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摘要：为了实现带式输送机的节能增效，研究了煤矿胶带输送系统煤流节能技术，分析了胶带输送机主要参数及节能控制结构。基于此，着重分析了胶带输送机监控系统结构、主程序流程及故障监控程序流程，并研究了系统硬件及软件设计。研究具有较高的社会和经济效益。
关键词：胶带输送机;煤流节能;监控系统;故障监控;硬件;软件
节能已成为世界潮流，电机系统的节能技术更是工业界研究的重点。胶带输送机作为煤矿企业广泛应用的运输工具，在煤炭生产中消耗大量电能，因此，研究胶带输送机的节能技术，对于煤矿企业节能减排具有重大意义。当前煤矿胶带输送机是散装物料运输的主力军，其具有下几个方面的特点：第一，生产效率高;第二，维护方便;第三，结构简单;第四，运输可靠;第五，自动化程度高等。主要有如下几个单元组成：第一，制动装置;第二，张紧装置;第三，传动装置;第四，输送胶带等。在动力方面由三向异步电动机给胶带输送机提供动力，由此可以看出只有发动机高效的运行，才可以保证胶带输送机有效地工作。在井下煤矿工作条件比较复杂，可是胶带输送机在运煤的过程中，不能保证匀速的工作，同时也会出现设备过载的现象，从而导致电机工作效率低下，最终引发电量浪费。带式输送机在节能方面可以采取如下两个方面的措施：其一，保证胶带输送机电机平稳控制，可以大大节约开启时间，避免不必要的过载现象。其二，使得胶带输送机能够实现多电机功率，从而能够有效地避免损耗。本文探究煤矿胶带输送机节能技术，必须以胶带输送机参数与节能控制为依据，這样可以开发出一套胶带输送机节能控制性，不仅可以有效地提高胶带输送机的安全性，而且保持其高效性。
1.胶带输送机主要参数及节能控制结构
（1）胶带输送机主要参数。通常胶带输送长度在200mm到1340mm范围内，相应的胶带强度为2500N/m，对应的带宽达到1200mm额定运量为800t/h，倾角范围为0到20°之间，电机转速取值为1480r/min，功率取值为250kW，电压取值为1140V，选用的驱动形式为机头驱动。
（2）选用节能控制结构。一般需要对胶带输送机节能效果进行充分考虑，从而可以有效地调节胶带输送机的带速与运量。一般情况下，可以使用胶带秤称重煤流量，将该参数当做控制电机功率的关键。
2.胶带输送机煤流节能控制
由于煤矿工况条件相对复杂，因此对胶带输送系统煤流节能进行控制时，必须考虑设备的安全性，从而可实现较好的保护功能。在进行设计时，需要充分考虑胶带输送机的主要参数以及节能控制结构，这样能够对胶带输送系统进行较好地控制，其包括三个方面：其一，监控层，借助工业以太网与上位机进行控制，上位机能够有效地监测胶带机的运行状态，通常对如下几个方面的信号进行监测：第一，信号故障;第二，变频器的工作状态;第三，电路信号。其二，控制层，通过PLC控制，在对输入与输出信号进行控制，能够有效地检测设备的运行装填。其三，执行层，包括变频器驱动电机。
（1）监控系统主要功能
该系统借助现场总线实现信号的传输，其具有如下特点：①全开放;②全数字;③全分散。在硬件方面包括各个环节比如：编程器、执行器、变送器以及相应的传感器等，它们具有交互性、本质安全性以及相应的交互操作性等特点。进而可以看出该系统特点为：便于维护、可靠性高、结构简单等。
系统功能：①控制功能。通常该系统控制功能模式包括如下几种：第一，就地手动控制功能模式;第二，地面单机控制功能模式;第三，井下集中控制功能模式;第四，地面集中控制功能模式。②保护功能。其能够实现如下几个功能：沿线急停止闭锁、纠偏保护、速度保护、烟雾保护以及相应的超温洒水功能。③故障屏蔽功能。能够对设备的运行参数进行调整，从而能够有效地避免故障问题。④显示功能。在显示屏上面可以显示参数的历史曲线、实时曲线以及动态值等。主要包括如下几个方面的参数诸如：胶带机故障类型、传感器工作状态、电压与电流参数等。⑤安全功能。给不同的工作人员设置相应的权限，这样可以有效地保证信息不被泄漏。⑥语音功能，实现实时通话。⑦可以实现对历史数据的查询。
该系统选用S7-300 PLC以此实现对系统的通讯与控制，与此同时可以上传信息与数据，从而可以实现胶带机输送无人看守的目的。
（2）PLC程序实现
系统设置有保护以及监控功能，该胶带输送机设置有如下几个单元对胶带输送机进行保护，诸如：第一，电机轴检测;第二，减速机温度监控;第三，电机温度监控等。地面装置设置有远程控制装置，从而可以对胶带机实施远程控制。
3.优化措施
（1）高效率、超高效率三相异步电机
