帶式輸送機運輸煤量自動匹配技術(shù)研究

郭云龍

（汾西礦業(yè)集團柳灣煤礦，山西孝義 032300）

0 引言

轉(zhuǎn)型和升級是煤炭行業(yè)當(dāng)前的緊要任務(wù)。煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型的一個重點方向就是節(jié)能和高效，而皮帶輸送機作為采煤過程中不可或缺的設(shè)備，其正常運行和最優(yōu)的煤量匹配技術(shù)則關(guān)系著工作效率和節(jié)能兩大核心問題，也是和企業(yè)的業(yè)績效益息息相關(guān)。很多煤礦機電設(shè)備安裝了變頻設(shè)備，本身是對傳統(tǒng)煤量輸送機的改進(jìn)，但是效果有限[1]。本文則在分析其原理的情況下對帶式輸送機運輸煤量自動匹配技術(shù)進(jìn)行深入研究，從而提出了一種新型的帶式輸送機自動匹配方法。

1 煤量自動匹配原理

分析煤量自動匹配原理之前，首先要對其進(jìn)行數(shù)學(xué)化建模，通過建立優(yōu)化模型，才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定量分析[2]。這個優(yōu)化模型包含目標(biāo)函數(shù)以及約束函數(shù)，接著依照相關(guān)的數(shù)學(xué)算法按照函數(shù)要求對其進(jìn)行計算，然后計算完成之后在實際環(huán)境中對其進(jìn)行驗證。

按照常規(guī)的煤料自動匹配模型來講，結(jié)合相關(guān)的煤量配置經(jīng)驗參數(shù)構(gòu)造出可以發(fā)揮設(shè)備最大輸送能力作為目標(biāo)的優(yōu)化模型，其目標(biāo)函數(shù)如下：

Qmin=Qr-Qe

式中：Qmin為輸送系統(tǒng)的額定功能Qe和實際功能Qr差的最小值。

一般來講，實際系統(tǒng)運行過程中因為受到各種客觀因素和運轉(zhuǎn)狀況的影響，約束條件比較復(fù)雜，為了便于分析，忽略一些對其運動影響不大的因素，剩下的約束主要包括運輸機的轉(zhuǎn)速、運輸機當(dāng)前的運輸功率、當(dāng)前所能運輸?shù)淖畲竺禾苛?、給料機的給煤量以及整個煤倉中的出煤量[3]。

按照上面的優(yōu)化模型，得到煤量自動匹配原理如圖1所示，其中控制目標(biāo)實際上就是對控制變量在約束條件下進(jìn)行科學(xué)評判的函數(shù)，主要是表征系統(tǒng)是否符合設(shè)計要求。而模型主要是為了通過控制算法來對施加約束之后的系統(tǒng)尋找最優(yōu)解提供一種途徑，也是實現(xiàn)控制算法下的最優(yōu)解[4]。具體來講這里的系統(tǒng)控制對象為帶式輸送機，系統(tǒng)的輸出量為運煤量。

圖1 煤量自動匹配原理圖

煤量自動匹配的一個核心要素就是在保證滿額輸送的前提下，保證煤量輸送能夠在任何時刻都維持在額定負(fù)載之下，煤量自動匹配的設(shè)計流程如圖2所示。

圖2 煤量自動匹配流程圖

2 煤量自動匹配方案

依照上文分析的煤量自動匹配模型和涉及的一些生產(chǎn)實際中應(yīng)用到的系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計，設(shè)計了一個包括電機控制的變頻器和工業(yè)用的PLC，以及完成各種信號檢測和采集作用的傳感器，包括實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和處理的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和服務(wù)器，然后把上面的系統(tǒng)連接在一起形成一個煤量自動匹配系統(tǒng)[5]。

煤炭自動配煤系統(tǒng)主要由3部分組成，分別是3個控制站，一個是給煤站，一個是主升站，另外一個是地面站。其中給煤站分別和煤倉的煤傳感器相連接，用來檢測煤倉中的煤含量，同時發(fā)送是否輸送煤的信號。主升站則連接著速度傳感器，同時和變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而地面站則連接著速度傳感器和變頻器。3個不同站通過PLC然后連接到通訊總線上，最終由智能計算機控制。

3 軟件設(shè)計

為了實現(xiàn)控制模型的正常運行，需要讓煤量自動匹配系統(tǒng)和硬件結(jié)合才可以實現(xiàn)[6-7]。這個系統(tǒng)可以通過人機交互界面進(jìn)入到系統(tǒng)當(dāng)中，然后系統(tǒng)主要包括采集數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置、采集數(shù)據(jù)處理和輸出、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)控制算法和系統(tǒng)保護等功能。具體的組成要素如圖3所示。

