变频调速技术在矿井运输系统中的节能应用.pdf

自动化应用系统解决方案变频调速技术在矿井运输系统中的节能应用王利红（煤炭科学技术研究院有限公司北京分公司，北京10 0 0 13）摘要：为降低矿井皮带空载、轻载条件下的电力能耗，本文采用变频调速技术与激光视频监测技术相结合的方式优化改进电动机，提高对皮带煤流系统的监测准确度，建立井上下远程自动监控系统，设置皮带不同煤流量与带速的对应区间，通过煤流监测反馈控制皮带实现自动变频调速，将皮带运行小时能耗降低至原来的6 4.4%，为矿井节约电费成本19 4.3万元/年。关键词：胶带输送机，变频调速，激光监测，运载量，电力成本中图分类号：TD63，T H 2 2 2Energy Saving Application of Frequency Conversion Speed Regulating Technology in Mine(Beijing Branch,Coal Science and Technology Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100013,China)Abstract:In order to reduce the power consumption of the mine belt under no-load and light load conditions,this paperadopts a combination of variable frequency speed regulation technology and laser video monitoring technology to optimize andimprove the motor and improve the monitoring accuracy of the belt coal flow system.The remote automatic monitoring systemup and down the well is established to set the corresponding interval of different coal flow and speed of the belt.Through thecoal flow monitoring feedback control belt to realize automatic frequency control,the belt operation hours energy consumptionreduced to 64.4%of the original,saving the electricity cost of the mine 1.943 million yuan/year.Key words:belt conveyor,frequency control,laser monitoring,carrying capacity,electricity cost文献标识码：ATransportation SystemWANG Lihong西九煤仓0引言煤仓现代化大型煤矿在实现煤研石长距离运输时，为了避免运输路径过长，增加日常巡查维修的难度，同时为了减少皮带满载运输时，容易造成滚筒电机过载的故障风险，通常采取分段式安装多部皮带构建完整的运输系统。作为矿井运煤出研的重要运载工具，胶带输送机主要服务于采煤工作面和开掘头面，由于采掘作业地点的工艺流程复杂，不能做到长时间连续性出煤出研，导致皮带在运行期间多数时间处于空载、轻载状态，不能发挥额定功效,加剧了皮带的磨损消耗与电力资源浪费，增加了电费生产成本支出。因此，本文通过优化皮带电机的变频技术,将原有的定速模式改为调速模式，并利用摄像头与红外激光监控技术实现对皮带不同运行状态运载量的实时监测，经数据回传计算，远程控制主运输系统皮带装置实现与运载量匹配的变速模式运行,以降低设备磨损与电力消耗1-2。常村煤矿主运输系统多组皮带装置布置如图1所示。作者简介：王利红，女，19 8 1年生，工程师，从事矿山自动化方面的设计及研究工作。48|自动化应用机尾煤仓集运带式输送机中央煤仓图1矿井主运输系统多组皮带装置布置1变频系统装备配置为有效调控皮带运行速度，需实时监测皮带运行状态下带面的实际煤炭装载量情况。结合高清摄像头与红外激光技术，连接人矿井主煤流系统中，给主井提升运输的每部皮带设备各安装一组摄像监控装置，构建具有煤流监测、数据采集、自动检索计算、变频调控、远程监控和带速匹配等功能的完整控制体系。