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長距離帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化研究

文檔作者：楊雪文檔來源：晉能控股煤業(yè)集團四臺礦機電管理科		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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總第228期
2022年第4期
自動化技術與設計
摘要：針對長距離帶式輸送機在運行過程中存在的啟動功率不平衡及空載、低載荷運行狀態(tài)等問題，提出了運
用耦合補償與變頻調(diào)速的方法進行節(jié)能優(yōu)化。經(jīng)測試表明，該方法解決了長距離帶式輸送機啟動功率不平衡及
空載、低載荷運行等問題，減少了設備磨損，提升了能源使用率，降低了企業(yè)成本，達到了節(jié)能優(yōu)化的目的。
關鍵詞：長距離帶式輸送機恒速運行耦合補償變頻調(diào)速
中圖分類號：TD528.1
機械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT ANDDEVELOPMENT
長距離帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化研究
楊雪
（晉能控股煤業(yè)集團四臺礦機電管理科，山西大同037000）
文獻標識碼：A
Total228
No.4,2022
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2022.04.112
文章編號：1003-773X（2022）04-0271-02
引言
隨著能源價格的不斷上漲，通過節(jié)能改造進行
成本控制已經(jīng)越來越受到企業(yè)的關注。帶式輸送機
作為煤炭開采行業(yè)的一種主要運輸設備，對其的節(jié)
能優(yōu)化改造對于企業(yè)發(fā)展至關重要。傳統(tǒng)帶式輸送
機的運行模式大多為恒速模式，由于企業(yè)在實際開
采過程中無法做到恒量產(chǎn)出，這就使得帶式輸送機
在運輸貨物的過程中出現(xiàn)低負荷甚至空載運行的狀
況，大大浪費了帶式輸送機運行能源，降低了設備電
能使用效率，提升了企業(yè)運行成本-5]。針對這一問
題，本文擬通過對帶式輸送機啟動過程與速度調(diào)節(jié)
功能兩方面對帶式輸送機進行節(jié)能優(yōu)化改造，以期
提升設備電能使用率，降低企業(yè)成本，增加企業(yè)市場
競爭力。
1長距離帶式輸送機能耗原因分析
長距離帶式輸送機一般分為六部分，分別為驅(qū)
動設備、滾筒、輸送帶、拉緊裝置、托輥及輔助裝置，
其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，長距離帶式輸送機的
驅(qū)動設備是由多臺交流變頻電動機組成的，在實際
生產(chǎn)過程中，多臺交流變頻電動機運行會產(chǎn)生功率
不均衡的現(xiàn)象，這導致帶式輸送機的電機負荷產(chǎn)生
不均現(xiàn)象，使得設備能源損耗上升，成本無法控制，
嚴重者會使電機磨損，造成電機燒毀現(xiàn)象。電機均衡
性的影響因素分為靜態(tài)因素與動態(tài)因素兩類。其中，
靜態(tài)因素主要是長距離帶式輸送機的參數(shù)設計是否
合理；動態(tài)因素為在產(chǎn)生不均衡現(xiàn)象時，設備是否具
有迅速響應機制，可在時間要求范圍之內(nèi)對不均衡
現(xiàn)象進行處理，保證帶式輸送機的有效運行。
長距離帶式輸送機的另外一個問題為速度調(diào)節(jié)
問題。傳統(tǒng)的帶式輸送機一般采用恒速運行的模式，
但實際的生產(chǎn)活動中恒定不變的煤炭產(chǎn)量是十分少
收稿日期：2021-10-11
作者簡介：楊雪（1992一），女，河北懷安人，本科，畢業(yè)于中國
礦業(yè)大學機械工程專業(yè)，助理工程師，研究方向為礦山機械
給料裝置
傳動滾筒-C）
改向滾筒
見的，這就使得帶式輸送機會有較多情況處于空載
或低載荷運行狀態(tài)，造成電能浪費，增加企業(yè)成本。
2帶式輸送機啟動功率平衡控制優(yōu)化分析
傳統(tǒng)的功率平衡控制主要有主從控制和并行控
制兩種，主從控制為以主機控制為主，從機進行配
合，以實現(xiàn)驅(qū)動同步：并行控制為將電機參數(shù)統(tǒng)一設
置，統(tǒng)一給定運行。并行控制抗干擾能力不強，主從
控制同步性較弱，均無法完美解決功率不平衡問題。
基于上述現(xiàn)象，本文提出了耦合補償?shù)姆椒▽﹄姍C
進行功率平衡控制，通過測定各個電機運行狀態(tài)時
的參數(shù)，依據(jù)參數(shù)的變化量進行差異性分析并進行
相應補償。該方法既可解決電機之間的運行誤差，又
可使電機轉(zhuǎn)速精確達到設定值，減少運行誤差。其具
體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
功率平衡控制系統(tǒng)會對各電機進行電流與轉(zhuǎn)速
分析，得出電機工作狀態(tài)結(jié)果。假設圖2中兩臺發(fā)電
機一臺為電動狀態(tài)，另外一臺為發(fā)電狀態(tài)。將兩臺的
控制三相異步電動機
控制器變頻器2
圖2帶式輸送機啟動功率平衡控制優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖
輸送方向
輸送帶托規(guī)、
拉緊滾筒6
拉緊配重：
改向滾筒
圖1帶式輸送機結(jié)構(gòu)示意圖
變頻器
尾部浪量
相異步電動機2
.272·
負載率進行比較，當負載率較大的電機為電動電機
時，表明電動電機處于負載狀態(tài)，電機需對輸送機提
