送机节能技术进行分析探究[2]。

2.1 硬件节能技术分析

变频控制技术在矿井电机中的应用，可以实现对矿井带式输送机工作速度的有效控制和调整，在保证运输能力与运载量满足开采运输要求的情况下最大限度降低带式输送机运行的功率，从而实现节能效果。当前我国普遍使用的带式输送机驱动方式如下：

第一，调速型液力耦合器驱动，实现了涡轮机与离心式水泵的有效组合。这一驱动方式在带式运输机使用阶段具备的特点有：①可以确保带式输送机软启动，且随带式输送机主要参数的变化而对启动时间进行任意调节。②能够使电机空载启动，并选择尖峰力矩作为启动力矩，这样不仅可以缩短启动时间，而且还可以提高其启动能力。③在多机驱动过程中，可以确保多机顺序驱动，不仅可以降低对外界电网造成的冲击，而且还可以确保各电机功率平衡。④其液力传动特性，这一驱动方式能够隔离扭矩，减缓冲击。但调速型液力耦合器在实际应用阶段出现了部分问题，在启动过程中会导致液力耦合器机械效率为零，并且在电动机空载启动时，启动电流较大，会引起电网电压剧烈波动，造成电动机发热情况。同时，其容易导致输送带断裂老化，一旦液力耦合器长时间运行，就会导致其内部油温升高，不仅会导致多种问题，也会加大维护难度与成本，污染环境。

第二，液粘离合器驱动，又被称之为油膜离合器或粘滞离合器。这一驱动方式有着以下优点： ①改善系统的启动性能。②这一驱动方式所用电机功率与尺寸较小。③平稳启动带式输送机，可以实现在加速度与较低力矩状态下启动。④能够实现可控启动与停止。⑤能够精确控制速度与多驱动电机之间功率平衡。但这一驱动方式也存在着驱动电机空载启动，电网电压波动大，调速范围广，空载条件下无法长时间稳定运行，传动系统总体效率提升一般，发热量极大等不足。由此可见，变频控制技术在矿井带式输送机硬件中应用，能够通过降低启动功率、减少启动所需动力等方式实现节能，但也会带来一定的额外电力消耗，从整体效果看，硬件节能技术仍能够起到一定节能效果。

2.2 软件节能技术分析

变频控制技术在矿井带式输送机中所应用的主要节能技术为软件节能技术，即通过设计与应用自动节能运行软件，实现对矿井带式输送机的变频控制，达到节能效果。软件节能技术的应用效果关键在于软件设计质量水平，一般情况下，自动节能运行软件在设计中需要包括基本功能设计以及特有功能设计。基本功能包括用户界面全面支持、在线帮助功能、多视窗功能、系统文档资料与文件修改、系统连编功能等功能。特有功能应当包括智能图形化及文本编辑器功能、分层设计支持功能、实时诊断功能、数据库输入输出功能、支持多任务组织结构功能、系统导航功能、项目管理功能等。这些功能在实际应用中，能够合理对 PLC 进行控制，利用带式输送机信息采集器以及监测控制器等，获得矿井带式输送机在实际工作运行中的相关参数与状态，进而通过自动软件节能技术实现对带式输送机运行状态的分析，对带式输送机工作状态进行实时调整，在保证带式输送机能够满足运输效果的情况下最大程度降低带式输送机工作运行的功率，实现节能运行。

3 带式输送机变频控制技术发展前景

如今，在煤矿中变频控制带式输送机应用广泛，低带速、小功率掘进带式输送机中选择小容量、低电压的低压变频器，而在高带速、大运量与大功率主运输带式运输机中选择了大容量、高电压的中压变频器。变频控制系统带式输送机凭借其固有的特点在节能运行上有着先天优势，但相较于其他驱动方式带式输送机，差异化与优越性较为一般。因此，带式输送机变频控制技术的主要发展趋势为特色化与高效化，最大程度发挥其节能优势。

4 结论

在我国矿井带式输送机应用愈发普遍的背景下，对矿井带式输送机节能技术进行分析研究，有着重要的价值和意义。变频控制系统应用与矿井带式输送机上，有着诸多的优势优点，文章对基于变频控制系统的矿井带式输送机节能技术进行综合分析研究，并对节能技术进行阐述，希望能够帮助提高带式输送机节能效果。