每组激光摄像头对应一部皮带设备，可实现对单组皮带运行状态的采集控制，减少对其他设备的干扰影响,形成独立操控。变频系统装备配置如图2 所示。如图2 所示，为实现各部设备的独立监控运行，本文采用了数字模块化的管理方式，主要功能及结构机尾煤仓西大巷带式输送机西九带式输送机系统解决方案自动化应用包括3点：（1)地面控制系统，由地面控制管理平台构成，多次比对后得出，红外激光监测技术的实际误差仅有该平台具有高度集成化优势，采集井下所有皮带设备运行0.73%，符合误差精度的要求。状态的数据后，进行集中显示，通过数字化转换更加直观为提高井下矿用视频监控设备的安全性，要求视频装可读，也可对分系统设备下达指令操控，在紧急条件下实置必须具有防爆性能，而且井下环境处于高温高湿状态，现快速停机处理；（2)红外激光摄像监测利用激光与摄像要求视频装备具有防潮和耐腐蚀性，为了拍摄高清画面，装置实现对皮带煤流量的2 4h在线监测，确保了皮带运应减少煤尘条件和其他因素的干扰影响，摄像头前方镜面行与数据采集的对应连续性，同时提高了煤量数据的监测应设置双层或多层，且具有自清洗和自洁净功能，确保画准确度；(3)调频控制子模块对皮带电机的变频器设置若面质量清晰可靠。干调速范围，控制速差，经过高清摄像采集数据的计算分以太网光缆析，监测不同时段皮带上运载煤量的大小，自动下达指令，操控皮带调速至合适范围，实现远程控制。基于激光辅助视觉技术的带式输送机煤流量监测装置带式输送机变频调速控制装置控制装置1|变频器1一1控制装置2|变频器2控制装置3|变频器32激光摄像监测工作原理传统监测煤流量的手段主要为在转载落煤点附近安装电子秤，或通过超声波监测煤量，但监测数据无法实现连续性和实时传输，技术人员分析数据存在滞后性，且称量数据误差较大，不具备参考价值，无法通过该方法及时调控带速。将激光摄像技术引人煤流量监测工作中，解决了监测数据连续性和时效性的问题。为避免摄像装置安装位置不符合要求，造成设备损坏，或影响大块煤研石的正常运输，经实地勘察和测量调试，选择安装在皮带运行中轴线方位上，距离皮带的高度为1.2 1.5m，调试角度与水平方向夹角呈45 6 0，摄像头监控方向与皮带运行方向相对,可完全看清皮带带面宽度范围内所有运载情况3。为避免运输大巷内煤尘较大遮挡摄像头监控视线，在摄像头前方10 15m处安装一组高压喷雾装置，确保雾化效果完好。对摄像头采集到的高清数据进行图像数字化处理后，利用以太网经过环网交换机回传至地面控制系统进行分析计算，得到数字化的煤流量信息。激光摄像监测原理如图3所示。当监控图像回传至地面后，操控平台首先切割分析图像,将带面中显示的煤炭进行条纹化处理，计算每个条纹单元堆煤量的截面积，结合当时的皮带带速、单位时间内皮带运行通过的距离长度、吨煤容重等参数进行乘积计算，得到实时带面的煤流量数据。与电子秤测量数据进行激光发射器摄像机环网交换机激光菜小摄像头发射器电动机1650集运带式输送机激光集1发射器小摄像头电动机西大巷带式输送机激光L岁发射器票小摄像头O电动机西九带式输送机图2 变频系统装备配置皮带及煤流矿井输煤系统地面控制管理苹台矿井输煤系统图3激光摄像监测工作原理地面控制管理平台环网交换机皮带托辊3变频系统速控应用皮带实现变频系统的速度调控主要依赖调频控制子模块对数据的指令分析与下达。当接收到由环网交换机发出的皮带运行载荷发生变化信息后，传输至控制箱，主要包括电源系统、数字量输入模块、模拟量输人模块、功率监测模块、通信模块，以及S7-1200型PLC集成控制器等，根据指令要求传达信号至皮带电机变频器，调整电动机频率后完成皮带转速的调控。载荷参数变化对皮带的摩擦、跑偏、滚筒部件旋转阻力和温度等都会产生变化影响，此时，负责皮带运行保护的各类传感器，如堆煤传感器、撕裂传感器、烟雾传感器、跑偏传感器、速度传感器和温度传感器等装置都开始投入工作，采集各种数据参数，避免安全风险事故的发生。当控制箱汇总各处传感器采集的信号后，经过分析判断无数据异常,则皮带完成调速后的正常运转，若出现传感器报警或数据异常，如跑偏传感器报警，则说明转载点落煤时偏离皮带运行中心线，容易导致防跑偏辊摩擦皮带，造成设备磨损，还有可能导致摩擦起火发生事故，需对传感器的监测数据进行敏锐分析，防止变频调速后发生安全事故4。变频信号传输控制原理如图4所示。4应用效果与经济效益常村煤矿主煤流系统皮带运行额定载荷为2 0 0 0 t/h，运行速度为4.2 m/s的定速模式，可承载的最大值线密度达17 0 kg/m。