本發(fā)明涉及煤炭運輸皮帶機調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法。

背景技術(shù)：

使用變頻器來驅(qū)動煤炭運輸皮帶機運行，可以通過變頻器控制皮帶驅(qū)動電機的運行速度，實現(xiàn)皮帶機帶速的調(diào)節(jié)，但是由于控制系統(tǒng)的不完善，目前大多數(shù)場合沒有充分發(fā)揮皮帶機帶速可調(diào)的特性，也未體現(xiàn)出變頻器驅(qū)動與其他驅(qū)動方式的差異化和優(yōu)越話。同時，由于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，使得帶皮帶機的運煤量是不均勻的，若皮帶機一直保持高速運行，對于機械傳動系統(tǒng)會造成較為嚴重的影響，電能消耗也比低速運行時大得多。

CN204508003U號實用新型專利提供了一種可調(diào)速輸煤皮帶機，包括，皮帶機，電機數(shù)量為四個，電機與皮帶機連接并帶動皮帶機運轉(zhuǎn)；電源，電源與變頻器連接；變頻器數(shù)量為四個，分別設(shè)置在電源與各電機之間，變頻器根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)送來的控制參數(shù)改變電源供電頻率后傳輸?shù)诫姍C，控制電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，該實用新型采用控制系統(tǒng)及變頻器，變頻器通過改變頻率控制電機轉(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩，調(diào)整參數(shù)簡潔，加減速時間連續(xù)可調(diào)，有效降低啟停造成的沖擊，但該實用新型針對煤礦運輸過程中由運煤量不均勻所造成的問題，沒有給出很好的解決方案。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)速方法，本發(fā)明可根據(jù)煤流量調(diào)節(jié)皮帶機帶速，實現(xiàn)其優(yōu)化控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速系統(tǒng)，包括皮帶運行控制箱、給煤機控制箱、皮帶驅(qū)動電機、第一調(diào)速單元、往復式給煤機、第二調(diào)速單元、數(shù)據(jù)檢測單元以及煤倉，所述數(shù)據(jù)檢測單元包括料位計、接近開關(guān)，二者均與皮帶運行控制箱通訊連接，所述料位計安裝于煤倉內(nèi)，用于檢測煤倉內(nèi)的煤位高度，所述接近開關(guān)為4個，其中，1個安裝于往復式給煤機的往復板上方，另外3個分別安裝于皮帶尾部、中部和頭部三處的上方，用于檢測這四處的煤流高度，所述皮帶運行控制箱與給煤機控制箱通訊連接，所述皮帶運行控制箱通過第一調(diào)速單元與皮帶驅(qū)動電機控制連接，并根據(jù)煤倉的煤位高度、皮帶驅(qū)動電機負載狀態(tài)以及往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處的煤流高度控制皮帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，所述往復式給煤機裝于煤倉的出煤口處，用于向皮帶給煤，所述給煤機控制箱通過第二調(diào)速單元與往復式給煤機控制箱控制連接，并根據(jù)煤倉的煤位高度控制往復式給煤機的轉(zhuǎn)速。

進一步，所述皮帶驅(qū)動電機包括主電機以及從電機，所述第一調(diào)速單元包括與主電機控制連接的主變頻器以及與從電機控制連接的從變頻器，所述主變頻器與皮帶運行控制箱通訊連接，所述從變頻器與主變頻器通訊連接，所述主電機數(shù)量為1臺，所述從電機數(shù)量至少為1臺。

進一步，所述皮帶運行控制箱為PLC控制箱，所述主變頻器以及從變頻器均為防爆變頻器。

進一步，一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速方法，包括如下步驟：

S1：調(diào)速系統(tǒng)初始化，控制皮帶驅(qū)動電機高速運行；

S2：調(diào)速系統(tǒng)讀取料位計采集的煤倉的煤位高度h，讀取主變頻器采集的主電機的負載電流I；

S3：調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)h判斷煤倉的煤位狀態(tài)，若煤倉的煤位為高煤位則進入S4，若煤倉的煤位為中煤位則進入S5，若煤倉的煤位為低煤位則進入S6，若煤倉的煤位不為高煤位、中煤位以及低煤位任何一種狀態(tài)則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行；