圖3 煤量自動匹配軟件框圖

系統(tǒng)一方面可以顯示整個系統(tǒng)的靜態(tài)布局，同時也可以反饋數(shù)據(jù)采集的結(jié)果，這個結(jié)果可以讓操作人員進(jìn)行監(jiān)管，以便對不合理參數(shù)和運行狀態(tài)進(jìn)行及時調(diào)整。在自動配料之前，首先需要使用參數(shù)設(shè)置模塊來對傳送量的目標(biāo)值和待檢測的參數(shù)臨界值進(jìn)行對比。接著利用控制模塊中的算法進(jìn)行執(zhí)行，即通過控制模塊當(dāng)中的算法對帶式輸送機在不同工況下的煤量進(jìn)行合理分配。這個分配的原則就是在保證參量的前提下，要盡量實現(xiàn)額定運載能力的完全利用，也就是說實際輸出煤量和理論所能運載的最大煤量之間的差值應(yīng)該在合理范圍之內(nèi)。

如果系統(tǒng)當(dāng)中有某個或者多個參數(shù)出現(xiàn)了異常情況，這個時候安全報警模塊就會發(fā)出警示信號。最后在系統(tǒng)安全運行一定時間之后，數(shù)據(jù)輸出模塊就會把這個時間段內(nèi)運輸機的運送數(shù)據(jù)匯總成表格形式對外輸出，讓相關(guān)工作人員對其進(jìn)行歸檔整理。

系統(tǒng)通過多個應(yīng)用程序模塊，通過對自動匹配數(shù)學(xué)模型的編碼和解析，可以實現(xiàn)自動創(chuàng)建每個階段的任務(wù)和當(dāng)前任務(wù)的并發(fā)數(shù)。同時此系統(tǒng)因為有各種串口，可以保證后期對一些新增功能的調(diào)試，所以有一定的擴展功能。這種擴展功能對于今后系統(tǒng)增添一些輔助監(jiān)測和輔助控制有著十分重要的作用，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障的時候可以幫助操作員迅速鎖定故障位置，便于進(jìn)行維修。

4 系統(tǒng)測試

通過使用電器設(shè)備對傳感器進(jìn)行調(diào)試，具體操作是首先對上位機進(jìn)行控制，然后測試其基本的數(shù)據(jù)采集和校驗功能是否正常，之后對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制。開環(huán)控制主要是為了檢測整個運輸機的煤量自動匹配系統(tǒng)的穩(wěn)定值，這個也是反映其抗干擾性能好壞的一個重要測試。

在硬件設(shè)計完成之后，也應(yīng)該進(jìn)行軟件測試，主要是在其基礎(chǔ)之上對軟件的各種性能如各種邏輯判斷和錯誤診斷進(jìn)行評估。如表1所示，表中記錄的測試結(jié)果是監(jiān)測傳感器時候相應(yīng)的指示燈通電情況，表中結(jié)果表示該硬件所有功能正常，具體表征的信息需要依照具體的情況進(jìn)行分析和校核。其次就是要對速度傳感器是否可以使用在帶式輸送機煤量自動匹配系統(tǒng)的一個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，要求其檢測數(shù)據(jù)反饋值包括變頻器的頻率和速度傳感器的速度等要在合理的誤差范圍之內(nèi)。

表1 系統(tǒng)硬件基本測試

傳感器采集的數(shù)據(jù)如表2所示，具體是通過設(shè)定帶式輸送機額定頻率和轉(zhuǎn)速在3種工況之下測試得到的。

表2 傳感器采集的數(shù)據(jù)

通過系統(tǒng)開發(fā)過程當(dāng)中人機交互過程，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理進(jìn)行人為干涉，這也是檢驗自動匹配系統(tǒng)正常工作的一個重要方式。這個過程一般是通過使用40 Hz的驅(qū)動頻率來驅(qū)動伺服電機，然后讓電機帶動負(fù)載進(jìn)行運動，看帶式輸送機是否可以按照預(yù)定的煤量分配方式進(jìn)行分配[8]。

5 結(jié)束語

本文通過分析帶式輸送機運煤量自動匹配系統(tǒng)的工作原理，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后把如何實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的編程和硬件集成進(jìn)行了細(xì)致的分析。經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)通過科學(xué)的規(guī)程可以保證帶式輸送機在保證額定輸送功率一定的前提下，實現(xiàn)輸送功能的有效利用，從而提升了煤炭公司的工作效率進(jìn)而提升了其經(jīng)濟效益。