基于電流特征的刮板輸送機負載平衡控制系統研究

于茜 桂林電子科技大學機電工程學院 趙俐 桂林電子科技大學信息與通信學院 黃瑤 凌圣東 桂林電子科技大學機電工程學院

引言：刮板輸送機是一種用刮板鏈牽引，在槽內運送散料的輸送機。隨著自動化水平的不斷提高，刮板輸送機負載能力不斷增大，刮板輸送機的驅動形式由單端驅動向雙端驅動轉變，即機頭、機尾處各布置一臺驅動電機。大負載工況下刮板輸送機的能耗問題、工作效率問題和使用壽命問題越來越受到普遍關注。事實上受載荷、運行阻力等影響，機頭端的電機負載遠遠大于機尾端，兩端電機運行功率嚴重失衡，容易造成電機損壞，因此，如何實現刮板輸送機運行過程中兩端驅動電機負載的平衡調節和控制是保證刮板輸送機安全穩定運行的瓶頸問題。

中國礦業大學周書穎等人研究了刮板輸送機功率協調與載荷均衡控制，使用雙電機主從控制方式實現刮板輸送機前后驅動電機輸出功率的均衡[1]；太原理工大學的李艷偉研究了順序啟動對兩機功率不平衡的影響,主要從空載啟動和重載啟動兩種工況下得出數據[2]。這類研究分析了刮板輸送機的負載特性，通過分析發現每個電動機均會發生功率不平衡現象，因此對刮板輸送機進行平衡控制，提高穩定性尤為重要。本文研究對象為首尾雙驅動的刮板輸送機，通過提取、采集、測試與分析電機兩端的電流，利用PLC進行控制與調節，實現刮板輸送機負載的平衡控制。

1 刮板輸送機負載平衡控制系統總體結構分析

系統總體結構如圖1所示，利用兩個電參數采集模塊，采集提取首尾兩端電機的電流，通過數據總線將采集到的電信號傳遞給控制器，控制器采用可編程控制器PLC經過模數轉換、計算、運送和數模轉換，再將電信號傳給變頻器，通過變頻器改變尾端電機頻率，實現控制電機速度，從而達到刮板輸送機負載平衡控制。由于刮板輸送機用于井下開采，可在地面設置上位機，通過以太環網實現地下與地上的遠程通信，達到數據顯示、地面監控的作用。

圖1 基于電流特征的刮板輸送機負載平衡控制系統總體結構

2 基于PLC的模糊PID控制系統整體結構分析

系統整體結構如圖2所示，控制器采用西門子S7-200系列224XP型號PLC，采用EDA9033A電參數采集模塊提取刮板輸送機兩端電機電流，采集到的兩端電流經過模數轉換，通過控制器進行比較與分析，計算出電流偏差和偏差變化率，再通過PLC控制器的PID模塊，進行模糊化、模糊推理和解模糊運算，經數模轉換，通過控制變頻器來調節機尾端電機的轉速，實現首尾兩端電機功率的平衡控制。

3 系統性能分析

為了驗證系統性能，比較與分析在常規工作狀態下和經負載平衡控制系統調節后兩端電機的電流曲線。未調節前，由于受到運行阻力等因素的影響，機頭端電機電流比機尾端大。通過測量與計算首尾兩端鏈條張力大小發現，與機尾相比機頭承受更大的載荷和功率。觀察使用負載平衡控制系統調節后的刮板輸送機電流曲線，可以看到兩端電機電流大小和變化幾乎一致，經測量與計算，電機兩端鏈條張力大小也相差不大。事實證明，通過PLC的PID模塊對采集的電流進行處理與運算可以實現調節機尾端電機速度的作用，從而實現首尾兩端電機功率的平衡控制。

4 結語

本文研究了一種基于電流特征的刮板輸送機負載平衡控制系統，通過采集電機的電流，利用PLC進行偏差及偏差變化率計算，通過模糊PID算法實現控制輸出的自動調整，實現尾端電機速度的自適應調節，達到負載平衡控制。通過分析使用該系統前后首尾兩端電流曲線以及測算鏈條張力，證明了該系統控制精度高，為刮板輸送機電機保護提供了參考途徑，對提高礦山開采效率、延長刮板輸送機的使用壽命具有重要的意義。