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變頻調(diào)速技術(shù)下帶式輸送機節(jié)能效果研究

文檔作者：馬垚文檔來源：西山煤電建筑工程集團有限公司礦建分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月06日
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上一篇：帶式輸送機盤式制動器磨損安全性實驗分析

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總第261期
2025 年第1期
結(jié)構(gòu)設(shè)計
機械管理開發(fā)
Mechanical Management and Development
變頻調(diào)速技術(shù)下帶式輸送機節(jié)能效果研究
Total 261
No.1, 2025
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2025.01.042
（西山煤電建筑工程集團有限公司礦建分公司，山西太原030053）
摘要：變頻調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機上的節(jié)能控制應(yīng)用，實現(xiàn)了對帶速和運量的精準調(diào)控。通過PLC控制器接收
執(zhí)行調(diào)速指令，完成相關(guān)運算，以實現(xiàn)不斷變化的運輸需求。同時電動機根據(jù)實時反饋調(diào)整轉(zhuǎn)速，有效實現(xiàn)節(jié)能控
制。本系統(tǒng)采用雙CPU允余技術(shù),增強了整體的可靠性。通過啟動預(yù)警和帶速與煤量測量，能夠?qū)崿F(xiàn)功率平衡控
制，優(yōu)化能耗使用。這種智能化控制不僅節(jié)約了大量電能，而且提高了節(jié)電效率，使得節(jié)能效益顯著，為煤礦等企業(yè)
的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。
關(guān)鍵詞：帶式輸送機；變頻調(diào)速；允余設(shè)計；節(jié)能控制
中圖分類號：TD528.1
0引言
帶式輸送機在煤礦生產(chǎn)中至關(guān)重要，傳統(tǒng)直驅(qū)方
式耗能大，節(jié)能控制成研究重點[11。智能策略和優(yōu)化
設(shè)計提升設(shè)備效率，節(jié)能控制系統(tǒng)精確控制帶速和負
載，降低能源浪費，實現(xiàn)生產(chǎn)與環(huán)保雙贏，推動可持續(xù)
發(fā)展。
1變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能系統(tǒng)
帶式輸送機上的節(jié)能控制系統(tǒng)通過變頻調(diào)速技
術(shù)實現(xiàn)，該系統(tǒng)包含檢測、控制和執(zhí)行三大模塊。帶速
傳感器實時監(jiān)測輸送帶運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸至PLC
控制器進行分析處理。隨后，控制器向變頻調(diào)速器發(fā)
送指令，調(diào)整帶速以適應(yīng)不同工況，優(yōu)化能耗，實現(xiàn)高
效節(jié)能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
帶式輸送機變頻調(diào)試器
圖1變頻節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
輸送機皮帶秤與帶速傳感器相連，通過A/D轉(zhuǎn)換
將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，為PLC提供精準數(shù)據(jù)。
PLC智能判斷后生成控制指令,通過變頻器調(diào)節(jié)電機
電壓和頻率，實現(xiàn)啟停與功率平衡。這一核心節(jié)能
控制系統(tǒng)優(yōu)化帶速與運量匹配，提升運行效率，實
現(xiàn)節(jié)能。
2變頻調(diào)速節(jié)能控制器的設(shè)計
2.1雙 CPU 允余技術(shù)
PLC 控制器作為變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的中心，
該控制器采用雙CPU穴余技術(shù)，大幅提升了系統(tǒng)的
容錯能力[2-3]。在主控系統(tǒng)發(fā)生故障時,備控系統(tǒng)能夠
收稿日期:2024-07-23
作者簡介：馬垚(1991一),女，山西絳縣人,本科,助理工程師,研究方向為機電。
文獻標識碼：A
迅速進行異常切換，確保系統(tǒng)的可靠性與安全性。此
外，PLC控制器通過局域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，使得系統(tǒng)
內(nèi)部各模塊之間能夠高效協(xié)同工作。通過這種先進的
控制技術(shù)，變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)能夠在保證生產(chǎn)效
率的同時，實現(xiàn)能源的合理分配和使用，達到節(jié)能減
排的目標。
2.2節(jié)能控制器設(shè)計
1)主控程序。PLC主程序集成了起車預(yù)警和保護
自檢功能，確保在啟動階段就對車機工況進行嚴密
