帶式輸送機智能控制系統的應用

張倩倩

（山西高河能源有限公司，山西 長治046000）

引言

帶式輸送機是一種結構簡單、運輸穩定性好、經濟性高的物料輸送設備，是煤炭運輸的核心。帶式輸送機在工作過程中的穩定性直接影響到煤炭的運輸效率和安全性，隨著長距離、大功率、高帶速、多點驅動輸送機系統的不斷投入應用，帶式輸送機在使用過程中逐漸暴露出了一系列的問題，其中以運行時帶速和煤量不匹配，多點驅動電機功率不平衡、電機易過載損壞兩個問題最為突出，嚴重影響了帶式輸送機運行時的穩定性和經濟性。結合大功率輸送機系統運行特性，提出了一種帶式輸送機智能控制系統，其采用了多方案煤量識別檢測技術，在對輸送帶上煤量進行自動檢測的基礎上通過控制驅動電機變頻器的輸出頻率實現了對輸送帶運行帶速的智能控制。

1 輸送機智能控制系統的結構

根據煤礦井下的實際情況，輸送機系統在運行過程中輸送帶上的煤量主要是受落料點落料速度、落料量的影響，因此對輸送帶上煤量的判斷可通過對落料點落料情況的監測來進行，傳統的采用在落料點設置皮帶秤的方式容易受落料沖擊產生波動，監測效果偏差大。因此本文采用了超聲波傳感器對落料情況進行監測，利用超聲波的多點監測技術來判斷落料情況圖1所示[1]。

圖1 帶式輸送機智能控制系統

由圖1可知，該帶式輸送機智能控制系統主要包括了監測模塊、中央處理模塊和執行模型。監測模塊主要是指設置在落料點的超聲波傳感器以及設置到輸送機系統上的各類速度傳感器，用于對輸送機系運行過程中的狀態進行監控，各個監控結果通過傳輸系統集成到集線器[2]（HUB）內，然后再傳輸到智能控制系統的中央處理模塊，對系統的運行狀態和調整量進行分析，最終將調整值發送到各個驅動電機的變頻器內，調整變頻器的輸出信號，進而實現對輸送機運行帶速的智能控制。

該控制系統采用了模糊匹配控制邏輯，系統首先對獲取的輸送機的運行帶速和煤流量進行模糊匹配分析，獲取最佳匹配帶速，然后系統對實際帶速和理論帶速情況進行對比，若滿足匹配結果則系統保持現有運行狀態不變，若不滿足現有匹配結果則系統將根據所獲取的差值確定各個電機的運行轉速和對應性的變頻器的輸出信號信息，實現對多電機驅動輸送機系統運行帶速的智能調整。

2 輸送機多電機功率平衡智能控制

目前多數輸送機系統采用的功率平衡調節方案為基于扭矩控制[3]的功率平衡調節，但由于扭矩傳感器體積大、檢測精度隨著扭矩的降低而降低，因此主要應用于小功率負載驅動的輸送機系統中，無法滿足大功率多電機驅動的輸送機系統。為了實現對輸送機運行過程中的動態功率平衡控制，在對多種控制方案進行對比后發現，輸送機在運行過程中，主驅動電機的變頻控制器能夠實現對驅動電機的矢量控制，同時能夠將相應的調節信號和關聯關系傳遞給對應的從動電機變頻器，給出各個變頻器一個設定的調節功率信號，從而保證各個從動電機輸出功率的一致性。

由于輸送機系統的運行帶速是由主驅動電機進行調節的，各個從動電機的運行狀態需要根據主驅動電機的運行狀態進行調整，因此該多電機功率平衡調節模式稱之為主從控制模型，控制系統的整體架構如圖2所示。

圖2 主從功率平衡控制邏輯示意圖

由圖2可知，設置在各個驅動電機上的傳感器設備首先對電機運行時的電壓和電流進行監測，將監測結果傳輸到磁鏈觀測器[4]內，磁鏈觀測器對監測數據進行解析，判斷出電機的運行轉速、運行轉矩和電機的磁通情況，分別傳輸給轉速調節器、轉矩調節器以及磁通調節器，經過進一步的數據處理后，系統通過對轉速的解析確定實際轉矩并對偏差量進行分析，輸出轉矩協調指令給各個從動電機的變頻器，控制從動電機變頻器對從動電機運行狀態進行調整，進而實現對所有驅動電機輸出轉矩和功率的平衡控制。

3 智能控制效果分析

為了對該智能控制系統的控制效果進行分析，本文對井下長距離帶式輸送機進行改造，對不同控制情況下的實際運行狀態進行調整。通過實際驗證，在前10 d采用傳統控制方案，輸送機在每天8 h內的平均耗電量為14 400度，輸送機的平均運行帶速為4.5 m/s，在第10～20天采用新的智能控制方案，輸送機在每天8 h內的平均耗電量約為11 300度，比優化前降低了21.5%，輸送機運行時的平均帶速約為4.08 m/s，比優化前降低了約9.3%。同時在采用傳統控制方案情況下，輸送機在運行過程中出現了4次驅動電機功率分配不平衡導致的輸送帶抖動和撒料情況，采用優化后的控制方案后，未出現功率分配不平衡導致的運行故障，輸送機系統的運行穩定性得到了顯著提升。

4 結論

1）該帶式輸送機智能控制系統主要包括監測模塊、中央處理模塊和執行模型，采用模糊匹配控制邏輯，實現了不同條件下對輸送機運行狀態的智能調節控制；

2）基于主從控制的多電機功率平衡技術能夠根據主電機的運行狀態，輸出相應的調節控制信號，實現了對從動電機運行狀態的匹配調節，滿足了功率平衡控制需求；

3）采用智能控制方案后，輸送機的運行耗電量比優化前降低了21.5%，運行帶速比優化前降低了9.3%，且能夠有效解決輸送機運行過程中因功率分配不平衡導致的運行散料情況，顯著提升了輸送機系統運行的穩定性。