多電機驅動帶式輸送機系統的功率平衡控制研究

程亮 馬一銘

【摘要】帶式輸送機是目前工業以及運輸業發展中的重要設備，在連續性的物料運輸中得到廣泛運用。因為帶式輸送機具有建造成本低、結構簡單等特點，在煤礦井下煤料運輸中發揮著重要的作用。但是長距離帶式輸送機功耗較高，為降低其功耗，特對皮帶運輸系統進行進一步研究，進而進行帶式輸送機多級驅動功率平衡控制系統的設計，從而使節能以及精準控制皮帶速度得以實現。

【關鍵詞】多電機驅動;帶式輸送機;煤礦運輸;功率平衡系統;節能

在煤礦生產過程中，由帶式輸送機將煤料由井底運輸至井上，但是在煤料開采期間，煤料位置與重點距離加強，若仍然使用兩個電機對皮帶運動進行驅動，必然會導致電機功耗的增加，增加皮帶張力，對于皮帶運輸機的長期穩定運行產生不利影響。為了使皮帶驅動裝置的驅動能力增強，多采用增加電機數量的方式增加驅動力，進而使皮帶張力降低，但是多了電機運作會使運輸系統變得復雜。本次研究特對多電機驅動的帶式運輸機進行分析，進而即西寧功率平衡控制系統的硬件電路設計。

一、多機驅動的帶式運輸機系統

（一）結構系統

多電機驅動能力的皮帶運輸系統結構包含驅動裝置、皮帶、托輥以及換向滾筒等，在皮帶的運行過程中，為皮帶提供摩擦牽引力的是驅動裝置，一般會在驅動滾筒外面包裹具有高摩擦因數的彈性材料，增加驅動裝置與皮帶之間的摩擦力。皮帶是承載負荷的主要裝置，增設滾筒裝置在皮帶下方，從而為皮帶提供支撐力，使皮帶運輸物料的能力增強，然后由換向裝置提升皮帶的拉進性能，保持皮帶的平穩運行得到保持。

（二）電氣連接

隨著經濟快速發現，對于帶式輸送機的發展也提出更好標準的要求，提升電機之間驅動的配合性能在多電機驅動的帶式輸送機運行系統中非常關鍵，可有效提高能源李永利，節約成本。皮帶輸送機的控制策略以及控制方式均得到良好發展，從而使皮帶輸送機的工作性能得到明顯提高，使多個電機之間的匹配輸出得以實現，因其控制變量不同可范圍三種情況。

1.轉速-電流平衡策略，對電流信息以及電機轉速信息進行采集，然后根據數據采集情況對各個電機的輸出功率進行分析，合理調整各電機輸出功率。

2.電流控制平衡策略，采集驅動電機電流利用電流變送器進行，比較多個電機的電流值，然后根據比較結果對各個電機的輸出功率進行調整，從而保證電機的協調工作。

3.轉速-轉矩平衡策略，不同功率輸出的電機轉矩在運行中存在差異，可以通過該特性對電機功率進行合理調整，進而使多電機功率平衡得以實現。

本次研究中認為，選擇電流控制功率平衡策略進行各電機功率平衡電機輸入電壓的頻率采用變頻器進行調整，然后對電機的轉速進行控制，從而達到協調各個電機輸出功率的目的，平衡各電機功率。

（三）功率平衡控制問題分析

隨著皮帶距離的加長，在皮帶輸送系統中將會引入更多的電機，這也使得皮帶輸送向長距離、高速度的方向發展。可以將電機控制系統看做多電機驅動的皮帶運輸機控制系統，除了電機轉速會影響電機輸出功率外，電機機械功率、滾筒包圍角、直徑以及皮帶張力等因素影響。為了使功率平衡系統控制的難度降低，在進行電機選擇時應當選擇永登機械特性、同一型號的電機。在各個電機機械效率想用的情況下，對電流變送器采集電流進行分析，然后根據電流數據蔡姐結果，采用變頻器對電機轉速進行調節，使功率平衡控制得以實現。

二、對系統硬件電路進行控制

（一）對系統結構進行控制

本次研究為試驗多電機皮帶運輸機電機功率平衡，特對多機驅動功率平衡控制系統進行設計，主要有電管隔離模板、變頻器以及相對應的電機組成電機控制部分，為了使控制系統的人機交互性增加，特在該系統中增加顯示模塊。在進行功率平衡系統運行過程中，電機電流的采集有電流變送器完成，并將采集的電流進行A/D轉換，讓其在PLC的輸入端口輸入，PLC會對數字量進行邏輯分析，從而對電機的輸出率進行判斷，然后控制電機的轉速可以通過調整輸出頻率進行，從而實現輸出功率平衡。

（二）設計變頻電路

本次研究中選取芯片為STM32f103C芯片作為變頻器的主控芯片，可以最大可能的是變頻調速系統的功能要求得到滿足。選擇RS-485通訊方式作為主控芯片與運城電腦監測系統之間的通訊方式，從而使長距離數據傳輸的需求得到滿足。整流電路和你變電路主要構成變頻器中的主要電路，變頻器的你變電路開關有主控芯片通過PWM波形進行控制，進而對電機轉速進行控制，對于電機的電流和轉速有主控制器對其進行實時監測，電機電流采用矢量計算的方式進行，從而獲得與負載相匹配的電流值，從而使電機工作在效率最優的狀態下進行工作。

電流的變動在變頻器的工作環境中比較明顯，會產生大量的電磁干擾在電路中，從而影響主控制器產生PWM波，引入光電隔離單元可以更好的改善電壓波形，降低諧波對電路的干擾。系統中引入PID控制策略，從而有效降低皮帶運輸系統的功耗，使帶式輸送機的多級功率平衡得以實現。

綜上所述，本次研究對三種功率平衡控制方法的特點進行分析，并且選擇電流公職功率表平衡策略進行進一步分析，認為電機同步轉速、電機機械效率以及電機臨界轉速為電機輸出功率的調節參數，在保證電機機械效率相同的前提下，進行功率平衡控制策略研究。在控制系統中搭配變頻電路以及硬件結構，從而使系統的控制精度進一步提高。

參考文獻：

[1]王定龍，王然風，賴春林.帶式輸送機雙機驅動控制系統設計[J].工礦自動化，2018，44（1）：74-78.

[2]黃忠河，王世博.中間卸載式長距離帶式輸送機驅動控制策略[J].工礦自動化，2017，43（7）：48-52.

[3]趙曉霞，孟文俊，陳昱璇，等.基于輸送帶彈性伸長率的帶式輸送機功率平衡研究[J].煤炭技術，2017，36（9）：219-221.