長距離輸送機多點分散驅動控制系統初探

摘要：介紹長距離輸送機的基本概況，對國內長距離輸送機多點分散驅動應用液粘軟啟動裝置和變頻器的控制系統進行一般概述，并闡述個人對功率平衡的觀點。在市場經濟下，由于輸送機需要適應現場惡劣的地形、千變萬化的復雜工況、高穩定性的要求，本文通過對輸送帶的堆積、振蕩、飄帶等故障分析，提出對多點分散驅動控制系統的展望。

關鍵詞：編碼器；現場總線；Kubler；西門子Profibus-DP

中圖分類號：TN762文獻標識碼：A

1 概述

輸送機具有結構簡單、輸送物料范圍廣、運量大、效率高等一系列優點，被廣泛應用于礦山、冶金、港口、化工等領域。伴隨輸送機技術的不斷完善，長距離、大傾角上下運、雙向輸送、水平轉彎和管狀等多種輸送機已成為市場主流。

目前我國的大型帶式輸送機在啟制動過程和正常運行時，會出現啟動困難、起動電流對電網的沖擊較大、由于載荷不均衡而引起的電動機過載甚至是電動機燒毀的事故。當在一條帶式輸送機上布置多個驅動裝置，常因啟動順序與時間控制不準確，出現輸送帶的低張力堆積、振蕩、大沖擊或者飄帶，造成這些故障的根本原因就是驅動滾筒線速度不一致長期累積的結果。

在市場經濟下，很多用戶為了節省修整地形、挖隧道、架廊道等成本投資，不僅要求輸送機能夠繞過障礙物，更是要求修建在連綿起伏的地勢上。現場惡劣的地形，千變萬化的復雜工況及對設備穩定性的要求，無疑對長距離多點分散驅動輸送機控制系統提出了更高的要求。

圖1 長距離平面轉彎輸送機

2 應用液粘軟啟動裝置的控制系統

由于以前變頻器價格昂貴，長距離水平輸送機多點分散驅動多采用液粘軟啟動裝置。液粘裝置原理如下：液壓系統比例閥線圈電流→控制油壓的大小→油膜厚度→輸出力矩→電機功率。下面以一條水平三點分散驅動為例進行分析，驅動形式見圖2：液粘軟啟動裝置多點驅動追求的是功率平衡調節。電控系統以一臺驅動為主電機，并為電流差值設定一個閥值，當除主電機外的電機與主電機電流差值超過這個閥值，就開始進行功率調節，將輸出功率大的液粘裝置的控制油壓降低以增大油膜厚度，反之同理。控制油壓是通過改變液粘裝置中液壓系統的電磁比例閥來實現的。

上述液粘控制系統，對于各點驅動滾筒外徑、減速機減速比和電機額定轉速等先天差異可以進行適應調節。實際應用中液粘控制系統仍存在很多不足，如除主電機外的驅動滾筒容易出現打滑、驅動滾筒磨損嚴重、啟動沖擊大、穩定性差、不允許長時間低速運行等，這些不僅增加了設備故障率，同時大大縮短了驅動滾筒和膠帶的使用壽命。筆者認為液粘控制系統中的功率平衡只適于物料均勻、連續且地形和工況并不復雜的較理想的長距離多點分散驅動輸送機。

3 應用變頻器的控制系統

近幾年伴隨變頻器性價比的提高，其憑借優越的特性開始廣泛應用于長距離多點分散驅動輸送機。應用變頻器的輸送機能夠實現緩慢啟動、緩慢停車、重載低損傷啟動和低速驗帶等很多優越的性能。

變頻器一般具有速度控制和轉矩控制功能，本身可以通過編碼器反饋進行準確的速度閉環控制。對于應用變頻器的多點遠距離分散驅動，以圖2為例：

3.1 采用速度主從控制：選定頭部驅動為主驅動，將速度給定送至頭部驅動，讀取頭部驅動的實時速度送至中部驅動和尾部驅動作為速度給定，或者讀取中部驅動的實時速度送至尾部驅動。調試初期，如果電機額定轉速、減速器減速比和驅動滾筒外徑大小，及啟動順序與時間控制不準確，輸送帶都會在某個分段出現低張力堆積或者飄帶，見圖3和圖4。找到合適配比后，設備長期運行中由于各驅動滾筒磨損程度不同仍會出現上述問題。

圖3 堆帶后的現場

3.2 采用驅動速度獨立配比控制：調試初期，選取頭、中驅動，分別給兩個驅動同樣的速度運行，觀察中部驅動轉矩變化，通過調節中部速度給定至兩個轉矩基本不變，找到合理的速度配比來抵消由于電機額定轉速、減速器減速比驅動滾筒外徑帶來的影響，同理再找到頭部和尾部的速度配比，找到三驅動的速度合理配比后，分別給定三個驅動。設備長期運行中問題同上。

3.3 采用轉矩主從控制，仍以圖2為例：選定頭部驅動為主驅動，將速度給定送至頭部驅動，讀取頭部驅動的實時轉矩送至中部驅動和尾部驅動作為轉矩給定，或者讀取中部驅動的實時轉矩送至尾部驅動。這種控制保證了各驅動轉矩一致，但由于物料分布不均勻，主驅動的轉矩變化很大，而從驅動的速度又處于不可控狀態，因此輸送帶出現嚴重振蕩甚至造成沿線撒料。

4 長距離輸送機驅動控制系統展望

目前，上述的驅動控制系統能保證工況不復雜的輸送機的運行。為了使多點驅動輸送機能適應現場惡劣的地形、復雜工況、驅動滾筒的磨損等因素，我們需要通過對輸送機進行動態分析，建立長距離分散驅動輸送機的控制模型，借助現代傳感技術，把模糊控制通過控制器實現，追求驅動滾筒線速度的同步。輸送機系統還將會對啟動、運行、制動過程中的實時數據參數進行分析， 實現自學習，根據分析結果自動校正控制程序，使設備運行更加穩定、可靠。

結語

隨著長距離送機應用的日益廣泛，很多科研人員和技術人員定會致力于研究一個具有自診斷、自分析、自校正等更多功能的長距離輸送機多點分散驅動平衡的控制系統，其必將推動輸送機向更長距離、更大運量和更多中間點驅動的方向快速發展。

參考文獻

[1]趙永秀.多機驅動帶式輸送機控制系統設計[J].礦山機械，2009(19):52-55.

[2]姜雪，周滿山，張媛.多機驅動的上運帶式輸送機功率平衡的研究[J].礦山機械，2007(6):84-86.

[3]趙玉文，李云海.帶式輸送機的現狀與發展趨勢[J].煤礦機械，2004(4):1-3.

[4]吉晉陽.大型帶式輸送機的控制與分析[J].煤礦機械，2010(5):172-174.