S4：調(diào)速系統(tǒng)控制往復式給煤機高速運行，并控制皮帶驅(qū)動電機繼續(xù)高速運行，在一個運行周期后讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度，并判斷是否發(fā)生高煤位邏輯故障，若發(fā)生高煤位邏輯故障則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行，若未發(fā)生高煤位邏輯故障則返回S2；

S5：調(diào)速系統(tǒng)控制往復式給煤機低速運行，并控制皮帶驅(qū)動電機繼續(xù)高速運行，在一個運行周期后讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度，并判斷是否發(fā)生中煤位邏輯故障，若發(fā)生中煤位邏輯故障則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行，若未發(fā)生中煤位邏輯故障則在一個延時周期后調(diào)速系統(tǒng)控制皮帶驅(qū)動電機中速運行，并返回S2；

S6：調(diào)速系統(tǒng)控制往復式給煤機關(guān)閉，在一個運行周期后讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度，并判斷是否發(fā)生低煤位邏輯故障，若發(fā)生低煤位邏輯故障則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行，若未發(fā)生低煤位邏輯故障則在一個延時周期后進入S7；

S7：調(diào)速系統(tǒng)控制皮帶驅(qū)動電機低速運行，在一個停機周期后控制皮帶驅(qū)動電機關(guān)閉，并返回S1。

進一步，所述S3中判斷煤倉的煤位狀態(tài)的規(guī)則如下，若h＞1/5H，則煤倉的煤位為高煤位，若1/5H＞h＞1/10H，則煤倉的煤位為中煤位，若h＜1/10H，則煤倉的煤位為低煤位，所述H為煤倉總高度。

進一步，所述S4中判斷是否發(fā)生高煤位邏輯的故障條件如下，往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度不全為高位且主電機不為滿載狀態(tài)，判斷主電機是否處于滿載狀態(tài)條件如下，I≥0.6I_N，所述I_N為主電機額定電流。

進一步，所述S5中判斷是否發(fā)生中煤位邏輯故障的條件如下，往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度至少有一處為高位且主電機不為輕載狀態(tài)，判斷主電機是否處于輕載狀態(tài)條件如下，0.3I_N≤I＜0.6I_N。

進一步，所述S6中判斷是否發(fā)生低煤位邏輯故障的條件如下，往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度至少有一處為高位且主電機不為空載狀態(tài)，判斷主電機是否處于滿載狀態(tài)條件如下，0.2I_N≤I＜0.3I_N。

進一步，判斷往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度為高位的條件如下，在整個運行周期內(nèi)，不少于運行周期一半的時間，煤流達到接近開關(guān)的檢測范圍。

進一步，所述運行周期為8min，所述延時周期為2min，所述停機周期為30min。

進一步，所述往復式給煤機高速運行的運行頻率為50Hz，其低速運行的運行頻率為25Hz，所述皮帶驅(qū)動電機高速運行的運行頻率為50Hz，其中速運行的運行頻率為35Hz，其低速運行的運行頻率為25Hz。

本發(fā)明的有益效果是：

1、通過煤位高度、煤流高度以及主電機運行狀態(tài)對皮帶上煤流量的大小和分布情況進行識別和分析，并據(jù)此對皮帶驅(qū)動電機進行自動調(diào)速控制，保證對皮帶機的帶速調(diào)節(jié)與礦井生產(chǎn)的實際情況一致，減少電能的消耗，降低機械磨損，從而減低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。

2、避免操作人員對生產(chǎn)情況的誤判、速度誤調(diào)，避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故，對提高皮帶運輸系統(tǒng)自動化水平，并改善皮帶運輸系統(tǒng)的安全性和可靠性有著重要的現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1為一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。

