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长距离带式输送机节能优化研究

文档作者：杨雪文档来源：晋能控股煤业集团四台矿机电管理科		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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总第228期
2022年第4期
自动化技术与设计
摘要：针对长距离带式输送机在运行过程中存在的启动功率不平衡及空载、低载荷运行状态等问题，提出了运
用耦合补偿与变频调速的方法进行节能优化。经测试表明，该方法解决了长距离带式输送机启动功率不平衡及
空载、低载荷运行等问题，减少了设备磨损，提升了能源使用率，降低了企业成本，达到了节能优化的目的。
关键词：长距离带式输送机恒速运行耦合补偿变频调速
中图分类号：TD528.1
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT ANDDEVELOPMENT
长距离带式输送机节能优化研究
杨雪
（晋能控股煤业集团四台矿机电管理科，山西大同037000）
文献标识码：A
Total228
No.4,2022
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2022.04.112
文章编号：1003-773X（2022）04-0271-02
引言
随着能源价格的不断上涨，通过节能改造进行
成本控制已经越来越受到企业的关注。带式输送机
作为煤炭开采必威体育官方网站
的一种主要运输设备，对其的节
能优化改造对于企业发展至关重要。传统带式输送
机的运行模式大多为恒速模式，由于企业在实际开
采过程中无法做到恒量产出，这就使得带式输送机
在运输货物的过程中出现低负荷甚至空载运行的状
况，大大浪费了带式输送机运行能源，降低了设备电
能使用效率，提升了企业运行成本-5]。针对这一问
题，本文拟通过对带式输送机启动过程与速度调节
功能两方面对带式输送机进行节能优化改造，以期
提升设备电能使用率，降低企业成本，增加企业市场
竞争力。
1长距离带式输送机能耗原因分析
长距离带式输送机一般分为六部分，分别为驱
动设备、滚筒、输送带、拉紧装置、托辊及辅助装置，
其具体结构如图1所示。其中，长距离带式输送机的
驱动设备是由多台交流变频电动机组成的，在实际
生产过程中，多台交流变频电动机运行会产生功率
不均衡的现象，这导致带式输送机的电机负荷产生
不均现象，使得设备能源损耗上升，成本无法控制，
严重者会使电机磨损，造成电机烧毁现象。电机均衡
性的影响因素分为静态因素与动态因素两类。其中，
静态因素主要是长距离带式输送机的参数设计是否
合理；动态因素为在产生不均衡现象时，设备是否具
有迅速响应机制，可在时间要求范围之内对不均衡
现象进行处理，保证带式输送机的有效运行。
长距离带式输送机的另外一个问题为速度调节
问题。传统的带式输送机一般采用恒速运行的模式，
但实际的生产活动中恒定不变的煤炭产量是十分少
收稿日期：2021-10-11
作者简介：杨雪（1992一），女，河北怀安人，本科，毕业于中国
矿业大学机械工程专业，助理工程师，研究方向为矿山机械
给料装置
传动滚筒-C）
改向滚筒
见的，这就使得带式输送机会有较多情况处于空载
或低载荷运行状态，造成电能浪费，增加企业成本。
2带式输送机启动功率平衡控制优化分析
传统的功率平衡控制主要有主从控制和并行控
制两种，主从控制为以主机控制为主，从机进行配
合，以实现驱动同步：并行控制为将电机参数统一设
置，统一给定运行。并行控制抗干扰能力不强，主从
控制同步性较弱，均无法完美解决功率不平衡问题。
基于上述现象，本文提出了耦合补偿的方法对电机
进行功率平衡控制，通过测定各个电机运行状态时
的参数，依据参数的变化量进行差异性分析并进行
相应补偿。该方法既可解决电机之间的运行误差，又
可使电机转速精确达到设定值，减少运行误差。其具
体的结构示意图如图2所示。
功率平衡控制系统会对各电机进行电流与转速
分析，得出电机工作状态结果。假设图2中两台发电
机一台为电动状态，另外一台为发电状态。将两台的
控制三相异步电动机
控制器变频器2
图2带式输送机启动功率平衡控制优化结构示意图
输送方向
输送带托规、
拉紧滚筒6
拉紧配重：
改向滚筒
图1带式输送机结构示意图
变频器
尾部浪量
相异步电动机2
.272·
负载率进行比较，当负载率较大的电机为电动电机
时，表明电动电机处于负载状态，电机需对输送机提
供正牵引力，增大发电电机功率，提供负载；当负载
率较大的电机为发电电机时，表明发电电机处于负
