礦用帶式輸送機(jī)傳輸控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

姜 寶

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司永定莊煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機(jī)作為目前應(yīng)用最為廣泛的散料輸送設(shè)備，具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)，對(duì)確保煤礦上的物料輸送起著至關(guān)重要的作用。隨著煤礦綜采效率的不斷提升，為了滿足帶式輸送高帶速大傾角的物料運(yùn)輸需求，目前一般均采用大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模式，雖然極大地提升了輸送機(jī)的物料運(yùn)輸能力，但實(shí)際工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于采用了大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模式且輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的不穩(wěn)定因素較多，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中存在較大的功率波動(dòng)，給輸送機(jī)的運(yùn)行安全和穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重的影響[1]。因此本文提出了一種新的礦用帶式輸送機(jī)傳輸控制系統(tǒng)，對(duì)大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行功率平穩(wěn)控制，利用變頻調(diào)速控制及工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻調(diào)速控制信號(hào)的交叉耦合補(bǔ)償，在確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率輸出和驅(qū)動(dòng)頻率變化關(guān)系的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中大功率電機(jī)運(yùn)行功率的平穩(wěn)控制，滿足了功率平穩(wěn)性的運(yùn)行需求。

1 帶式輸送機(jī)傳輸控制方案

以DT11(A)B1200型帶式輸送傳輸控制系統(tǒng)為改造對(duì)像，其帶寬為1 200 mm上托輥組為Φ134 mm×463 mm，下托輥組為Φ134 mm×1 400 mm，頭滾筒為Φ800 mm×1 400 mm，尾滾筒為Φ630 mm×1 400 mm，為確保其運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，優(yōu)化后的傳輸控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該傳輸控制系統(tǒng)主要包括了監(jiān)控層、控制層和執(zhí)行層，執(zhí)行層為傳輸控制系統(tǒng)的核心，為了確保對(duì)電機(jī)功率平穩(wěn)輸出的實(shí)際控制效果，變頻驅(qū)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用了一拖一的控制模式，對(duì)變頻控制器的控制主要通過(guò)集控PLC控制中心進(jìn)行。監(jiān)控層和控制層主要是對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判定出其實(shí)際工作狀態(tài)，計(jì)算出電機(jī)的功率不平穩(wěn)因數(shù)，將分析結(jié)果傳輸給集控PLC控制中心，作為對(duì)變頻器控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)[2]。

考慮到煤礦上工作環(huán)境較為惡劣，同時(shí)基于經(jīng)濟(jì)性的原因，根據(jù)實(shí)際情況，該傳輸控制系統(tǒng)的整體電氣控制部分采用了PROFIBUS工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于各個(gè)通訊模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信，其具有傳輸速度快、抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，可以確保傳輸控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸穩(wěn)定性。

圖1 帶式輸送機(jī)傳輸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 功率平穩(wěn)控制原理

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中由于受到驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率輸出不穩(wěn)定、輸送帶粘彈性力、輸送帶和驅(qū)動(dòng)滾筒之間的摩擦力等的影響，導(dǎo)致了整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和不平穩(wěn)性的監(jiān)控較為困難，傳統(tǒng)的控制方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)功率不平穩(wěn)量的準(zhǔn)確評(píng)估和調(diào)整。在該控制系統(tǒng)中引入了帶有預(yù)測(cè)功能的模糊控制器，該模糊控制器采用了模糊控制原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中非線性變化參數(shù)的模糊跟蹤控制，獲取不平穩(wěn)量數(shù)據(jù)信息后對(duì)電機(jī)的不平穩(wěn)性進(jìn)行判斷并輸出對(duì)應(yīng)的頻率補(bǔ)償控制信號(hào)，結(jié)合實(shí)際控制電流頻率，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的聯(lián)合控制，最終控制各電機(jī)輸出相對(duì)平穩(wěn)的控制功率，滿足輸送機(jī)傳輸控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的需求。如圖2所示為傳輸系統(tǒng)功率平穩(wěn)控制原理圖。

圖2 傳輸系統(tǒng)功率平穩(wěn)控制原理

3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)方式優(yōu)化研究

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)重載啟動(dòng)的工況，在重載情況下帶式啟動(dòng)機(jī)按傳統(tǒng)啟動(dòng)方式將導(dǎo)致出現(xiàn)極大的震動(dòng)和沖擊，給輸送機(jī)的機(jī)架及驅(qū)動(dòng)電機(jī)造成了巨大的沖擊，嚴(yán)重影響了帶式輸送機(jī)的運(yùn)行安全，因此本文提出了一種新的近“S”形的帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性曲線，該曲線整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖3可知，該近“S”形的帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性曲線包括了0～t0的勻加速階段、t0～t1的恒速階段及t1～t2的變加速階段。在啟動(dòng)的過(guò)程中首先采用勻加速的方式將輸送機(jī)的運(yùn)行速度提升至額定運(yùn)行速度的19%，然后停止加速，讓輸送帶的整個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)的輸送機(jī)均實(shí)現(xiàn)勻速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)輸送帶的張緊，最后再以拋物線形的加速度曲線實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的快速啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行。該啟動(dòng)特性曲線既確保了輸送機(jī)快速啟動(dòng)的控制需求，又能夠滿足輸送機(jī)在不同工況下柔性啟動(dòng)的安全性需求，能夠顯著提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性[3-4]。

圖3 帶式輸送機(jī)近“S”形啟動(dòng)特性曲線

4 結(jié)論

1）該傳輸控制系統(tǒng)主要包括了監(jiān)控層、控制層和執(zhí)行層，變頻驅(qū)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用了一拖一的控制模式，電氣控制部分采用了PROFIBUS工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠滿足對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的控制需求；

2）控制系統(tǒng)采用了帶有預(yù)測(cè)功能的模糊控制器，利用了模糊控制原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中非線性變化參數(shù)的模糊跟蹤控制；

3）近“S”形的帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性曲線，確保了輸送機(jī)快速啟動(dòng)的控制需求，又能夠滿足輸送機(jī)在不同工況下柔性啟動(dòng)的安全性需求，能夠顯著提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。