實施例一：

如圖1所示，一種基于煤流量檢測的皮帶調(diào)速系統(tǒng)，包括皮帶運行控制箱、給煤機控制箱、皮帶驅(qū)動電機、第一調(diào)速單元、往復式給煤機、第二調(diào)速單元、數(shù)據(jù)檢測單元以及煤倉。

所述數(shù)據(jù)檢測單元包括料位計、接近開關(guān)，二者均通過模擬量輸入模塊與皮帶運行控制箱通訊連接，所述料位計安裝于煤倉內(nèi)，用于檢測煤倉內(nèi)的煤位高度，所述接近開關(guān)為4個，其中，1個安裝于往復式給煤機的往復板上方，另外3個分別安裝于皮帶尾部、中部和頭部三處的上方500～600mm處，用于檢測這四處的煤流高度。所述皮帶運行控制箱與給煤機控制箱通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)通訊連接，通訊介質(zhì)為礦用光纜。

所述皮帶驅(qū)動電機包括1臺主電機以及3臺從電機，所述主電機以及各從電機均具有如下的額定參數(shù)，額定功率250kW，額定電壓AC660V，額定電流255.7A，額定轉(zhuǎn)速1485r/min。所述第一調(diào)速單元包括1臺與主電機控制連接的主變頻器以及與3臺與從電機控制連接的從變頻器，所述主變頻器與皮帶運行控制箱通訊連接，所述3臺從變頻器依次與主變頻器順序通訊連接，所述主變頻器以及從變頻器均為防爆變頻器。

所述皮帶運行控制箱根據(jù)煤倉的煤位高度、主電機負載狀態(tài)以及往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處的煤流高度控制主電機以及從電機的轉(zhuǎn)速，所述往復式給煤機裝于煤倉的出煤口處，用于向皮帶給煤，所述煤倉總高度H為10m，所述給煤機控制箱通過第二調(diào)速單元與往復式給煤機控制箱控制連接，并根據(jù)煤倉的煤位高度控制往復式給煤機的轉(zhuǎn)速，所述第二調(diào)速單元為給煤機變頻器。

如圖2所示，一種基于煤流量檢測的皮帶機調(diào)速方法，包括如下步驟：

S1：調(diào)速系統(tǒng)初始化，控制皮帶驅(qū)動電機高速運行；

S2：調(diào)速系統(tǒng)讀取料位計采集的煤倉的煤位高度h，讀取主變頻器采集的主電機的負載電流I；

S3：調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)h判斷煤倉的煤位狀態(tài)，若煤倉的煤位為高煤位則進入S4，若煤倉的煤位為中煤位則進入S5，若煤倉的煤位為低煤位則進入S6，若煤倉的煤位不為高煤位、中煤位以及低煤位任何一種狀態(tài)則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行；

判斷煤倉的煤位狀態(tài)的規(guī)則如下，若h＞1/5H，則煤倉的煤位為高煤位，若1/5H＞h＞1/10H，則煤倉的煤位為中煤位，若h＜1/10H，則煤倉的煤位為低煤位，所述H為煤倉總高度；

S4：調(diào)速系統(tǒng)控制往復式給煤機高速運行，并控制皮帶驅(qū)動電機繼續(xù)高速運行，在一個運行周期后讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度，并判斷是否發(fā)生高煤位邏輯故障，若發(fā)生高煤位邏輯故障則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行，若未發(fā)生高煤位邏輯故障則返回S2；

判斷是否發(fā)生高煤位邏輯的故障條件如下，往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度不全為高位且主電機不為滿載狀態(tài)，判斷主電機是否處于滿載狀態(tài)條件如下，I≥0.6I_N，所述I_N為主電機額定電流；

S5：調(diào)速系統(tǒng)控制往復式給煤機低速運行，并控制皮帶驅(qū)動電機繼續(xù)高速運行，在一個運行周期后讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度，并判斷是否發(fā)生中煤位邏輯故障，若發(fā)生中煤位邏輯故障則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行，若未發(fā)生中煤位邏輯故障則在一個延時周期后調(diào)速系統(tǒng)控制皮帶驅(qū)動電機中速運行，并返回S2；