監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)檢測,PLC能夠?qū)崟r分析輸送機的
運行狀態(tài)，一旦檢測到異常，立即觸發(fā)報警，采取相
應(yīng)措施，有效預(yù)防設(shè)備故障或生產(chǎn)事故的發(fā)生。如
系統(tǒng)檢測正常，車機按流程啟動，控制程序流程如
圖2所示。
帶速傳感器
PLC節(jié)
能控制
設(shè)備
人機對話界面
文章編號：1003-773x(2025)01-0122-03
開始
文
啟動預(yù)警煤量傳感器
立
保護正常
Y
立
啟動完成
延時
數(shù)據(jù)監(jiān)控
文
N
滿足調(diào)速要求額定速度運行
之Y
調(diào)速運算
調(diào)速運行
結(jié)束
圖 2 PLC控制圖
報警
2025年第1期馬圭：變頻調(diào)速技術(shù)下帶式輸送機節(jié)能效果研究·123：
2)預(yù)警程序。在帶式輸送機自動化控制系統(tǒng)中，
PLC主程序先執(zhí)行保護自檢，滿足安全條件后發(fā)出啟
動指令。開車預(yù)警通過聲光報警提醒操作人員。系統(tǒng)
檢查油泵、風(fēng)扇，準備松閘。手動模式下，人員可檢查；
自動模式下，系統(tǒng)按預(yù)設(shè)程序完成動作。變頻器接指
令后調(diào)節(jié)速度，確保平穩(wěn)運行。發(fā)現(xiàn)異常則禁止啟動，
聲光報警保安全。
3)煤量及速度測量程序。PLC控制器用于數(shù)據(jù)計
算和分析，根據(jù)結(jié)果調(diào)節(jié)變頻器的輸出，以優(yōu)化帶速，
實現(xiàn)與煤量的最佳匹配，煤量及速度測量與PLC程
序如圖3所示。
開始
帶速、運量測量信號
PLC運算
文
與智慧數(shù)據(jù)庫比對
立
Y
是否需要調(diào)速） VPLC輸出調(diào)速信號
N
返回
圖3煤量及速度測量與PLC程序流程圖
3變頻調(diào)速裝置原理及其設(shè)計
3.1變頻調(diào)速原理
變頻器是帶式輸送機節(jié)能和優(yōu)化運行的關(guān)鍵技
術(shù)。它分為電壓型和電流型,分別滿足特定需求。電壓
型變頻器用直流濾波模塊減少電流脈動和干擾，電流
型通過恒流模塊確保電流穩(wěn)定。兩者均含濾波、整流、
制動和逆變模塊,實現(xiàn)對交流電的精確控制[4-5]。逆變
模塊調(diào)整電壓與頻率比值，精確調(diào)速，滿足不同工況
要求，提升運行效率和可靠性。
3.2變頻調(diào)速裝置的設(shè)計
變頻調(diào)速裝置應(yīng)用3臺電動機進行驅(qū)動，主變設(shè)
備2臺，從變設(shè)備1臺，同步協(xié)調(diào)帶動。
實現(xiàn)速度同步和轉(zhuǎn)矩平衡，確保電動機與變頻器
協(xié)同工作，提高穩(wěn)定性和效率。這種控制方式不僅提
高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性,還實現(xiàn)了節(jié)能效果,優(yōu)化
了帶式輸送機的整體性能,輸送機原理圖如圖4所示。
變頻器協(xié)同PLC控制器工作，實現(xiàn)帶式輸送機
的變頻調(diào)速和節(jié)能控制,這種系統(tǒng)功能通過精確的控
制策略，優(yōu)化了輸送機的運行效率，減少了能源消耗。
4節(jié)能仿真模型的建立
為確保能耗的準確性,利用MATLAB軟件,對不
同工況下的能耗進行分析。運行速度、運行時間、輸送
帶寬度、物料密度及輸送帶補償長度等參數(shù)均會影響
能耗。通過建立能耗模型,并考慮機械結(jié)構(gòu)的影響,實
現(xiàn)節(jié)能目標。仿真設(shè)計采用雙層結(jié)構(gòu)與動態(tài)優(yōu)化控制
策略的應(yīng)用,雙層結(jié)構(gòu)與動態(tài)優(yōu)化控制策略的一部分
為漸消記憶遞推最小二乘法，可用于運行速度預(yù)測，
另一部分為輸送機實時控制和動態(tài)調(diào)節(jié)，可根據(jù)應(yīng)對
煤量變化,確保輸送機的高效穩(wěn)定運行[6-7]。
壓從控制器
主變頻器1
叢變頻器
圖4輸送機原理圖
為精準預(yù)測帶式輸送機運量負載量，采用雙層動
態(tài)優(yōu)化控制方式，實現(xiàn)高效穩(wěn)定運行動態(tài)調(diào)整參數(shù)節(jié)
能降耗,節(jié)能效果如表1所示。
表1帶式輸送機動態(tài)節(jié)能效果分析表
運輸量/(t/h) 傳統(tǒng)工法能耗/動態(tài)優(yōu)化工法能 (kW·h)
1000 280.2
1300 339.3
1700 419.7
1200 319.4
由表1可以看出，在試驗過程中，帶式輸送機采
用動態(tài)優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)節(jié)能效率最高可達
15.88%。通過預(yù)測工況，對帶速進行控制，限制加速度
最大不超過0.3m/s²,有效避免打滑和斷帶故障。這種
控制策略不僅提升了設(shè)備的安全性,還增強了其可靠
性，使得帶式輸送機在運行過程中更加穩(wěn)定高效。
5變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用
某煤礦井筒長3182m，傾角5.9°，豎直高度
327m，松散容重883kg/m。采用帶式輸送機進行煤炭
輸送,其輸送能力約為2922t/h，額定帶速6.3m/s,托
