礦用帶式輸送機傳輸控制系統的優化研究

姜 寶

（大同煤礦集團有限責任公司永定莊煤業公司， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機作為目前應用最為廣泛的散料輸送設備，具結構簡單、經濟性好、穩定性高的優勢，對確保煤礦上的物料輸送起著至關重要的作用。隨著煤礦綜采效率的不斷提升，為了滿足帶式輸送高帶速大傾角的物料運輸需求，目前一般均采用大功率電機驅動控制模式，雖然極大地提升了輸送機的物料運輸能力，但實際工作過程中發現由于采用了大功率電機驅動控制模式且輸送機在運行過程中的不穩定因素較多，導致帶式輸送機在運行過程中存在較大的功率波動，給輸送機的運行安全和穩定性造成了嚴重的影響[1]。因此本文提出了一種新的礦用帶式輸送機傳輸控制系統，對大功率電機驅動進行功率平穩控制，利用變頻調速控制及工業以太網數據傳輸系統實現了對變頻調速控制信號的交叉耦合補償，在確定驅動電機功率輸出和驅動頻率變化關系的基礎上實現了對輸送機運行過程中大功率電機運行功率的平穩控制，滿足了功率平穩性的運行需求。

1 帶式輸送機傳輸控制方案

以DT11(A)B1200型帶式輸送傳輸控制系統為改造對像，其帶寬為1 200 mm上托輥組為Φ134 mm×463 mm，下托輥組為Φ134 mm×1 400 mm，頭滾筒為Φ800 mm×1 400 mm，尾滾筒為Φ630 mm×1 400 mm，為確保其運行時的穩定性，對其控制系統進行了改造，優化后的傳輸控制系統整體結構如圖1所示。

由圖1可知，該傳輸控制系統主要包括了監控層、控制層和執行層，執行層為傳輸控制系統的核心，為了確保對電機功率平穩輸出的實際控制效果，變頻驅動控制器和驅動電機采用了一拖一的控制模式，對變頻控制器的控制主要通過集控PLC控制中心進行。監控層和控制層主要是對輸送機運行過程中各驅動電機的工作狀態進行監測，判定出其實際工作狀態，計算出電機的功率不平穩因數，將分析結果傳輸給集控PLC控制中心，作為對變頻器控制調節的基礎[2]。

考慮到煤礦上工作環境較為惡劣，同時基于經濟性的原因，根據實際情況，該傳輸控制系統的整體電氣控制部分采用了PROFIBUS工業以太網數據傳輸系統，用于各個通訊模塊之間的數據傳輸和通信，其具有傳輸速度快、抗干擾性能好的優點，可以確保傳輸控制系統的信號傳輸穩定性。

圖1 帶式輸送機傳輸控制系統結構示意圖

2 功率平穩控制原理

帶式輸送機在運行過程中由于受到驅動電機功率輸出不穩定、輸送帶粘彈性力、輸送帶和驅動滾筒之間的摩擦力等的影響，導致了整個輸送機系統在運行過程中對輸送機的運行狀態和不平穩性的監控較為困難，傳統的控制方案無法實現對電機功率不平穩量的準確評估和調整。在該控制系統中引入了帶有預測功能的模糊控制器，該模糊控制器采用了模糊控制原理，能夠實現對輸送機運行過程中非線性變化參數的模糊跟蹤控制，獲取不平穩量數據信息后對電機的不平穩性進行判斷并輸出對應的頻率補償控制信號，結合實際控制電流頻率，實現了驅動電機的聯合控制，最終控制各電機輸出相對平穩的控制功率，滿足輸送機傳輸控制系統工作穩定性的需求。如圖2所示為傳輸系統功率平穩控制原理圖。

圖2 傳輸系統功率平穩控制原理

3 帶式輸送機啟動方式優化研究

帶式輸送機系統在運行過程中經常會出現重載啟動的工況，在重載情況下帶式啟動機按傳統啟動方式將導致出現極大的震動和沖擊，給輸送機的機架及驅動電機造成了巨大的沖擊，嚴重影響了帶式輸送機的運行安全，因此本文提出了一種新的近“S”形的帶式輸送機啟動特性曲線，該曲線整體結構如圖3所示。

由圖3可知，該近“S”形的帶式輸送機啟動特性曲線包括了0～t0的勻加速階段、t0～t1的恒速階段及t1～t2的變加速階段。在啟動的過程中首先采用勻加速的方式將輸送機的運行速度提升至額定運行速度的19%，然后停止加速，讓輸送帶的整個區間范圍內的輸送機均實現勻速運行，實現輸送帶的張緊，最后再以拋物線形的加速度曲線實現輸送機的快速啟動和平穩運行。該啟動特性曲線既確保了輸送機快速啟動的控制需求，又能夠滿足輸送機在不同工況下柔性啟動的安全性需求，能夠顯著提升輸送機系統的運行穩定性和安全性[3-4]。

圖3 帶式輸送機近“S”形啟動特性曲線

4 結論

1）該傳輸控制系統主要包括了監控層、控制層和執行層，變頻驅動控制器和驅動電機采用了一拖一的控制模式，電氣控制部分采用了PROFIBUS工業以太網數據傳輸系統，能夠滿足對驅動電機穩定、準確的控制需求；

2）控制系統采用了帶有預測功能的模糊控制器，利用了模糊控制原理，能夠實現對輸送機運行過程中非線性變化參數的模糊跟蹤控制；

3）近“S”形的帶式輸送機啟動特性曲線，確保了輸送機快速啟動的控制需求，又能夠滿足輸送機在不同工況下柔性啟動的安全性需求，能夠顯著提升輸送機系統的運行穩定性和安全性。