采用变频调速技术后，为避免皮带运行速差过大，或承载载荷变化大造成对滚筒轴承的负荷压力，产生轴承磨损或折断，导致设备故障，应设置多级变速，将不同载荷划分为满足设备安全性能要求的带速区间范围，以2023|16期|49自动化应用系统解决方案降低突然减速或加速产生的瞬时负荷对设备造成的影响。皮带载荷与带速设置如表1所示。表1皮带载荷与带速设置关系皮带煤流量Q/t/h）带速/m/s）Q16004.21200Q16003800Q12002400Q8001Q4000.8工控上位机车煤流量监测装置环网交换机堆煤传感器控制装置撕裂传感器S7-1200烟雾传感器数字量输入模块模拟量输入模块跑偏传感器功率监测模块变频器电动机带式输送机图4变频信号传输控制原理由表1可知，当煤流量超过16 0 0 t/h时，最佳运行带速为4.2 m/s；当煤流量在12 0 0 16 0 0 t/h时，最佳运行带速为3m/s；当煤流量在8 0 0 12 0 0 t/h时，最佳运行带速为2m/s；当煤流量在40 0 8 0 0 t/h时，最佳运行带速为1m/s；当煤流量小于40 0 t/h时，最佳运行带速为0.8 m/s。经实践运行验证，该变频区间可满足皮带安全运行需要，未发生变频后的数据监测异常及安全事故。分析比对变频后的带速数据，相较于定速模式的长期4.2m/s状态运行，调速后皮带平均速度降低为2.48 m/s，为原有速度的40.1%；主煤流系统的所有皮带单时耗电量由原来的57 4kW降低至36 9.8 kW，为原有能耗的6 4.4%。除每天定期检修的4h外，按皮带日运行时长2 0 h，月工作30 天，工业用电平均电费0.7 3元/度计算，全年可节约电费支出19 4.3万元，产生可观经济收益。5结语(1)采用激光测量与视频监控技术实现对皮带不同运行状态下煤流量的实时监测，建立井上下远程控制监控体系，极大地提高了系统对设备运行的操控效率。对主煤流地面系统系统内所有皮带设备安装视频监控装置，实现了对不同设下系统备运载情况的分别监测和独立控制，避免设备之间调控的相互干扰，形成了独立完善的子系统。电源系统速度传感器温度传感器通信模块(2)建立完善的各类保护传感器，加强在皮带调频变速期间和变速后的运行参数监测，降低了因数据异常和运行状态异常可能发生的事故风险。将皮带煤流量与适应带速设置为5个较合理的区间范围，确保了调频变速的安全过渡与变速后的稳定运行。(3)经实践检验，变频调速控制技术全年节约2 6 6.3万度电，为矿井节省电费成本19 4.3万元，具有较高的技术应用价值。1元江博，李雪方.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用J.能源与节能,2 0 2 2(2):146-149.2乔小娟.节能技术在皮带输送机中的应用研究J.机械管理开发,2 0 2 2(11):144-146.3章通行，陈欢，沈炳华.皮带输送系统的节能技术分析J.电子技术,2 0 2 3(1):110-111.4姜鑫，王佳琪.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用探讨J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 2(9)：130-132.参考文献（责任编辑：李慧）(上接第 47 页)制平台降低了闸门管理难度和劳动强度，从而降低了供水成本，使农民使用放心水有了技术保证。作为农业节水项目的信息化配套工程，改造后的水闸实现了灌区流量统一调配，优化配置了水资源，增加的灌溉引水量进一步改善了灌溉条件，实现了灌区农业增产、农民增收，造福了整个灌区民众。1李燕.德州市水利信息化系统发展现状分析J.海河水利，2017(3):6870.2何立军.基于物联网技术的水闸自动化远程控制方法J.农业科技与信息,2 0 2 2(18):8 8-9 1.3翟国庆,江剑,李武林，等.基于Web的水闸自动化管理系统设计J.世界仪表与自动化,2 0 0 7(4)：53-54.4杨栋梁,水闸自动化控制系统J.中国仪器仪表,2 0 0 9(2)：8 2-84+88.5晏涛,夏向学.大数据技术在水利统计查询分析系统中的应用J.水利信息化,2 0 2 2(4)：50-54.参考文献6张光碧，邓军,刘超，等.河道水流三维流速场的数值模拟研究J.四川大学学报：工程科学版,2 0 0 7(1)：58-6 2.(责任编辑：黄霞）50|自动化应用