长距离带式输送机节能优化策略的研究

摘要

节能是当今经济发展过程中最为热点的话题之一，在原材料不断上涨的今天，竞争日益激烈，降低经济成本是企业发展的非常关键的一部分。在煤炭行业，带式输送机已经成为主要的生产运输设备。为了满足企业的生产需要和扩大规模等问题，带式输送机在驱动电机的选择上都会留有较大的冗余度。由于煤矿开采的不均衡性，输送机的运量不能保持稳定，导致带式输送机运量不足，经常处于“大马拉小车”的状态。传统控制系统中，带式输送机的速度一般都是固定的，从而使得带式输送机很多时候是低载运行甚至空载运行，降低了驱动电机做功效率，降低了电能的利用率，耗费大量电能，增加企业的生产成本。降低带式输送机的生产电耗已经成为企业迫切需要解决的问题，引起了许多工程技术人员的关注。
　　首先，从输送带应力应变的特性入手，将带式输送系统离散成有限个“质量-弹簧-阻尼”子系统，建立胶带子系统的动力学模型。结合驱动装置、拉紧装置、滚筒等单元的动力学模型，建立整个输送系统的动力学模型。
　　其次，探讨了带式输送机电气节能方法，分析了各节能技术的原理，适用范围及优缺点，选择了合适的优化节能方法。一方面，针对于启动过程中带式输送机存在的问题，提出了基于耦合补偿的功率平衡节能控制方法。另一方面，通过对带式输送机的阻力分析，研究了带速与运量的合理匹配对带式输送机的节能效果，在此基础上，提出了基于变频调速的带式输送机节能控制策略。
　　最后，设计了控制器在环的带式输送机半实物仿真实验系统总体方案并完成了系统调试。在MATLAB/SIMULINK里建立带式输送机输送带的动力学力学模型和驱动电机的动力学模型;控制器采用西门子PLC300，编写了PLC节能调速控制程序，带式输送机仿真模型与PLC之间采用OPC通讯协议。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的意义

1．2 带式输送机系统的发展概况

1．2．1 带式输送机国内外发展现状

1．2．2 带式输送机节能技术研究现状

1．2．3 控制器在环技术的研究现状

1．3 主要研究内容及方法

第二章 带式输送机系统的动力学模型

2．1 带式输送机系统结构图

2．2 输送带部分的动力学模型

2．2．1 输送带的物理特性和有限元模型

2．2．2 基于有限元的输送带动力学方程

2．2．3 其它主要部件的数学模型

2．2．4 带式输送机的合成模型

2．3 异步电机的矢量控制模型

2．3．1 异步电动机动态数学模型

2．3．2 坐标变换

2．3．3 矢量控制方法

2．4 仿真实验结果分析

第三章 带式输送机启动过程中的节能优化策略

3．1 启动过程中的功率平衡问题

3．2 功率平衡控制流程

3．3 仿真实验结果

第四章 带式输送机变频调速节能控制策略的研究

4．1 带式输送机节能技术的分析

4．1．1 减电机运行节能技术

4．1．2 异步电机Y-△接法变换节能

4．1．3 输送机降电压技术

4．1．4 输送机变频调速节能技术

4．2 带式输送机变频调速节能策略的研究

4．2．1 带式输送机系统的节能分析

4．2．2 带式输送机调速节能运行

4．3 仿真实验结果及节能效果分析

第五章 带式输送机硬件在环平台仿真设计

5．1 控制器在环的带式输送机仿真实验平台的总体设计方案

5．2 通讯方案的实现

5．2．1 OPC技术简介

5．2．2 OPC通讯的构建

5．3 仿真模型的软件设计

5．3．1 仿真软件SIMULINK环境的介绍

5．3．2 异步电机矢量控制模型的建立

5．3．3 输送带动力学模型的建立

5．3．4 带式输送机硬件在环仿真系统的动力学仿真模型

5．4 控制系统硬件在环实现

5．5 仿真实验结果

第六章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 后续工作建议

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况