皮帶機自適應(yīng)調(diào)速控制模式的應(yīng)用研究

李晉凱

（晉能控股煤業(yè)集團浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000）

引言

皮帶機是煤礦井下物料運輸?shù)暮诵难b備，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、可靠性高的優(yōu)點，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下物料運輸?shù)陌踩?。隨著井下物料運輸距離的不斷增加，目前輸送機系統(tǒng)一般采用多組輸送機相互疊加的方式來保證物料的長距離運輸，但在實際使用的過程中發(fā)現(xiàn)由于輸送帶上的物料分布不均勻，因此在同一時間段內(nèi)各個輸送機上的負(fù)載差異性很大，但為了保證物料運行的安全性，所有的輸送機組均采用高帶速運行模式，造成了極大的電能浪費，無法適應(yīng)運輸經(jīng)濟性的需求。

結(jié)合輸送機組的控制需求，本文提出了一種新的皮帶機自適應(yīng)調(diào)速控制系統(tǒng)，采用全新的核子皮帶秤作為運量監(jiān)測裝置并對帶速-運量關(guān)系進行分析的方案，實現(xiàn)了對輸送機運行過程中煤炭量的動態(tài)監(jiān)測，同時確定了帶速-運量的匹配關(guān)系，同時采用基于電流均值法的驅(qū)動電機功率平衡控制策略實現(xiàn)了輸送機運行過程中多電機的功率平衡控制。

1 自適應(yīng)調(diào)速控制系統(tǒng)

結(jié)合煤礦井下皮帶機的實際調(diào)速控制需求，本文所提出的皮帶機自適應(yīng)調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

在該控制系統(tǒng)中，為了提高控制的效率并增強系統(tǒng)的擴展性，因此采用了地面控制主機+井下控制主站+區(qū)域控制分站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。區(qū)域控制分站位于輸送機旁邊，主要用于對各輸送機運行狀態(tài)的直接監(jiān)測，而且區(qū)域控制分站能夠根據(jù)輸送機系統(tǒng)的不同進行靈活的增減，具有極高的擴展能力?？刂品终精@取各輸送機系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息后將其傳遞到井下控制主站，控制主站對各輸送機系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)進行分析，并對各個輸送機單元發(fā)出調(diào)整指令，滿足輸送機系統(tǒng)整體均衡運行的需求，同時將分析結(jié)果傳遞給地面控制主機，便于監(jiān)控人員實時掌握輸送機系統(tǒng)的整體運行情況，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，地面控制中心的監(jiān)控人員將直接發(fā)出調(diào)控指令給井下控制主站，實現(xiàn)對輸送機系統(tǒng)運行狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。

圖1 自適應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 帶速-運量匹配原理

輸送機系統(tǒng)在運行的過程中最突出的問題是，同一時間段不同輸送機上的物料負(fù)載不同，而輸送機系統(tǒng)均以最大匹配速度運行，因此導(dǎo)致了運行能量消耗大、輸送帶磨損量大，難以實現(xiàn)井下物料運輸?shù)慕?jīng)濟性。其控制難點在于對輸送帶上物料重量的監(jiān)測以及對帶速-運量的合理匹配方案，在對多種方案分析后，本文提出了采用核子皮帶秤作為運量監(jiān)測裝置并對帶速-運量關(guān)系進行分析的方案[2]，實現(xiàn)了輸送機系統(tǒng)帶速-運量的合理匹配。核子皮帶秤運量監(jiān)測原理如下頁圖2所示。

由下頁圖2可知，核子皮帶秤的工作采用了朗伯比爾定律[3]，皮帶秤不斷的向著輸送帶上的煤炭發(fā)出環(huán)形的射線，射線穿過煤炭后會衰減，接收裝置接收到衰減后的射線源后，根據(jù)衰減量即可確定出區(qū)域內(nèi)煤炭的厚度，從而實現(xiàn)對輸送帶上煤炭分布量的實時監(jiān)測。

圖2 核子皮帶秤監(jiān)測原理示意圖

該監(jiān)測方案的優(yōu)點在于采用了非接觸式測量模式，解決了傳統(tǒng)電子秤在使用過程中受輸送帶波動影響監(jiān)測誤差大的不足，實現(xiàn)了對輸送帶上物料狀態(tài)的實時監(jiān)測。

根據(jù)對輸送機運行負(fù)載狀態(tài)及耗電量的分析，輸送機在經(jīng)濟條件下的帶速v-運量Q關(guān)系可表示為[4]：

式中：qm為表示輸送帶上煤炭堆積的線密度。

輸送機在運行過程中理論上的煤炭堆積線密度應(yīng)不超過系統(tǒng)的設(shè)定值[5]，理論上運量為零的情況下輸送帶的帶速應(yīng)為零，但這樣會導(dǎo)致輸送帶頻繁的調(diào)整運行速度，增加耗電量和對電網(wǎng)的沖擊，因此設(shè)定當(dāng)運量低于理論運量后，系統(tǒng)將統(tǒng)一采用最低運行帶速運行，保證運輸經(jīng)濟性和運輸效率的統(tǒng)一。

3 多電機功率平衡控制

由于輸送機系統(tǒng)一般均采用多電機驅(qū)動，在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)功率分配不均導(dǎo)致的驅(qū)動電機過載損壞現(xiàn)象，因此在該智能控制系統(tǒng)中，提出了一種新的基于電流均值法的驅(qū)動電機功率平衡控制策略[6]。以三臺電機驅(qū)動系統(tǒng)為例，三臺電機的電壓和電流均具有對稱性[7]，每個驅(qū)動電機都有一個與之匹配的柔性驅(qū)動控制裝置，在工作的過程中可以根據(jù)調(diào)節(jié)控制信號來對比例閥線圈的電流進行調(diào)整，進而實現(xiàn)對離合器油缸油壓大小的控制，通過對油膜后的和輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)整，進而實現(xiàn)對各電機運行功率的平衡控制，該控制原理如圖3所示[8]。

圖3 基于電流均值法的功率平衡控制原理

根據(jù)在煤礦井下的實際應(yīng)用，該自適應(yīng)調(diào)速控制模式，能夠根據(jù)輸送機系統(tǒng)上物料分布情況，靈活的調(diào)整輸送機系統(tǒng)的運行帶速，其平均運行帶速由最初的4.2 m/s降低到了目前的3.71 m/s，降低了11.7%，輸送機運行過程中的耗電量降低了8.6%，對提高輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

1）為了提高控制的效率并增強系統(tǒng)的擴展性，自適應(yīng)控制系統(tǒng)采用了地面控制主機+井下控制主站+區(qū)域控制分站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擴展性高；

2）核子皮帶秤采用了非接觸式測量模式，解決了傳統(tǒng)電子秤在使用過程中受輸送帶波動影響監(jiān)測誤差大的不足，實現(xiàn)了對輸送帶上物料狀態(tài)的實時監(jiān)測；

3）基于電流均值法的驅(qū)動電機功率平衡控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)對各驅(qū)動電機運行情況的快速調(diào)整，實現(xiàn)各電機運行功率的平衡；

4）新的控制系統(tǒng)將輸送機的平均運行帶速降低了11.7%，運行過程中的耗電量降低了8.6%，對提高輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的意義。