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帶式輸送機節(jié)能控制策略的設(shè)計

文檔作者：竇穎文檔來源：西山煤電( 集團)有限責(zé)任公司教育中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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總第2 0 1 期
2 0 2 0 年第1 期
機械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 201
No. 1 ,2 0 2 0
設(shè)計理論與方法 D01:10.16525/j .cnki.cnl4-1134/th.2020.01.023
帶式輸送機節(jié)能控制策略的設(shè)計
竇穎
( 西山煤電( 集團)有限責(zé)任公司教育中心， 山西太原030053〉
摘要：在分析當前帶式輸送機耗能因素的基礎(chǔ)上，分析了節(jié)能改造的思路，提出將變頻調(diào)速應(yīng)用其中的想
法，采用模糊控制規(guī)則實現(xiàn)對帶式輸送機變頻調(diào)速的控制，并對節(jié)能效果進行了驗證，最終應(yīng)用效果良好，值
得推廣。
關(guān)鍵詞：帶式輸送機節(jié)能控制變頻調(diào)速效果
中圖分類號:TD528.1 文獻標識碼:A 文章編號：1003-773X( 2020)01-0049-02
引言
目前，應(yīng)用于綜采工作面的帶式輸送機存在能
耗過大、事故頻發(fā)的現(xiàn)象，為此帶式輸送機的節(jié)能性
能及其安全系數(shù)是確保綜采工作面高效生產(chǎn)及節(jié)能
生產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。目前，帶式輸送機在工作面是以恒定
帶速所運行的，而該速度是以最大載重量所設(shè)計的。
但是，在實際生產(chǎn)中帶式輸送機并不是時刻以滿載
狀態(tài)運行，此時若仍采用上述策略即會造成電能的
浪費,還會加劇帶式輸送機等部件的磨損。為解決上
述問題，需提出一套全新的帶式輸送機控制策略，已
達到節(jié)能減排的目的，為實現(xiàn)綜采工作面的綠色、高
效、安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
1 帶式輸送機節(jié)能控制思路
就帶式輸送機的節(jié)能而言，一般從采用減少系
統(tǒng)功耗和提高系統(tǒng)傳動效率兩個方面著手實施。其
中，減少系統(tǒng)功耗需通過優(yōu)化系統(tǒng)運行中的各項參
數(shù)、減少設(shè)備的投人量以及減少設(shè)備運行期間的阻
力實現(xiàn)；提高系統(tǒng)傳動效率可通過采用高效驅(qū)動系
統(tǒng)以及其他高效能設(shè)備實現(xiàn)。上述兩項措施在優(yōu)化
改造時成本較高，而且其節(jié)能效果受所選用設(shè)備的
性能所決定，并不是最有效的節(jié)能思路。
針對當前帶式輸送機在綜采工作面的運行狀
態(tài)，以最大載荷下的恒定速度運行。當帶式輸送機未
達到滿載要求時將會造成電能的浪費。為解決上述
“大馬拉小車”的問題,需要求帶式輸送機能夠根據(jù)
實時負荷自動調(diào)整其運行速度，達到速度與載荷相
匹配的狀態(tài)，從而達到節(jié)能的目的[2]。因此，將變頻
調(diào)速的控制思路應(yīng)用于帶式輸送機的節(jié)能控制中，
以最低成本達到最佳節(jié)能效果。
2 帶式輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)
目前，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用相對頻繁且
收稿日期:2019-07-22
作者簡介：竇穎（1986— ）,女，本科,畢業(yè)于黑龍江科技大學(xué)機械
電子工程專業(yè),教師。
應(yīng)用范圍相對廣泛，其主要功能是實現(xiàn)對交流異步
電機的軟啟動、變頻調(diào)速、過載保護和過流保護功
能[4]。變頻調(diào)速原理如公式(1 )所示：
n = 6 0 J { 1-s ) /p . (1)
式中:n 為提升機電機的轉(zhuǎn)速;/ 為提升機電機的頻
率M 為提升機電機的轉(zhuǎn)差率;p 為提升機電機的極
數(shù)。由公式（1)可知，通過調(diào)整電機的頻率可實現(xiàn)對
電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),進而實現(xiàn)提升機轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)。
帶式輸送機變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)在于系統(tǒng)
可實時對帶式輸送機所運送物料的狀態(tài)及帶式輸送
機的溫度、壓力等參數(shù)的實時監(jiān)測和采集，并將上述
所采集的數(shù)據(jù)上傳于PLC和上位機中，通過對上述
參數(shù)的對比分析對變頻器的輸出頻率進行調(diào)整，從
而達到對電機轉(zhuǎn)速的控制，最終實現(xiàn)對帶式輸送機
帶速的控制。
3 帶式輸送機節(jié)能控制策略的設(shè)計
3 . 1 帶式輸送機能耗原因分析
在綜采工作面的實際生產(chǎn)中，為了確保整個工
作面生產(chǎn)的安全性，采用逆煤流的方式啟動綜采工
作面的各個設(shè)備，即先啟動主帶式輸送機，然后啟動
