CN206782733U - 胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，包括电机，电机分别设置在胶带输送机两侧，该控制装置还包括PLC控制器、与电机分别对应的变频调速装置，设置在胶带输送机的胶带上方的料流传感器、数据采集装置、速度传感器，料流传感器、速度传感器的信号输出端分别与数据采集装置的信号接收端连接，数据采集装置的信号输出端与PLC控制器的信息接收端连接，PLC控制器的控制端与变频调速装置的受控端连接，变频调速装置的输出端与电机相连，胶带输送机的上方设置有横跨于胶带上方的拱门，拱门上设置有刮板，PLC控制器能够实时调节变频调速装置的输出频率，使胶带输送机的输送量与速度相匹配，节能降效。

Description

胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置

技术领域

本发明属于输送设备技术领域，涉及矿用输送设备的调速装置，具体来说是胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置。

背景技术

胶带输送机是以输送带兼作牵引机构和承载机构的连续输送机械，由于胶带输送机输送能力大、运距长、工作阻力小、耗电量小，而且输送过程中破碎性小、撒煤少，降低了煤尘和能耗，因而被广泛的应用于煤矿井下工作面顺槽以及井下主要输送大巷中。胶带输送机是煤矿生产的主要输送设备，但在煤矿井下实际生产过程中，由于采区煤层分布不均匀，每天每个班次的采煤量也不均衡，从而导致煤炭输送设备如胶带输送机的输送量也随之变化。另外，在煤炭行业，选择带式输送机驱动电机时，由于要考虑运行的可靠性和生产中可能出现的过载等情况，都会留有较大的余量，这也常常造成“大马拉小车”的情况出现。然而，胶带输送机在输送量变小时，如果仍维持较高带速不变，不仅会造成输送设备不必要的机械磨损，而且白白消耗了大量的电能，使吨煤生产成本提高，效益降低。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，充分利用了胶带输送机的运载能力，而且减少了电机不必要的功率损耗，达到节能降效的效果。

本实用新型采用的技术方案是，胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，包括电机，关键在于，所述的电机分别设置在胶带输送机两侧，该控制装置还包括PLC控制器、与电机分别对应的变频调速装置，设置在胶带输送机的胶带上方的料流传感器、数据采集装置、速度传感器，料流传感器、速度传感器的信号输出端分别与数据采集装置的信号接收端连接，数据采集装置的信号输出端与PLC控制器的信息接收端连接，PLC控制器的控制端与变频调速装置的受控端连接，变频调速装置的输出端与电机相连。

优选的，所述的胶带输送机的上方设置有横跨于胶带上方的拱门，所述料流传感器、拱门沿胶带输送机输送方向依次先后设置，拱门上设置有刮板，刮板顶部连接电动丝杠升降机，电动丝杠升降机的受控端与PLC控制器的控制端连接。

优选的，所述的数据采集装置、变频调速装置分别借助光纤与PLC控制器连接。

优选的，所述的光纤为六芯屏蔽电缆。

优选的，所述的数据采集装置为矿用隔爆兼本安型数据采集箱。

优选的，所述的PLC控制器为矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，包括液晶显示屏和以太网通讯接口。

优选的，所述的变频调速装置为四象限矿用隔爆兼本安型变频器。

优选的，所述的非接触式传感器为矿用隔爆型料流传感器。

本实用新型的有益效果是：料流传感器检测胶带上输送量的变化情况，将信息传递至数据采集装置，数据采集装置将采集到的信号传递给PLC控制器，PLC控制器根据输送量的变化将控制信号实时发送至变频调速装置并控制变频调速器的输出频率，使胶带输送机按照与其输送量相匹配的速度运行，不仅充分利用了胶带输送机的运载能力，还减少了驱动电机不必要的功率损耗，达到了节能降效的效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的原理框架图。

附图中，1代表传送带，2代表料流传感器，3代表数据采集装置，4 代表电机，5代表速度传感器，6代表PLC控制器，7代表变频调速装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1-2所示，胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，包括电机4，关键是，所述的电机4分别设置在胶带输送机两侧，该控制装置还包括PLC 控制器6、与电机4分别对应的变频调速装置7，设置在胶带输送机的胶带1 上方的料流传感器2、数据采集装置3、速度传感器5，料流传感器2、速度传感器5的信号输出端分别与数据采集装置3的信号接收端连接，数据采集装置3的信号输出端与PLC控制器6的信息接收端连接，PLC控制器6的控制端与变频调速装置7的受控端连接，变频调速装置7的输出端与电机4相连，料流传感器2检测胶带1上输送量的变化情况，将信息传递至数据采集装置3，数据采集装置3将采集到的信号传递给PLC控制器6，PLC控制器6根据输送量的变化将控制信号实时发送至变频调速装置7并控制变频调速器7的输出频率，使胶带输送机按照与其输送量相匹配的速度运行，输送量高时，带速高，输送量低时，带速低，充分利用了胶带输送机的运载能力。