载状态，这时应减少功率输出，使电动电机进人发电
状态。
3带式输送机变频调速优化分析
3.1变频调速系统总体设计方案
针对传统带式输送机恒速运行的端，本文提
出运用变频调速技术对带式输送机进行节能改造。
对电动机进行调速的方法包括电磁调速、变极调速、
转子串电阻调速、变频调速等方法。其中，变频调速
因其调速平稳、响应速度快、输出稳定、节能等特点
逐渐成为调速主流方式。变频调速的主要元件为变
频器，通过与PLC相组合的方法对带式输送机进行
调速优化。其具体布置示意图如图3所示。其中，
PLC为主控制器，变频系统与PLC通过通信线进行
连接，可实现数据的传输与处理。PLC还可将变频器
的数据向上位机传输，以实现上位机对带式输送机
的精准控制。
变频器
M3
2号驱动滚筒减速箱
减速箱
电
M2
机
图3变频调速系统布置示意图
3.2变频调速系统设计
3.2.1变频器选型
变频器可分为两种，分别为交-交变频器与交-
直-交变频器。交-交变频器的变频范围小，应用面
较窄，故本文选用交－直－交变频器。交-直-交
变频器主要是通过整流装置将交流电转化为直流
电，然后利用逆变器将直流电转化为可调的频率与
电压，从而实现变频调速
由于长距离带式输送机是恒转矩负载模式，故
设备在启动时对驱动系统的控制要求较高。故本文
选用SIMOVERTMV变频器，其具体配置如图4所
示。该变频器为西门子公司研发制造，属于中压变频
器，设计连接电机额定电压为2.3～6.6kV，功率为
0.66~7.2MW。该变频器具有启动电流小、力矩大、
磨损与损耗较小、启动停止时间可调等特点，且对
于带式输送机功率平衡问题有所帮助，较为适合本
jxglknjb@126.com
机械管理开发
10KV电网断路器
OF
设计。
3.2.2PLC选型
PLC控制系统的主要功能为数据采集、故障判
断与控制、人机对话。经分析，由于PLC有储存容量
要求，且PLC与变频器等设备的通信采用PROFIBUS
通信网络，故本文选用CPU315-2DP可编程逻辑控
制器，其模块配置及参数要求较为符合。
4系统测试
1）输送机启动功率平衡控制优化方案无论处于
静负载还是动负载状态下，无论电机参数是否相同，
输出转矩都可按照比例进行分配，未出现欠载或者
过载现象，解决了带式输送机启动功率不平衡现象。
2）将上述两种方案应用于实际中后，长距离带
式输送机使用电量大幅下降，按工业电价0.83元/kWh
计算，一年约可节省95万元，降低了企业成本，提升
了能源使用率。
变频器5结论
MI
随着能源使用成本的不断提高，对于设备的节
减速箱能改造逐渐引起企业的重视。长距离带式输送机因
其启动功率不平衡及带式输送机常处于空载或低负
带式输送机
载状态，使得设备电能利用率较为低下。针对这一现
1号驱动滚简象，本文进行了针对性节能分析，运用耦合补偿与变
频调速的方法对其进行了节能优化设计，并得出了
变频器以下结论：
1耦合补偿方法可有效解决长距离带式输送机
启动时功率不平衡现象，降低设备磨损，提高能源使
用率。
2）带式输送机启动功率平衡控制优化方案与输
送机变频调速优化方案的使用可大幅度降低企业用电
成本，提升能源利用率，按工业电价0.83元/kWh计
算，一年约可节省95万元，达到了节能改造的目的。
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原理工大学，2019
（编辑：李俊慧）（下转第277页）
第37卷
三绕组变压器变频器
SIMOVERT MV
图4变频调速系统配置示意图
参考文献
三相异步电动机
M
3~
2022年第4期李学兵：综采工作面采煤机自动化控制技术研究·277·
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[3]杨旭艳.基于CAN总线的MG400930型采煤机控制系统的现场
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页）
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页）
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
应用研究[J].机械管理开发，2021.36（8）:280-282.
[]郝立光.刘召勇.综采工作面智能化管理系统的设计与应用研
究[J].煤炭与化工，2021,44（8):80-82.
（编辑：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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