世界各国均在积极研制和生产高效率电机和超高效率电机。所谓高效电机，就是损耗比目前生产的电机降低20%以上，而超高效电机是指损耗比目前生产的常规电机降低30%。2007年12月19日，美国总统布什签署了美国能源自立安全法案，其中有关电动机效率水平的强制性要求将于2009年12月19日生效实施。即自2009年12月19日起，功率范围在1～500HP之间的常规电动机必须有超高效率 NEMA PremiumTM标识，不符合超高效率标准的电动机，不允许在美国生产和流通。
2006年，我国把中小型电机的能效分为三个级别，分别为一级能效、二级能效、三级能效，且强制性规定，低于三级能效的一般用途电机，不得生产和在市场上出售，电机出厂时必须粘贴统一格式的能效等级标志。显然，胶带输送机如果选用高效率或超高效率三相异步电机，其效率必然提高。
（2）高效率稀土永磁同步电机
稀土永磁同步电动机用永磁体取代电励磁，无励磁损耗;无转子绕组，无转子铜耗，无转子铁耗，因此，效率比异步电机和电励磁同步电机高;高性能的稀土永磁材料一铁硼永磁体具有很高的磁能积，它的剩余磁感应强度、矫顽力都较大，用较少的铁硼永磁体就能产生足够的电机磁能积，因此电机体积、尺寸可以大为减小。数据表明，稀土永磁同步电动机效率比同容量异步电动机提高3%-12%，并且在体积和最高工作转速与异步电动机相同的情况下，输出功率也高出10%-30%。若用永磁同步电机取代胶带输送机专用异步电机，明显可提高胶带输送机传动系统效率。
（3）轻载节能高效电机
三相异步电机的效率一般指额定点工作点的效率，但是，胶带输送机在运行过程中其负载常有较大的波动，当负载率低于60%时，电机效率有较大下降。若能够使电机在轻载时也有较高的效率，可以实现电机的节能运行。
结束语
提高矿用胶带输送机电机传动系统的效率，首先要提高传动系统各个部件的效率，不仅要考虑额定效率，还要考虑轻载时运行效率，以使在整个负载区间均有较高的运行效率;其次，改变传动方式，取消液力耦合器、减速器等中间环节，采用直接驱动技术。
直驱式永磁同步电机结构简单、效率高、免维护，是胶带输送机驱动系统的发展方向。随着制造技术的进步，基于稀土永磁同步电机的直接驱动技术，将得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1] 张丽峥.无齿轮永磁同步变频驱动系统在井下胶带输送机中的应用[J].山西煤炭，2011，（3）：258.
[2] 牛玉卉.变频技术在煤矿的应用及节能效果研究[J].山西科技，2009，（6）：144.
关键词：胶带输送机;煤流节能;监控系统;故障监控;硬件;软件
节能已成为世界潮流，电机系统的节能技术更是工业界研究的重点。胶带输送机作为煤矿企业广泛应用的运输工具，在煤炭生产中消耗大量电能，因此，研究胶带输送机的节能技术，对于煤矿企业节能减排具有重大意义。当前煤矿胶带输送机是散装物料运输的主力军，其具有下几个方面的特点：第一，生产效率高;第二，维护方便;第三，结构简单;第四，运输可靠;第五，自动化程度高等。主要有如下几个单元组成：第一，制动装置;第二，张紧装置;第三，传动装置;第四，输送胶带等。在动力方面由三向异步电动机给胶带输送机提供动力，由此可以看出只有发动机高效的运行，才可以保证胶带输送机有效地工作。在井下煤矿工作条件比较复杂，可是胶带输送机在运煤的过程中，不能保证匀速的工作，同时也会出现设备过载的现象，从而导致电机工作效率低下，最终引发电量浪费。带式输送机在节能方面可以采取如下两个方面的措施：其一，保证胶带输送机电机平稳控制，可以大大节约开启时间，避免不必要的过载现象。其二，使得胶带输送机能够实现多电机功率，从而能够有效地避免损耗。本文探究煤矿胶带输送机节能技术，必须以胶带输送机参数与节能控制为依据，這样可以开发出一套胶带输送机节能控制性，不仅可以有效地提高胶带输送机的安全性，而且保持其高效性。
1.胶带输送机主要参数及节能控制结构
（1）胶带输送机主要参数。通常胶带输送长度在200mm到1340mm范围内，相应的胶带强度为2500N/m，对应的带宽达到1200mm额定运量为800t/h，倾角范围为0到20°之间，电机转速取值为1480r/min，功率取值为250kW，电压取值为1140V，选用的驱动形式为机头驱动。
（2）选用节能控制结构。一般需要对胶带输送机节能效果进行充分考虑，从而可以有效地调节胶带输送机的带速与运量。一般情况下，可以使用胶带秤称重煤流量，将该参数当做控制电机功率的关键。
2.胶带输送机煤流节能控制