判斷是否發(fā)生中煤位邏輯故障的條件如下，往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度至少有一處為高位且主電機不為輕載狀態(tài)，判斷主電機是否處于滿載狀態(tài)條件如下，0.3I_N≤I＜0.6I_N；

S6：調(diào)速系統(tǒng)控制往復式給煤機關(guān)閉，在一個運行周期后讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度，并判斷是否發(fā)生低煤位邏輯故障，若發(fā)生低煤位邏輯故障則啟動故障報警，系統(tǒng)結(jié)束運行，若未發(fā)生低煤位邏輯故障則在一個延時周期后進入S7；

所述S6中判斷是否發(fā)生低煤位邏輯故障的條件如下，往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度至少有一處為高位且主電機不為空載狀態(tài)，判斷主電機是否處于滿載狀態(tài)條件如下，0.2I_N≤I＜0.3I_N；

S7：調(diào)速系統(tǒng)控制皮帶驅(qū)動電機低速運行，在一個停機周期后控制皮帶驅(qū)動電機關(guān)閉，并返回S1。

判斷往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度為高位的條件如下，在整個運行周期內(nèi)，不少于運行周期一半的時間，煤流達到接近開關(guān)的檢測范圍。所述運行周期為8min，所述延時周期為2min，所述停機周期為30min。所述往復式給煤機高速運行的運行頻率為50Hz，其低速運行的運行頻率為25Hz，所述皮帶驅(qū)動電機高速運行的運行頻率為50Hz，其中速運行的運行頻率為35Hz，其低速運行的運行頻率為25Hz。

本系統(tǒng)，通過煤位高度、煤流高度以及主電機運行狀態(tài)對皮帶上煤流量的大小和分布情況進行識別和分析，并據(jù)此對皮帶驅(qū)動電機進行自動調(diào)速控制，保證對皮帶機的帶速調(diào)節(jié)與礦井生產(chǎn)的實際情況一致，減少電能的消耗，降低機械磨損，從而減低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。同時，可以避免操作人員對生產(chǎn)情況的誤判、速度誤調(diào)，避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故，對提高皮帶運輸系統(tǒng)自動化水平，并改善皮帶運輸系統(tǒng)的安全性和可靠性有著重要的現(xiàn)實意義。

皮帶驅(qū)動電機在設(shè)計配套時的富裕量比較大，工作時很少能夠滿載運行，在運煤量不大或空載情況下更不必說。皮帶驅(qū)動電機只有在接近滿載運行時才是效率最高、功率因素最佳，輕載時降低、造成電能損失，采用變頻驅(qū)動后，整個過程功率因素達到0.9以上。輕載時通過變頻調(diào)節(jié)降低電機轉(zhuǎn)速，而電機消耗功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，這樣隨著電機轉(zhuǎn)速的下降，其功率消耗會大幅下降。

實施例二：

一種基于煤流量檢測的皮帶機調(diào)速方法，與實施例一相同的部分不再贅述，不同的是：啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)進行初始化操作，皮帶運行控制箱通過主變頻器以及從變頻器控制主電機以及從電機以50Hz的頻率運行，皮帶運行控制箱統(tǒng)讀取料位計采集煤倉的煤位高度h＝400mm，讀取主變頻器采集主電機的負載電流I＝0.55I_N；皮帶運行控制箱判斷煤位高度為高煤位，控制主電機以及從電機繼續(xù)以50Hz的頻率運行，并向給煤機控制箱發(fā)送往復式給煤機50Hz頻率運行的信息，給煤機控制箱接收到信息后，通過第二調(diào)速單元控制往復式給煤機以50Hz的頻率運行，在8min后，皮帶運行控制箱讀取接近開關(guān)采集的往復式給煤機的往復板處、皮帶尾部、皮帶中部以及皮帶頭部四處煤流高度全為高位，未發(fā)生高煤位邏輯故障，皮帶運行控制箱統(tǒng)繼續(xù)讀取料位計采集煤倉的煤位高度以及主變頻器采集主電機的負載電流重復上述步驟。

此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。