供正牽引力，增大發(fā)電電機功率，提供負載；當負載
率較大的電機為發(fā)電電機時，表明發(fā)電電機處于負
載狀態(tài)，這時應減少功率輸出，使電動電機進人發(fā)電
狀態(tài)。
3帶式輸送機變頻調(diào)速優(yōu)化分析
3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)總體設計方案
針對傳統(tǒng)帶式輸送機恒速運行的端，本文提
出運用變頻調(diào)速技術對帶式輸送機進行節(jié)能改造。
對電動機進行調(diào)速的方法包括電磁調(diào)速、變極調(diào)速、
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、變頻調(diào)速等方法。其中，變頻調(diào)速
因其調(diào)速平穩(wěn)、響應速度快、輸出穩(wěn)定、節(jié)能等特點
逐漸成為調(diào)速主流方式。變頻調(diào)速的主要元件為變
頻器，通過與PLC相組合的方法對帶式輸送機進行
調(diào)速優(yōu)化。其具體布置示意圖如圖3所示。其中，
PLC為主控制器，變頻系統(tǒng)與PLC通過通信線進行
連接，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與處理。PLC還可將變頻器
的數(shù)據(jù)向上位機傳輸，以實現(xiàn)上位機對帶式輸送機
的精準控制。
變頻器
M3
2號驅(qū)動滾筒減速箱
減速箱
電
M2
機
圖3變頻調(diào)速系統(tǒng)布置示意圖
3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)設計
3.2.1變頻器選型
變頻器可分為兩種，分別為交-交變頻器與交-
直-交變頻器。交-交變頻器的變頻范圍小，應用面
較窄，故本文選用交－直－交變頻器。交-直-交
變頻器主要是通過整流裝置將交流電轉(zhuǎn)化為直流
電，然后利用逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為可調(diào)的頻率與
電壓，從而實現(xiàn)變頻調(diào)速
由于長距離帶式輸送機是恒轉(zhuǎn)矩負載模式，故
設備在啟動時對驅(qū)動系統(tǒng)的控制要求較高。故本文
選用SIMOVERTMV變頻器，其具體配置如圖4所
示。該變頻器為西門子公司研發(fā)制造，屬于中壓變頻
器，設計連接電機額定電壓為2.3～6.6kV，功率為
0.66~7.2MW。該變頻器具有啟動電流小、力矩大、
磨損與損耗較小、啟動停止時間可調(diào)等特點，且對
于帶式輸送機功率平衡問題有所幫助，較為適合本
jxglknjb@126.com
機械管理開發(fā)
10KV電網(wǎng)斷路器
OF
設計。
3.2.2PLC選型
PLC控制系統(tǒng)的主要功能為數(shù)據(jù)采集、故障判
斷與控制、人機對話。經(jīng)分析，由于PLC有儲存容量
要求，且PLC與變頻器等設備的通信采用PROFIBUS
通信網(wǎng)絡，故本文選用CPU315-2DP可編程邏輯控
制器，其模塊配置及參數(shù)要求較為符合。
4系統(tǒng)測試
1）輸送機啟動功率平衡控制優(yōu)化方案無論處于
靜負載還是動負載狀態(tài)下，無論電機參數(shù)是否相同，
輸出轉(zhuǎn)矩都可按照比例進行分配，未出現(xiàn)欠載或者
過載現(xiàn)象，解決了帶式輸送機啟動功率不平衡現(xiàn)象。
2）將上述兩種方案應用于實際中后，長距離帶
式輸送機使用電量大幅下降，按工業(yè)電價0.83元/kWh
計算，一年約可節(jié)省95萬元，降低了企業(yè)成本，提升
了能源使用率。
變頻器5結(jié)論
MI
隨著能源使用成本的不斷提高，對于設備的節(jié)
減速箱能改造逐漸引起企業(yè)的重視。長距離帶式輸送機因
其啟動功率不平衡及帶式輸送機常處于空載或低負
帶式輸送機
載狀態(tài)，使得設備電能利用率較為低下。針對這一現(xiàn)
1號驅(qū)動滾簡象，本文進行了針對性節(jié)能分析，運用耦合補償與變
頻調(diào)速的方法對其進行了節(jié)能優(yōu)化設計，并得出了
變頻器以下結(jié)論：
1耦合補償方法可有效解決長距離帶式輸送機
啟動時功率不平衡現(xiàn)象，降低設備磨損，提高能源使
用率。
2）帶式輸送機啟動功率平衡控制優(yōu)化方案與輸
送機變頻調(diào)速優(yōu)化方案的使用可大幅度降低企業(yè)用電
成本，提升能源利用率，按工業(yè)電價0.83元/kWh計
算，一年約可節(jié)省95萬元，達到了節(jié)能改造的目的。
[1]劉治軍，王強周，楊金胡.石灰石長距離帶式輸送系統(tǒng)的設計要
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原理工大學，2019
（編輯：李俊慧）（下轉(zhuǎn)第277頁）
第37卷
三繞組變壓器變頻器
SIMOVERT MV
圖4變頻調(diào)速系統(tǒng)配置示意圖
參考文獻
三相異步電動機
M
3~
2022年第4期李學兵：綜采工作面采煤機自動化控制技術研究·277·
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[3]楊旭艷.基于CAN總線的MG400930型采煤機控制系統(tǒng)的現(xiàn)場
Automation Control Technology of Coal Mining Machine in Header
（Shanxi Coal Transportation and Sales Group Energy Investment and Development Co.，
Abstract:In order to ensure the safe operation of coal mining machine and accelerate the intelligent construction of