順槽皮帶機，最后啟動采煤機。也就是說，在采煤機
啟動時帶式輸送機以空載的狀態(tài)運行，而運行速度
為最大載重的運行速度，從而造成了電能的浪費[3]。
此外，針對配有煤倉的煤礦帶式輸送機的帶速還
需根據(jù)煤倉中煤炭儲量及變化率等參數(shù)進行控制。
3 . 2 節(jié)能控制方法的選取
目前，應(yīng)用于工業(yè)中最為廣泛的控制方法包括
有PID控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等。其中,PID主
要控制線性控制系統(tǒng)，而模糊控制主要針對非線性
控制系統(tǒng)。綜合分析PID控制和模糊PID控制的理
論基礎(chǔ)，綜合考慮綜采工作面環(huán)境惡劣等因素，本文
中的帶式輸送機節(jié)能控制方法采用模糊控制。
3 . 3 模糊控制策略的設(shè)計
帶式輸送機節(jié)能控制的依據(jù)包括有帶式輸送機
? 50 ? 機械管理幵發(fā)jxglklbjh@ 126.com 第3 5 卷
的實時載重量、煤礦煤倉煤炭儲量、帶式輸送機載重
變化率以及給煤量變化率W。因此，依據(jù)如表1 所示
的模糊控制思路對不同輸入、輸出量下的模糊控制
規(guī)則進行設(shè)定。
表1 模糊規(guī)則設(shè)計思路
思路輸人量輸出量
I 帶式輸送機實時載重
n 載重變化率、采煤機連續(xù)開采時間
m 皮帶載質(zhì)量、載重變化率
IV 皮帶載質(zhì)量、采煤機連續(xù)開采時間帶式輸送機帶速
V 皮帶載質(zhì)量、煤倉煤炭儲存量
VI 皮帶載質(zhì)量、煤層煤炭變化率
vn 皮帶載重變化率、煤倉煤炭儲存量
基于上表得出不同皮帶載重量、煤倉煤位的下
皮帶輸送機的實時帶速。帶式輸送機的變頻調(diào)速系
統(tǒng)依據(jù)不同帶速下的電壓和頻率對輸送帶的速度進
行控制，實現(xiàn)了節(jié)能控制的目的[5]。
4 節(jié)能控制效果的驗證
將上述節(jié)能控制策略應(yīng)用于某礦帶式輸送機的
控制。該礦帶式輸送機的相關(guān)參數(shù)如表2 所示。
表2 帶式輸送機參數(shù)
參數(shù)名稱指標
傾角/ ( ° ) 11
皮帶長度/m 2 013
皮帶帶寬/m 2 100
最大帶速/(irrs-1) 6
帶式輸送機每天運行時間為20 h , 每年運行天
數(shù)為300 d?；诠?jié)能控制策略下帶式輸送機不同載
重下運行時間如表3 所示。
表3 中:M 為帶式輸送機滿載時的運量;~為帶
式輸送機的最大運行速度。帶式輸送機每天可節(jié)約電
能為：195 x 20-(2 x 5/6+3 x 2/3+4 x 1/2+4 x 1/3+3 x
表3 帶式輸送機工作情況
帶式輸送機載重運行時間/h 運行速度/(m V )
2 5
T Vm
M M
6 丁3 2
T Vm
M M
*3~~~1 4 12~ Vm
M 2M
2 3~ 4 1
2M 5M
~3 6~ 3 i6
" ^
M --A / 〇4 1
T Vm
1/6+4 x 1/6) x 195=2 301 kW*h。則每年所節(jié)約的電費
為:2301 kW.h/d x 300d x (X5 元 /kW.h=345 150 元。
S 結(jié)語
帶式輸送機作為綜采工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，
為倡導(dǎo)當前“綠色生產(chǎn)”的理念，實現(xiàn)帶式輸送機的
節(jié)能生產(chǎn)，充分考慮改造成本和節(jié)能效果的綜合因
素下，采用變頻調(diào)速的控制理念應(yīng)用于帶式輸送機
的控制中，并經(jīng)試驗應(yīng)用取得較好的節(jié)能效果。因
此，可將變頻調(diào)速的思路應(yīng)用于綜采工作面的其他
設(shè)備的節(jié)能控制中，從真正意義上實現(xiàn)綜采工作面
的節(jié)能改造。
參考文獻
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(編輯:越靖)
Design of Energy Saving Control Strategy for the Belt Conveyor
Dou Ying
( Education Center of Xishan Coal and Power (Group) Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030053)
A bstract： On the basis of analyzing the current energy consumption factors of belt conveyor, this paper analyzes the
idea of energy saving reform, puts forward the idea of applying frequency conversion speed regulation in it, uses fuzzy
control rules to realize the control of frequency conversion speed regulation of belt conveyor, and verifies the energy
saving effect.
Key w ords： belt conveyor; energy saving control; frequency conversion speed regulation; effect

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