輥間距1.6m，滾動摩擦系數(shù)為0.35,托輥槽角36°。
使用變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)，實現(xiàn)了對帶式輸送機的精確
控制,并顯著提升了節(jié)能效益。
在主斜井中，2臺帶式輸送機同步作業(yè)，平均輸
出功率維持在42kW。通過變頻器控制，它們的消耗
功率僅為額定功率的60%,有效實現(xiàn)了節(jié)能降耗。其
中1號機全年耗電量Q1公式為：
Qi=abP.
式中：a為電機數(shù)量,3臺;b為每年工作時間，按330d
計算;P為電器的功率，取1260kW，電機每天作業(yè)
電機
減速機
減速機
電機
主變頻器2
耗/(kW·h） 節(jié)能效果1%
235.7
307.7
404.8
283.6
電機
減速機
15.88
9.31
3.55
11.2
(1)
機械管理開發(fā)
·124· jxglkfbjb@126.com 第40卷
16h,消耗功率為額定60%。
將數(shù)值代人式(1)得出：Qi=1.2×107kW·h。
依照上面Q1計算方法求得2號機全年能耗Q2
為1.03×107kW·h,采用變頻節(jié)能技術(shù)后,將帶式輸
送機輸出功率調(diào)整為700kW,平均輸出功調(diào)整為40kW，
調(diào)整后的1號全年能耗為Wi=1.1×107kW·h,2號機
全年能耗W²為0.94×107kW·h。1號機和2號機改
造前后對比表如表2所示，由此可見采用變頻節(jié)能技
術(shù)后，每年可節(jié)省0.19×10kW·h，節(jié)約效率為8.5%，
節(jié)約用電效果顯著。
表2變頻節(jié)能技術(shù)優(yōu)化前后電量對比表
用電量/(kW·h） 設(shè)備優(yōu)化前
1號1.2 × 107
2號1.03 × 107
總計2.23 × 107
節(jié)約
6結(jié)語
帶式輸送機與變頻調(diào)速技術(shù)的結(jié)合，進行節(jié)能控
Research on Energy Saving Effect of Belt Conveyor under Frequency Conversion Speed
(Mine Construction Branch, Xishan Coal &amp;amp; Electric Construction Engineering Group Co., Ltd., Taiyuan
Abstract: The energy-saving control application of frequency conversion speed control technology on belt conveyor realizes the precise
regulation and control of belt speed and transport capacity. The PLC controller receives and executes the speed regulation instruction and
completes the relevant arithmetic to realize the ever-changing transportation demand. At the same time, the motor adjusts the speed
according to real-time feedback, effectively realizing energy-saving control. The system adopts dual CPU redundancy technology to enhance
the overall reliability. Through start-up warning and belt speed and coal measurement, it is able to achieve power balance control and
optimize energy usage. This intelligent control not only saves a large amount of power, but also improves the power-saving eficiency,
making the energy-saving benefits significant and providing strong support for the sustainable development of coal mines and other
enterprises.
Key words: belt conveyor; frequency conversion speed control; redundant design; energy saving control
制，可以根據(jù)當(dāng)前運量實時調(diào)整帶速，實現(xiàn)與煤礦運
送需求的最佳匹配，減少電能浪費。這種技術(shù)在實踐
應(yīng)用中已證明能有效節(jié)能降本,變頻調(diào)速的節(jié)能效率
符合設(shè)計預(yù)期，平均節(jié)能效率達到8.5%。這不僅降低
了能耗，還提高了運行效率，優(yōu)化了帶式輸送機的運
行，為煤礦企業(yè)帶來了成本節(jié)約和經(jīng)濟效益的提升。
參考文獻
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(編輯：王慧芳）
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