帶式輸送機順煤流啟動的智能控制技術(shù)

張貴升

(晉能控股煤業(yè)集團燕子山礦)

帶式輸送機是一種依靠驅(qū)動滾筒和輸送帶之間的摩擦力來控制輸送帶運行的機械設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、布置靈活、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。隨著多級帶式輸送機系統(tǒng)的不斷投入應(yīng)用，輸送機系統(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)定性和能耗越來越受到關(guān)注。目前多數(shù)輸送機系統(tǒng)在運行時，下級輸送機的啟動是按照逆煤流的方式逐級啟動，雖然能夠確保輸送過程中物料的安全性，但輸送機無效運行時間長、能耗大、磨損嚴重，而且各輸送機系統(tǒng)在運行過程中的帶速均保持恒定，無法根據(jù)輸送帶上的物料分布情況靈活調(diào)整，嚴重影響了物料輸送的經(jīng)濟性和輸送機的使用壽命[1]。因此本研究提出了一種新的帶式輸送機順煤流啟動的智能控制技術(shù)，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多級輸送機的順煤流啟動，同時能夠根據(jù)輸送帶上的物料分布情況自動調(diào)整輸送機的運行帶速，進而實現(xiàn)對輸送機運行的節(jié)能控制。

1 帶式輸送機順煤流啟動控制原理

現(xiàn)有的輸送機控制系統(tǒng)在運量低于標準值的情況下，仍然采用恒帶速運行及逆煤流啟動，導(dǎo)致電能浪費嚴重、輸送帶磨損嚴重，本研究提出了帶式輸送機順煤流啟動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以運量檢測、帶速檢測及變頻調(diào)速控制為核心，整體控制結(jié)構(gòu)[2]見圖1。

圖1 順煤流啟動控制邏輯結(jié)構(gòu)

由圖1可知，該系統(tǒng)的控制核心為PLC控制單元，在PLC控制單元內(nèi)輸入運量與帶速的匹配模型，運量檢測裝置采用了激光掃描法，通過對煤炭堆積體積的分析，獲取煤炭堆積值，然后將此信號傳輸給PLC控制中心，通過運量和帶速匹配模型，獲取相匹配的最佳帶速。同時在輸送帶的下側(cè)設(shè)置有機械編碼器，用于對輸送帶運行時的帶速進行監(jiān)測，通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)對實際帶速和理論帶速差值進行對比，獲取修正值，滿足精確調(diào)控需求。在進行多級輸送機配合運行時，首先對上一級輸送帶的運行帶速進行監(jiān)測，然后根據(jù)其長度確定物料的輸送距離，計算出下級帶式輸送機的最佳啟動帶速，實現(xiàn)煤炭在該級輸送帶上的滿載運行，提升輸送機的運行經(jīng)濟性，同時自動調(diào)整輸送帶的運行速度，實現(xiàn)“煤多快速，煤少慢速”地經(jīng)濟運行。

2 帶式輸送機軟啟動控制方案

為了滿足輸送機的順煤流控制，需要帶式輸送機具有較高的反應(yīng)速度和快速啟動能力。此時，輸送機啟動速度越快，振動沖擊就越大，極大地影響了輸送機的安全性和使用壽命。為了在確保使用安全情況下提升輸送機的啟動速度，提出了采用變頻軟啟動控制的方案，對等加速度啟動、等三角形啟動、正弦啟動及拋物線啟動這4種方案進行對比分析，結(jié)果見圖2。

由圖2的實際對比分析結(jié)果可知，當采用等加速度控制方案時，整個啟動時間最長，而且在啟動初期會給輸送機系統(tǒng)一個顯著的沖擊，直接影響輸送機系統(tǒng)的啟動穩(wěn)定性，也無法滿足快速啟動的需求。當采用拋物線型啟動方案和正弦啟動方案時，二者的啟動時間差異性不大，但加速度變化率大，會對輸送機系統(tǒng)的啟動穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，無法滿足低沖擊啟動的要求。等三角形啟動方案[3]則具有啟動速度快、啟動沖擊特性小的優(yōu)點，能夠滿足對輸送機系統(tǒng)快速啟動和平穩(wěn)啟動的要求。

圖2 不同啟動方式啟動特性對比

3 順煤流啟動控制系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)逆煤流啟動方案會增加輸送帶的空載運行時間，導(dǎo)致影響節(jié)能和輸送帶的實際使用壽命，因此，提出了順煤流啟動方案。假設(shè)輸送機系統(tǒng)的1號帶式輸送機的穩(wěn)定帶速為v，輸送機按照等三角形啟動方案的啟動時間為ts，則1號輸送機的長度L1應(yīng)確保大于vts，而且2號輸送機的延時啟動時間t2=L1/v-ts；同理，當2號輸送機運行穩(wěn)定后，3號帶式輸送機的延時啟動時間t3=(L1+L2)/v-ts，其中L2表示2號帶式輸送機的長度。以此類推，t2+t3+....tn即為輸送機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行時間。為了確保實際使用過程中的安全性，若達到延時時間后輸送機系統(tǒng)未正常啟動，則會緊急控制上游輸送機停止運行，滿足輸送機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的需求，順煤流輸送系統(tǒng)控制界面[4]見圖3。

圖3 輸送機順煤流啟動控制系統(tǒng)

根據(jù)實際應(yīng)用表明，采用該順煤流控制系統(tǒng)后極大地提升了輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，輸送機運行時的耗電量降低6.3%，1 d可節(jié)約空載運行時間0.96 h，提升了煤礦運輸效率，降低了輸送帶磨損等。

4 結(jié) 論

(1)帶式輸送機順煤流啟動的智能控制技術(shù)，其以運量檢測、帶速檢測及變頻調(diào)速控制為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)“煤多快速，煤少慢速”地經(jīng)濟運行。

(2)等三角形啟動方案具有啟動速度快、啟動沖擊特性小的優(yōu)點，能夠滿足對輸送機系統(tǒng)快速啟動和平穩(wěn)啟動的要求。

(3)順煤流控制系統(tǒng)能夠顯著地提升輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，輸送機運行時的耗電量降低6.3%，1 d可節(jié)約空載運行時間0.96 h，對提升煤礦運輸效率，降低輸送帶磨損等具有十分重要的意義。