带式输送机智慧调速运行控制系统的研究_曲荣超.pdf

1552023 年第 5 期曲荣超等：带式输送机智慧调速运行控制系统的研究曲荣超等：带式输送机智慧调速运行控制系统的研究收稿日期 2022-10-31作者简介 曲荣超（1985），男，山东烟台人，2017 年毕业于山东科技大学自动化专业，本科，助理工程师，从事机电设备维修工作。带式输送机智慧调速运行控制系统的研究曲荣超 王 璐 朱国强（山东李楼煤业有限公司，山东 菏泽 274000）摘 要 为了解决李楼煤矿带式输送机系统在运行过程中联动调速性能差、能耗高、磨损大的不足，提出了一种新的煤矿井下输送机系统智慧调速运行控制系统，采用了全新的高压变频控制及煤流量自动检测技术，实现了输送机系统根据输送带负载情况自动调节运行带速。根据应用表明，该控制系统能够将输送机组的联动运行带速降低 37.2%，将输送带的磨损量降低 22.4%。关键词 输送机；变频控制；煤流量自动检测中图分类号 TD63+4.1 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.050Research on Intelligent Speed Regulation Operation Control System for Belt Conveyor Qu Rongchao Wang Lu Zhu Guoqiang(Shandong Lilou Coal Industry Co.,Ltd.,Shandong Heze 274000)Abstract:In order to address the shortcomings of poor linkage speed regulation performance,high energy consumption,and high wear during the operation of the belt conveyor system in Lilou Coal Mine,a new intelligent speed regulation operation control system for the underground conveyor system in the coal mine is proposed.It adopts a new high-voltage frequency conversion control and coal flow amount automatic detection technology,achieving automatic adjustment of the conveyor systems operating belt speed based on the load condition of the conveyor belt.According to the application,this control system can reduce the belt speed of the conveyor units linkage operation by 37.2%,and reduce the wear amount of the conveyor belt by 22.4%.Key words:conveyor;variable frequency control;automatic detection of coal flow rate 曲荣超等：带式输送机智慧调速运行控制系统的研究曲荣超等：带式输送机智慧调速运行控制系统的研究李楼煤矿主斜井带式输送机额定运量 1800 t/h，输送机整体长度 1844 m，输送机系统布置倾斜角为010，输送带宽度为 2 m，运行时的额定带速为5.7 m/h，采用 4 个功率为 2800 kW 的驱动电机控制，系统采用了液压盘式制动和液压绞车张紧结构。除主输送机系统外还包括 3 组其他输送机，共同构成输送机运输系统。目前该输送机系统由于联合运行控制策略的缺失，导致输送机系统在运行过程中均按最大运输量采用定速运行模式，系统运行能耗高、磨损大，限制输送机系统运行经济性的进一步提升。结合输送机系统的连续运行特性，从降低物料运输成本、减少输送带磨损的角度出发，项目组提出了一种新的煤矿井下输送机系统智慧调速运行控制系统，以实时煤流量监测和高压变频控制为核心，实现了输送机系统根据煤流量情况自动调节系统的运行带速，在保证物料运输可靠性的基础上降低了输送机系统的能量消耗，提高了运行经济性。根据实际应用可知，该控制系统能够将输送机组的联动运行带速降低 37.2%，将输送带的磨损量降低22.4%，显著地提升了输送机系统的运行经济性，具有较大的应用推广价值。1 输送机智慧调速运行控制系统输送机系统智慧运行调速系统的核心是能够对各个输送带上的煤流量情况进行准确判断，然后结合上下游输送机系统的运行情况，制定合理的运行带速，使各个输送机能够根据实际情况灵活地调整在不同时间下的运行速度，进而降低在运行时的能量消耗，减少输送机在运行时的磨损，提高整个输送机系统的运行经济性。结合输送机系统运行的实际需求，项目组所提出的输送机智慧调速运行控制系统包括了地面控制1562023 年第 5 期和井下控制两个部分，采用了闭环反馈控制的逻辑，能够准确地根据煤流量变化情况对各个输送机的运行带速进行调整。李楼煤矿带式输送机组整体控制系统如图 11。图 1 输送机智慧调速运行控制原理由图 1 可知，该运行控制系统的总的 PLC 控制中心设置在地面控制部分，能够根据整个输送机系统的运行监测结果向不同分区 PLC 发出速度调控信号。各个分区 PLC 控制箱和对应的区域输送机相连接，实现对各个输送机运行状况的智能调节，最大限度地降低输送机系统的空载和轻载运行率，提高物料的运输经济性。