对于由多台电机4共同驱动的胶带输送机，变频调速装置7的数量与电机4相同，多台变频调速装置7之间采用主、从控制方式，设置其中一台变频调速装置7为主机，其他变频调速装置7为从机，主机中设置有速度和电流闭环控制，从机跟随主机的频率和电流变化并具有电流闭环功能，这样，在多台电机4共同驱动一台胶带输送机的情况下，PLC只要对作为主机的变频调速装置7进行输出频率调节，就能达到对胶带输送机进行速度调节的目的，而且，能够确保多台电机4的速度一致、电流一致，达到各电机4输出力矩一致的目的，以提高胶带输送机的调速性能并提高胶带输送机和胶带的使用寿命。

胶带输送机的上方设置有横跨于胶带1上方的拱门，料流传感器、拱门沿胶带输送机输送方向依次先后设置，拱门上设置有刮板，刮板顶部连接电动丝杠升降机，电动丝杠升降机的受控端与PLC控制器6的控制端连接，料流传感器2将检测的物料料厚传递至PLC控制器6，PLC控制器6根据设定时间段内的峰值控制刮板升降至一定高度，将胶带1上的物料进一步平整，使胶带1的负载更均匀，运输平稳，减少电机4的动能损耗，同时减少了胶带1 的磨损和撒煤现象，有效延长胶带1的使用寿命。

变频调速装置7借助控制电缆与电机4连接。

数据采集装置3、变频调速装置7分别借助光纤与PLC控制器6连接，光纤传输速度快，传输过程中信息的损耗小，具有较大的阻抗能力，可借助光纤将PLC控制器6设置在远处进行远程操作，并能保证信息的传输的及时性、准确性。

光纤为六芯屏蔽电缆，六芯屏蔽电缆具有带宽宽、传输速度快、保密性好、抗电磁场干扰、绝缘性好、寿命长、化学稳定性好的优点，保证信息传输的及时性和准确性，且使用寿命长。

数据采集装置3为矿用隔爆兼本安型数据采集箱，性能安全可靠。

PLC控制器6为矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，包括液晶显示屏和以太网通讯接口，性能安全可靠，能够现场或远程进行编程、控制以及数据上传。

变频调速装置7为四象限的矿用隔爆兼本安型变频器，四象限的矿用隔爆兼本安型变频调速装置具有以下特点：

软起动、软停止：起动/停止时间依据胶带机的长度任意可调，使胶带输送机具备平滑的起动特性，可取消液力耦合器，使电机4与减速器可以直连，同时，利用电机4的S型曲线加减速的特性，使得起动更加平衡，对机械系统的冲击减到最小；

起动电流小，对电网冲击小：由于采用S型曲线加减速，对机械系统冲击小，因此起动电流小，对电网的冲击也非常小；

起动转矩大，实现重载起动：这是变频调速装置7驱动下的电机4机械特性曲线，由这条曲线我们看到，在任何频率下，电机4都具有非常好的机械特性，同时，在电机4启动时，即可达到1.5-2倍的额定转矩；

多机联动及功率平衡：在胶带输送机多台电机4工作时，通过变频调速装置7之间的主从通讯，实现多机的实时功率平衡；

低速验带输出频率0.5-50Hz连续可调，可实现低速验带及电机4可执行的任意带速工作；

四象限变频器还可以将处于发电制动状态的电机的动能回馈电网，提高节电效果，减少制动过程的能量损耗，进一步达到节能、环保的功效。

料流传感器2为非接触式的矿用隔爆型料流传感器，以非接触方式来自动测量静态或动态的物体间的位移量，以非接触式传感器距被测物体间的直线距离，监测物料的厚度，实时显示采集结果，安全可靠。

根据《带式输送机选型与计算》有关要求，输送机每米胶带1上的物料重量q(运载能力)与输送机的输送量Q_C有关，那么当Q_C发生变化时，带速V和P_M之间的关系从下面三个阶段进行分析。

1、当给煤量Q_G＝0t/h时，输送机的输送量Q_C＝0t/h(假定输送机上无剩煤)，q＝0kg/m，输送机为空载运行。这时，如果将带速V调整到最低运行速度V₀，可得P_M＝F_U·V₀，其中Fu表示驱动滚筒圆周驱动力，此时电机消耗的轴功率最小；

2、当给煤量Q_G最大时，Q_C和q也为最大值，输送机将以最大的输送量满载运行。输送机的带速V也为最高速度，这时电机消耗的功率最大(可到额定功率)；

3、当给煤量Q_G由最大减少时，如果V保持不变(最高速)则Q_C减少， q也随之减少。因此q·V也有所减少，但可知，q·V减少只使负载功率减少，而对电机总的功率消耗影响有限，并且输送机高速运行也加大了整个系统的机械磨损。此时如果降低带速V，在当前的给煤量下使q恢复到最大值，这样不仅完全利用了输送机的运载能力，而且可以使V降到当前的最低值。由于V降下来后，q又升了上去，因而这时的q·V与降速之前的值基本相等，也就是说降速后对负载功率损耗影响不大，主要是减少了空载功率损耗。因而，这种节能的原理其实就是在输送量减少时，应尽可能的降低胶带输送机的带速，在当前的给煤量下使输送机达到最大运载能力时为止。这时的带速一定是最低的，空载功率损耗也是最低的，输送机也就运行在最佳的节能状态。

