施剛

摘 要：文章介紹了一種港口皮帶輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)前級(jí)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行電流和斷面流量的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)后級(jí)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“有料高速，無(wú)料低速”，大幅降低皮帶輸送機(jī)空載能耗。

關(guān)鍵詞：皮帶輸送機(jī)；空載能耗；斷面流量

1 概述

港口皮帶輸送機(jī)是現(xiàn)代化干散貨碼頭重要的水平運(yùn)輸裝備，它全由電力驅(qū)動(dòng)，相比采用水平運(yùn)輸車輛進(jìn)行運(yùn)輸大幅提高了港口的裝卸運(yùn)輸效率，同時(shí)大幅降低能源消耗。在皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置一般都按照所需承載的最大運(yùn)輸量來(lái)考慮配置，因?yàn)榕渲眠^(guò)低會(huì)嚴(yán)重影響皮帶輸送機(jī)的使用壽命，因此大多皮帶輸送機(jī)采用電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器的驅(qū)動(dòng)配置方式。

由于皮帶輸送機(jī)是慣性力矩較大的機(jī)械設(shè)備，其托輥多且皮帶長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)需要較大的輸入功率。在電動(dòng)機(jī)選型時(shí)需要選擇額定功率較大的電動(dòng)機(jī)，而當(dāng)啟動(dòng)完成后，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷功率一般都小于啟動(dòng)功率，使電動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于輕載狀態(tài)，輸出效率較低；此外，港口皮帶輸送機(jī)作業(yè)環(huán)境環(huán)境較差，當(dāng)堆料機(jī)、取料機(jī)處于不同位置時(shí)，皮帶輸送機(jī)上有料段長(zhǎng)度和寬度均不相同，物料分布極不均勻，導(dǎo)致皮帶機(jī)運(yùn)行負(fù)載變化很大。以上這些因素，都使皮帶輸送機(jī)存在著較為嚴(yán)重的“大馬拉小車”現(xiàn)象。

2 當(dāng)前現(xiàn)狀

針對(duì)皮帶輸送機(jī)空載或輕載能耗較大的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)很多港口都進(jìn)行了這方面的研究。港口裝卸作業(yè)時(shí)皮帶輸送機(jī)上的料流連續(xù)性越強(qiáng)、物料分布越均勻、平均流量越穩(wěn)定，系統(tǒng)的單噸耗電量就越少；反之則越大。皮帶輸送機(jī)流量自動(dòng)控制技術(shù)就是基于這一原理，其控制流量的方式是通過(guò)采取皮帶輸送機(jī)料流檢測(cè)裝置測(cè)出的瞬時(shí)流量值，隨時(shí)對(duì)上料設(shè)備的數(shù)量以及作業(yè)速率進(jìn)行調(diào)整。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置可以及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整物料流量，增強(qiáng)料流的穩(wěn)定性，提高輸送機(jī)作業(yè)效率，降低系統(tǒng)的能耗。

對(duì)于多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶輸送機(jī)采用超越離合器實(shí)現(xiàn)重載時(shí)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輕載時(shí)減電機(jī)運(yùn)行，即對(duì)于雙電機(jī)的皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，雙電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，再根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流的變化，采用超越離合器和智能檢測(cè)器及時(shí)甩掉或投入另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，達(dá)到減少電動(dòng)機(jī)及減速箱的損耗，節(jié)約能源。

上述方案對(duì)于上料設(shè)備可控的應(yīng)用環(huán)境均具有良好的節(jié)能效果，但對(duì)于某些鐵水聯(lián)運(yùn)的煤炭碼頭，尤其是前端上料設(shè)備由人工操作的如螺旋機(jī)，翻車機(jī)等卸車設(shè)備，皮帶輸送機(jī)的上料狀態(tài)往往無(wú)規(guī)律可循，也不具備自動(dòng)控制條件。針對(duì)這種情況，只能通過(guò)對(duì)下游皮帶輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)控制實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。

為此，江蘇交科能源科技發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)了基于電流反饋、斷面流量反饋、變頻調(diào)速技術(shù)和模糊控制算法的節(jié)能型皮帶輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)原理

