帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張倩倩

（山西高河能源有限公司，山西 長治046000）

引言

帶式輸送機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)輸穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)性高的物料輸送設(shè)備，是煤炭運(yùn)輸?shù)暮诵?。帶式輸送機(jī)在工作過程中的穩(wěn)定性直接影響到煤炭的運(yùn)輸效率和安全性，隨著長距離、大功率、高帶速、多點(diǎn)驅(qū)動輸送機(jī)系統(tǒng)的不斷投入應(yīng)用，帶式輸送機(jī)在使用過程中逐漸暴露出了一系列的問題，其中以運(yùn)行時帶速和煤量不匹配，多點(diǎn)驅(qū)動電機(jī)功率不平衡、電機(jī)易過載損壞兩個問題最為突出，嚴(yán)重影響了帶式輸送機(jī)運(yùn)行時的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合大功率輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行特性，提出了一種帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)，其采用了多方案煤量識別檢測技術(shù)，在對輸送帶上煤量進(jìn)行自動檢測的基礎(chǔ)上通過控制驅(qū)動電機(jī)變頻器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)了對輸送帶運(yùn)行帶速的智能控制。

1 輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下的實(shí)際情況，輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中輸送帶上的煤量主要是受落料點(diǎn)落料速度、落料量的影響，因此對輸送帶上煤量的判斷可通過對落料點(diǎn)落料情況的監(jiān)測來進(jìn)行，傳統(tǒng)的采用在落料點(diǎn)設(shè)置皮帶秤的方式容易受落料沖擊產(chǎn)生波動，監(jiān)測效果偏差大。因此本文采用了超聲波傳感器對落料情況進(jìn)行監(jiān)測，利用超聲波的多點(diǎn)監(jiān)測技術(shù)來判斷落料情況圖1所示[1]。

圖1 帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)

由圖1可知，該帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)主要包括了監(jiān)測模塊、中央處理模塊和執(zhí)行模型。監(jiān)測模塊主要是指設(shè)置在落料點(diǎn)的超聲波傳感器以及設(shè)置到輸送機(jī)系統(tǒng)上的各類速度傳感器，用于對輸送機(jī)系運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，各個監(jiān)控結(jié)果通過傳輸系統(tǒng)集成到集線器[2]（HUB）內(nèi)，然后再傳輸?shù)街悄芸刂葡到y(tǒng)的中央處理模塊，對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)整量進(jìn)行分析，最終將調(diào)整值發(fā)送到各個驅(qū)動電機(jī)的變頻器內(nèi)，調(diào)整變頻器的輸出信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)運(yùn)行帶速的智能控制。

該控制系統(tǒng)采用了模糊匹配控制邏輯，系統(tǒng)首先對獲取的輸送機(jī)的運(yùn)行帶速和煤流量進(jìn)行模糊匹配分析，獲取最佳匹配帶速，然后系統(tǒng)對實(shí)際帶速和理論帶速情況進(jìn)行對比，若滿足匹配結(jié)果則系統(tǒng)保持現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)不變，若不滿足現(xiàn)有匹配結(jié)果則系統(tǒng)將根據(jù)所獲取的差值確定各個電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速和對應(yīng)性的變頻器的輸出信號信息，實(shí)現(xiàn)對多電機(jī)驅(qū)動輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行帶速的智能調(diào)整。

2 輸送機(jī)多電機(jī)功率平衡智能控制

目前多數(shù)輸送機(jī)系統(tǒng)采用的功率平衡調(diào)節(jié)方案為基于扭矩控制[3]的功率平衡調(diào)節(jié)，但由于扭矩傳感器體積大、檢測精度隨著扭矩的降低而降低，因此主要應(yīng)用于小功率負(fù)載驅(qū)動的輸送機(jī)系統(tǒng)中，無法滿足大功率多電機(jī)驅(qū)動的輸送機(jī)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)運(yùn)行過程中的動態(tài)功率平衡控制，在對多種控制方案進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，主驅(qū)動電機(jī)的變頻控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)的矢量控制，同時能夠?qū)⑾鄳?yīng)的調(diào)節(jié)信號和關(guān)聯(lián)關(guān)系傳遞給對應(yīng)的從動電機(jī)變頻器，給出各個變頻器一個設(shè)定的調(diào)節(jié)功率信號，從而保證各個從動電機(jī)輸出功率的一致性。

由于輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行帶速是由主驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，各個從動電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)需要根據(jù)主驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，因此該多電機(jī)功率平衡調(diào)節(jié)模式稱之為主從控制模型，控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 主從功率平衡控制邏輯示意圖

由圖2可知，設(shè)置在各個驅(qū)動電機(jī)上的傳感器設(shè)備首先對電機(jī)運(yùn)行時的電壓和電流進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果傳輸?shù)酱沛溣^測器[4]內(nèi)，磁鏈觀測器對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，判斷出電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速、運(yùn)行轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的磁通情況，分別傳輸給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器以及磁通調(diào)節(jié)器，經(jīng)過進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理后，系統(tǒng)通過對轉(zhuǎn)速的解析確定實(shí)際轉(zhuǎn)矩并對偏差量進(jìn)行分析，輸出轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)指令給各個從動電機(jī)的變頻器，控制從動電機(jī)變頻器對從動電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對所有驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率的平衡控制。

3 智能控制效果分析

為了對該智能控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行分析，本文對井下長距離帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造，對不同控制情況下的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。通過實(shí)際驗證，在前10 d采用傳統(tǒng)控制方案，輸送機(jī)在每天8 h內(nèi)的平均耗電量為14 400度，輸送機(jī)的平均運(yùn)行帶速為4.5 m/s，在第10～20天采用新的智能控制方案，輸送機(jī)在每天8 h內(nèi)的平均耗電量約為11 300度，比優(yōu)化前降低了21.5%，輸送機(jī)運(yùn)行時的平均帶速約為4.08 m/s，比優(yōu)化前降低了約9.3%。同時在采用傳統(tǒng)控制方案情況下，輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了4次驅(qū)動電機(jī)功率分配不平衡導(dǎo)致的輸送帶抖動和撒料情況，采用優(yōu)化后的控制方案后，未出現(xiàn)功率分配不平衡導(dǎo)致的運(yùn)行故障，輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了顯著提升。

4 結(jié)論

1）該帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測模塊、中央處理模塊和執(zhí)行模型，采用模糊匹配控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了不同條件下對輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的智能調(diào)節(jié)控制；

2）基于主從控制的多電機(jī)功率平衡技術(shù)能夠根據(jù)主電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，輸出相應(yīng)的調(diào)節(jié)控制信號，實(shí)現(xiàn)了對從動電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的匹配調(diào)節(jié)，滿足了功率平衡控制需求；

3）采用智能控制方案后，輸送機(jī)的運(yùn)行耗電量比優(yōu)化前降低了21.5%，運(yùn)行帶速比優(yōu)化前降低了9.3%，且能夠有效解決輸送機(jī)運(yùn)行過程中因功率分配不平衡導(dǎo)致的運(yùn)行散料情況，顯著提升了輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。