变频器是该控制系统的核心，能够根据 PLC 发出的调控指令，灵活地调整各个输送机系统的运行带速，从而实现输送机系统的低功耗运行，因此在选择变频器时需要保证其具有高可靠性和灵敏的调节性。PLC 系统是该输送机调节控制的核心，因此在其控制模式中需要满足对输送机的启停控制、保护控制、远程监控及分析控制、输送机运行状态显示等。2 高压变频配电控制为满足输送机系统的灵活配电需求，对供电系统进行改造，采用了高压变频配电控制方案，以KYN28-12 型高压配电柜2为核心，采用 RS-485高速通信网络，具备“五防”功能和电气保护功能3。在控制过程中变频器主回路的分闸控制命令必须要从变频器处直接发出，不能通过分区 PLC 控制系统发出，以提高系统的工作灵活性和可靠性，保证对输送机系统变频调速的精确性。当系统内的断路器处在工作状态时，其控制信号需要由变频器发出，不得由断路器发出，从而提高系统的工作可靠性，避免因电压波动导致的误动作异常。当带式输送机在运行时遇到紧急情况需要进行紧急制动时，变频器不仅要输出分闸节点，而且还需要输出动作于欠压脱扣线圈的故障跳闸节点，确保变频器保护动作的实现。该变频器系统的主回路高压变频控制电路结构如图 24。由于该控制系统的使用环境较为恶劣，因此对变频器的使用可靠性要求较高。经过对比验证后选择了 ACS5000 型变频器，其整体零部件较少，应用可靠性高。针对输送机系统在运行过程中可能出现过负荷的情况，因此所使用的变频器能够输出的电流需要大于输送机的额定工作电流，而且其最大输出电流应大于输送机额定工作电流的 2 倍，能够在该输出电流情况下保持连续 1 min 的持续输出，间隔输出时间不大于 10 min，满足输送机系统在停止后快速启动的要求。图 2 高压变频控制电路结构示意图3 煤量视频监测系统该控制系统的核心是对输送机上煤量的自动识别，针对传统皮带秤称重方案所存在的精确性差、波动大的不足，提出了一种基于视频识别的煤量智慧检测系统5。其能够通过图片分割及识别，自动对输送带上的煤量进行判断，实现非接触式连续煤量识别，具有识别精度高、可靠性好的优点。煤量视频监测布置结构如图 36-7。图 3 煤量视频监测系统布置示意图煤炭在输送带上堆积后会形成煤炭堆积轮廓及煤炭堆积边界线，系统在工作时首先通过视频识别装置对输送带上的煤炭分布情况进行录像，然后截取煤炭堆积图片，利用图像分割7和识别技术对煤炭的轮廓及边界线进行识别，再对其进行尺寸比对，获取连续的煤炭堆积轮廓三维视图，最后通过模糊化逻辑处理即可获取输送带上煤炭的实时分布情况。数字摄像机需要安装在输送带的上侧，其视频监测范围需要能够覆盖输送带整个宽度范围，进而保证对输送带上煤炭分布监测的精确性。为提高1572023 年第 5 期曲荣超等：带式输送机智慧调速运行控制系统的研究曲荣超等：带式输送机智慧调速运行控制系统的研究识别的准确性，在进行数据换算时，应首先将分割后的图像进行像素识别并进行排列，依次进行滤波和边缘检测，进而提升对煤炭轮廓及煤堆边界线的识别效果。4 输送机系统该系统依据煤流量分布控制方案，准确监控各个输送机上的煤量分布。若输送机处于空载或者轻载状态，则控制输送机系统按顺煤流量方向启动8。当上仓输送机、主斜井输送机为满载/空载状态，工作巷输送机上有煤炭分布时，首先控制工作巷输送机启动，再根据煤流到达输送机端部的实际时间，当时间小于系统设定值时，可以依次启动主斜井输送机、上仓输送机，从而满足顺煤流启动的要求。系统能够根据设定的煤量-带速匹配表，自动匹配输送机系统的运行速度，提高运输效率和可靠性。李楼煤业输送机系统运行控制逻辑如图 49。图 4 输送机运行控制逻辑示意图5 应用情况分析目前该智慧调速控制系统已经在李楼煤矿投入应用，输送带运行状态对比分析，如图 5。（a）输送机运行时煤宽比变化曲线（b）输送机运行时速度变化曲线图 5 输送机运行时的煤宽比及调速曲线系统能够根据输送机上的煤量分布情况及时调整输送机的运行带速，反应灵敏性高，控制特性好。根据实际应用表明，该系统对煤流量识别的最大误差保持在 3%以内，输送机运行时的平均带速由最初的 4.5 m/s 降低到了目前的 2.83 m/s，比优化前降低了 37.2%。输送带磨损量降低 22.4%，极大地提升了输送机系统的运行经济性和可靠性。6 结论针对带式输送机系统在运行过程中联动调速性能差、能耗高、磨损大的不足，提出了一种新的煤矿井下输送机系统智慧调速运行控制系统，以实时煤流量监测和高压变频控制为核心，实现了输送机系统根据煤流量情况自动调节系统的运行带速。1）输送机智慧调速运行控制系统包括了地面控制和井下控制两个部分，采用了闭环反馈控制的逻辑，能够准确地根据煤流量变化情况对各个输送机的运行带速进行调整；2）基于视频识别的煤量智慧检测系统，能够通过图片分割及识别，自动对输送带上的煤量进行判断，实现非接触式连续煤量识别，具有识别精度高、可靠性好的优点；3）该系统对煤流量识别的最大误差保持在 3%以内，运行时的平均带速比优化前降低了 37.2%，输送带磨损量降低 22.4%。【参考文献】1 张远.煤矿井下输送机系统智慧调速运行控制系统的研究 D.徐州：中国矿业大学，20192 马刚，张运华煤流量检测及带式输送机自适应调速技术研究 J.煤矿机械，2017，38（01）：158-161.3 郗存根煤矿运输自适应控制系统的设计和应用J煤矿机械，2019，40（01）：4-64 白恩杰矿井原煤运输集控系统的研究与应用D西安：西安科技大学，20175 王国法，张金虎.煤矿高效开采技术与装备的最新发展 J.煤矿开采，2018，23（01）：1-4+126 王增仁浅谈智能煤流系统在胶带运输中的应用J煤矿开采，2018，23（01）：38-407 李瑶，王义涵.带式输送机煤流量自适应检测方法 J.工矿自动化，2020，46（06）：99-1028 贾佳.基于智能调速的煤矿带式输送机控制系统研究 D.徐州：中国矿业大学，20199 陈湘源.带式输送机智能调速控制系统设计 J.煤矿机械，2016，37（11）：21-23.