1)最低带速计算

输送机运行在额定工况时，输送机的输送量Q_C达到最大值Q_CM，且与给煤机最大的给煤量Q_GM相等，即Q_CM＝Q_GM。输送机每米胶带上物料重量也达到最大值q_M。输送机的运行的带速为最高速度V_M。由此可得出：

q_M＝Q_CM/3.6V_M (1)

将给煤机的给煤量降到其最大值的ρ倍即ρQ_GM(0＜ρ≤100％)，若保持带速不变，则输送机的输送量Q_C也会降到ρQ_CM，输送机每米胶带上物料重量也会降到ρq_M。按照节能分析的原理，如果降低带速而继续维持q_M不变，则有：

q_M＝ρQ_CM/3.6V (2)

由式(1)、(2)可得：V＝ρV_M (3)

即输送机的输送量降到其最大值的多少倍，使输送机的带速V也降到其最大值的多少倍时，就可以达到理想的节能效果。这也是根据煤量自动调速的依据。

2)节能效果计算

节能效果计算是按照输送量发生变化时，带速V维持最高速度不变时电机消耗的功率与带速V按节能要求改变后电机消耗的功率进行计算，求出两者之间的功率差，再按照不同负载段输送机运行的时间就可以求出输送机总的节能效果。下面从空载，满载和负载以20％满载的步进量变化时来进行节能分析。按照上面的定义，以每米胶带上的物料重量q来代表载荷，q_M代表满载，V_M代表最高速度，由电机消耗的轴功率公式P_M＝F_U· V求得。负载变化时带速变化按节能要求考虑。

假设输送机每天运行T小时，其中空载运行时间T₀；20％负载运行时间T_20％；40％负载运行时间T_40％；60％负载运行时间T_60％；80％负载运行时间T_80％；满载运行时间T_e。则输送机每天节约的电能为:

W＝(90％F_UV_MT₀+80％F_UV_MT_20％+60％F_UV_MT_40％+40％F_UV_MT 60％+20％F_UV_MT_80％)·10^-3。

根据某矿现场实际使用的实际运行记录，可以计算出负载变化时电机运行在50Hz时每天消耗的电能为5190kW·h；负载变化时电机运行在与负载相应的节能速度下时每天消耗的电能为4655kW·h。可见后一种运行状态比前一种每天节电：535kW·h。每年节电536×360＝192960kW·h，粗略估计电费节约18万元每年。

本胶带运输机变载荷节能调速自动控制装置采用先进的料流传感器2 检测胶带机上煤量变化情况，通过控制与变频调速装置7形成闭环控制，胶带运输机在输送量发生变化时，实时适度的调节和控制变频调速装置7 的输出频率，使胶带输送机按照与其输送量相匹配的速度运行，不仅充分利用了胶带运输机的运载能力，而且减少了驱动电机4不必要的功率损耗，达到节能降效的效果。

Claims (8)

1.胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，包括电机(4)，其特征在于：所述的电机(4)分别设置在胶带输送机两侧，该控制装置还包括PLC控制器(6)、与电机(4)分别对应的变频调速装置(7)，设置在胶带输送机的胶带(1)上方的料流传感器(2)、数据采集装置(3)、速度传感器(5)，料流传感器(2)、速度传感器(5)的信号输出端分别与数据采集装置(3)的信号接收端连接，数据采集装置(3)的信号输出端与PLC控制器(6)的信息接收端连接，PLC控制器(6)的控制端与变频调速装置(7)的受控端连接，变频调速装置(7)的输出端与电机(4)相连。

2.根据权利要求1所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的胶带输送机的上方设置有横跨于胶带(1)上方的拱门，所述料流传感器、拱门沿胶带输送机输送方向依次先后设置，拱门上设置有刮板，刮板顶部连接电动丝杠升降机，电动丝杠升降机的受控端与PLC控制器(6)的控制端连接。

3.根据权利要求1所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的数据采集装置(3)、变频调速装置(7)分别借助光纤与PLC控制器(6)连接。

4.根据权利要求3所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的光纤为六芯屏蔽电缆。

5.根据权利要求3所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的数据采集装置(3)为矿用隔爆兼本安型数据采集箱。

6.根据权利要求3所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的PLC控制器(6)为矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，包括液晶显示屏和以太网通讯接口。

7.根据权利要求1所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的变频调速装置(7)为四象限矿用隔爆兼本安型变频器。

8.根据权利要求1所述的胶带输送机变载荷节能调速自动控制装置，其特征在于：所述的料流传感器(2)为非接触式的矿用隔爆型料流传感器。