working face,thecoal rock recognition technology is analyzed and the superiority of machine deep learing coal rock
recognition technology is determined； meanwhile,the coal seam geological model establishment and coal mining
machine pre-cutting line are given by establishing the unified coordinate axis of coal mining machine and coal seam
geology，which effectively improves the automatic operation of coal mining machine and provides some basis and
reference for theefficient mining,intelligent and automaticconstruction.
Key words：coal mining machine;coal rock identification;cut-offline;geneticalgorithm
（上接第272頁）
Study on Energy Saving Optimization of Long Distance Belt
(Mechanical and Electrical Management Section tai Mine, Jinneng Holding Coal Group,
Abstract:Aimingat theproblems of unbalanced starting powerand no-load and low-load operating conditions in the
operation of long-distance belt conveyor,the method of using coupling compensation and frequency conversion speed
regulation is proposed for energy-saving optimization The test shows that the method solves the problems of
unbalanced starting power and no-load and low-load operation of long-distance belt conveyor，reduces equipment
wear and tear,improves energy utilization rale,reduces enterprise cost，and achieves the purpose of energy-saving
optimization.
Key words: long distance belt conveyor constant speed operation; coupling compensation；variable frequency speed
regulation
（上接第274頁）
CAN Bus Based Electro-Hydraulic Control System Design for Thin
(Zhenchengdi Mine,Xishan Coal &amp;amp; Electric Group Co.,td.,Tan Shanxi 030053)
Abstract:In orderto solvetheproblem of low degree of automation and intelligent miningof thincoal seam and
improve the working efficiency of hin coal seam hydraulic brackel,the design idea of electro-hydraulic control system
ofthincoalseam hydraulic bracket based on double CAN bus,theoverall architectureof electro-hydrauliccontrol
system is designed,and the softwareand hardwarestructure and communication schemeof control system are designed
andresearched，andtheadjacentframecontrolandremotecontrolofhydraulicbracket areverified byexperimentwith
highreal-time and stability
Key words:thincoal seam;hydraulic support;CANbus;electro-hydrauliccontrolsystem
應用研究[J].機械管理開發(fā)，2021.36（8）:280-282.
[]郝立光.劉召勇.綜采工作面智能化管理系統(tǒng)的設計與應用研
究[J].煤炭與化工，2021,44（8):80-82.
（編輯：李俊慧）
Working Face
Li Xuebing
Ltd.,Taiyuan Shanxi 030053)
Conveyor
Yang Xue
Datong Shanxi 037000)
CoalSeam Hydraulic Support
Tian Wei

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