針對(duì)上料設(shè)備以人工操作為主的應(yīng)用環(huán)境，前級(jí)皮帶機(jī)采用工頻運(yùn)行，其運(yùn)行電流作為第二級(jí)皮帶輸送機(jī)的調(diào)速依據(jù)，第二級(jí)皮帶前端安裝有斷面流量檢測(cè)裝置，其斷面流量和運(yùn)行速度作為第三級(jí)皮帶輸送機(jī)的調(diào)速依據(jù)，由于系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制除前端皮帶輸送機(jī)外每一級(jí)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度，因此可以根據(jù)第二級(jí)皮帶輸送機(jī)的斷面荷載以及各級(jí)帶速描述每一級(jí)皮帶上的料流位置，通過(guò)這種物料檢測(cè)方式，自第三級(jí)皮帶輸送機(jī)開始就可以通過(guò)調(diào)整帶速使得料流逐步趨于平穩(wěn)、連續(xù)，分布均勻，直至最末一級(jí)，往往最末級(jí)是具有計(jì)量功能的電子皮帶秤，采用工頻運(yùn)行，連續(xù)平穩(wěn)的料流對(duì)于計(jì)量準(zhǔn)確性的提高也有很大幫助。

4 應(yīng)用案例

以某鐵水聯(lián)運(yùn)的煤炭港口為例，在其卸車環(huán)節(jié)某條皮帶輸送線由7臺(tái)皮帶輸送機(jī)組成，分布如圖1。

圖1中3-1，3-2，3-3皮帶輸送機(jī)布設(shè)在鐵路線軌邊廊道內(nèi)料斗下方，3-4，3-5，3-6為軌邊到堆場(chǎng)皮帶輸送線，3-7為電子皮帶秤。

項(xiàng)目中對(duì)3-4，3-5，3-6三臺(tái)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻改造，分別配置與其各自電機(jī)相匹配的變頻器及控制柜，變頻器選擇某國(guó)產(chǎn)品牌，工作在V-F模式，速度開環(huán)控制，三臺(tái)皮帶輸送機(jī)50Hz下帶速均為2m/s。

系統(tǒng)架構(gòu)如圖2：

圖2

在3-1，3-2，3-3皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中各增加一套電流互感器，3-4及3-5皮帶輸送機(jī)中段安裝斷面流量檢測(cè)裝置，斷面流量檢測(cè)裝置由安裝支架、荷載傳感器、皮帶托輥構(gòu)成，荷載傳感器量程為0～2.5kN，皮帶托輥直徑100mm，額定運(yùn)行速度下皮帶托輥旋轉(zhuǎn)速度為382RPM，托輥軸承選用SKF全封閉自潤(rùn)滑軸承，由于應(yīng)用環(huán)境煤粉污染嚴(yán)重，托輥與輥軸間采用高速骨架軸封密閉，保證軸承部位清潔。

主控制器采用西門子S7系列可編程序邏輯控制器，STEP 7編程。當(dāng)3-1，3-2，3-3運(yùn)行電流疊加至滿負(fù)荷時(shí)，對(duì)應(yīng)3-4皮帶輸送機(jī)以50Hz工頻運(yùn)行，3-4皮帶輸送機(jī)中段安裝的荷載傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量斷面荷載，由于3-4皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度由主控制器控制，結(jié)合斷面荷載測(cè)量，主控制器可以計(jì)算出3-4皮帶輸送機(jī)上各有煤段位置以及大致煤量。根據(jù)上述信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整3-5皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度，使得3-4皮帶輸送機(jī)送來(lái)的煤落下到3-5皮帶輸送機(jī)上后，有煤段相對(duì)更連續(xù)，煤量分布相對(duì)更均勻。同理，以相同的方法對(duì)3-6皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)一步提高料流在皮帶輸送機(jī)上的連續(xù)性和均勻性，減少皮帶輸送機(jī)空載時(shí)間，降低空載能耗。

5 結(jié)束語(yǔ)

該皮帶輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)將動(dòng)態(tài)物料稱重技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和模糊控制技術(shù)三項(xiàng)技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于港口的皮帶輸送設(shè)備，取得了良好的節(jié)能效果。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，改造后的皮帶運(yùn)輸機(jī)在重載情況下的工作線電流為12.4A，輕載情況下的工作線電流為8.8A，而在未改造時(shí)，同等工作負(fù)荷下，重載情況下的工作線電流為20.3A，輕載情況下的工作線電流達(dá)到了15.2A，綜合測(cè)算，皮帶輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)電率達(dá)到20%左右，節(jié)電效果明顯。