由于煤矿工况条件相对复杂，因此对胶带输送系统煤流节能进行控制时，必须考虑设备的安全性，从而可实现较好的保护功能。在进行设计时，需要充分考虑胶带输送机的主要参数以及节能控制结构，这样能够对胶带输送系统进行较好地控制，其包括三个方面：其一，监控层，借助工业以太网与上位机进行控制，上位机能够有效地监测胶带机的运行状态，通常对如下几个方面的信号进行监测：第一，信号故障;第二，变频器的工作状态;第三，电路信号。其二，控制层，通过PLC控制，在对输入与输出信号进行控制，能够有效地检测设备的运行装填。其三，执行层，包括变频器驱动电机。
（1）监控系统主要功能
该系统借助现场总线实现信号的传输，其具有如下特点：①全开放;②全数字;③全分散。在硬件方面包括各个环节比如：编程器、执行器、变送器以及相应的传感器等，它们具有交互性、本质安全性以及相应的交互操作性等特点。进而可以看出该系统特点为：便于维护、可靠性高、结构简单等。
系统功能：①控制功能。通常该系统控制功能模式包括如下几种：第一，就地手动控制功能模式;第二，地面单机控制功能模式;第三，井下集中控制功能模式;第四，地面集中控制功能模式。②保护功能。其能够实现如下几个功能：沿线急停止闭锁、纠偏保护、速度保护、烟雾保护以及相应的超温洒水功能。③故障屏蔽功能。能够对设备的运行参数进行调整，从而能够有效地避免故障问题。④显示功能。在显示屏上面可以显示参数的历史曲线、实时曲线以及动态值等。主要包括如下几个方面的参数诸如：胶带机故障类型、传感器工作状态、电压与电流参数等。⑤安全功能。给不同的工作人员设置相应的权限，这样可以有效地保证信息不被泄漏。⑥语音功能，实现实时通话。⑦可以实现对历史数据的查询。
该系统选用S7-300 PLC以此实现对系统的通讯与控制，与此同时可以上传信息与数据，从而可以实现胶带机输送无人看守的目的。
（2）PLC程序实现
系统设置有保护以及监控功能，该胶带输送机设置有如下几个单元对胶带输送机进行保护，诸如：第一，电机轴检测;第二，减速机温度监控;第三，电机温度监控等。地面装置设置有远程控制装置，从而可以对胶带机实施远程控制。
3.优化措施
（1）高效率、超高效率三相异步电机
世界各国均在积极研制和生产高效率电机和超高效率电机。所谓高效电机，就是损耗比目前生产的电机降低20%以上，而超高效电机是指损耗比目前生产的常规电机降低30%。2007年12月19日，美国总统布什签署了美国能源自立安全法案，其中有关电动机效率水平的强制性要求将于2009年12月19日生效实施。即自2009年12月19日起，功率范围在1～500HP之间的常规电动机必须有超高效率 NEMA PremiumTM标识，不符合超高效率标准的电动机，不允许在美国生产和流通。
2006年，我国把中小型电机的能效分为三个级别，分别为一级能效、二级能效、三级能效，且强制性规定，低于三级能效的一般用途电机，不得生产和在市场上出售，电机出厂时必须粘贴统一格式的能效等级标志。显然，胶带输送机如果选用高效率或超高效率三相异步电机，其效率必然提高。
（2）高效率稀土永磁同步电机
稀土永磁同步电动机用永磁体取代电励磁，无励磁损耗;无转子绕组，无转子铜耗，无转子铁耗，因此，效率比异步电机和电励磁同步电机高;高性能的稀土永磁材料一铁硼永磁体具有很高的磁能积，它的剩余磁感应强度、矫顽力都较大，用较少的铁硼永磁体就能产生足够的电机磁能积，因此电机体积、尺寸可以大为减小。数据表明，稀土永磁同步电动机效率比同容量异步电动机提高3%-12%，并且在体积和最高工作转速与异步电动机相同的情况下，输出功率也高出10%-30%。若用永磁同步电机取代胶带输送机专用异步电机，明显可提高胶带输送机传动系统效率。
（3）轻载节能高效电机
三相异步电机的效率一般指额定点工作点的效率，但是，胶带输送机在运行过程中其负载常有较大的波动，当负载率低于60%时，电机效率有较大下降。若能够使电机在轻载时也有较高的效率，可以实现电机的节能运行。
结束语
提高矿用胶带输送机电机传动系统的效率，首先要提高传动系统各个部件的效率，不仅要考虑额定效率，还要考虑轻载时运行效率，以使在整个负载区间均有较高的运行效率;其次，改变传动方式，取消液力耦合器、减速器等中间环节，采用直接驱动技术。
直驱式永磁同步电机结构简单、效率高、免维护，是胶带输送机驱动系统的发展方向。随着制造技术的进步，基于稀土永磁同步电机的直接驱动技术，将得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1] 张丽峥.无齿轮永磁同步变频驱动系统在井下胶带输送机中的应用[J].山西煤炭，2011，（3）：258.
[2] 牛玉卉.变频技术在煤矿的应用及节能效果研究[J].山西科技，2009，（6）：144.