礦用帶式輸送機(jī)多電機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究

李 偉

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司， 山西 高平 048400）

引言

隨著煤礦井下綜采作業(yè)效率的不斷提升，對(duì)煤礦上的物料運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸效率和穩(wěn)定性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸效率和運(yùn)量方面均無(wú)法滿足日益增加的煤炭運(yùn)輸需求，因此具有大運(yùn)量、高帶速的多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)由于輸送帶的黏彈性特性以及落煤時(shí)沖擊力的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同步現(xiàn)象極為嚴(yán)重，常常使某些電機(jī)處于高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)而另一些電機(jī)處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，不僅嚴(yán)重影響了輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性而且導(dǎo)致在運(yùn)行過程中輸送帶的撒料嚴(yán)重[1]。因此本文在前人研究的基礎(chǔ)上針對(duì)性地提出了一種新的多電機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)，利用模糊均衡控制的原理，對(duì)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)控制。

1 多電機(jī)協(xié)調(diào)控制原理

在多電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的輸送機(jī)系統(tǒng)中，各電機(jī)的機(jī)械特性存在著較大的差異，各電機(jī)安裝時(shí)的位置、托輥狀態(tài)、受力等均不一致，特別是在輸送機(jī)剛啟動(dòng)和受沖擊作用下，由于輸送帶的黏彈性特性[2]使各電機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)的受力狀態(tài)會(huì)有顯著的區(qū)別，給各電機(jī)的協(xié)調(diào)控制帶來(lái)了較大的影響。本文在對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制原理進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的多電機(jī)協(xié)調(diào)控制方式，本文以最常見的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為例進(jìn)行分選，其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

由圖1可知，在該多電機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，1號(hào)電機(jī)為帶式輸送機(jī)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，2號(hào)電機(jī)則為系統(tǒng)的從動(dòng)電機(jī)，1號(hào)變頻器用于控制主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行速度，2號(hào)驅(qū)動(dòng)器用于對(duì)從動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行控制，系統(tǒng)的反饋電流主要是用于當(dāng)輸送機(jī)系統(tǒng)的張力、負(fù)載發(fā)生變化時(shí)快速地將調(diào)整控制信號(hào)傳遞到相應(yīng)的模糊均衡控制器內(nèi)，通過模糊算法判定[4]，對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)的，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)電機(jī)的變頻控制器，確定電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠在第一時(shí)間內(nèi)獲得調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，滿足輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

圖1 帶式輸送機(jī)多電機(jī)協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)示意圖

2 多機(jī)協(xié)調(diào)控制方案驗(yàn)證

為了驗(yàn)證多電機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，本文以SSJ650型帶式輸送機(jī)為研究對(duì)象，該輸送機(jī)全長(zhǎng)1 673 m，運(yùn)行時(shí)的額定速度為4.15 m/s，輸送機(jī)在巷道內(nèi)布置的傾斜角為11.6°，采用兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)的方式，各電機(jī)額定工作電壓為6 000 V，額定的工作轉(zhuǎn)速為1 440 r/min。雖然該系統(tǒng)中兩組電機(jī)的結(jié)構(gòu)及理論參數(shù)一致，但由于內(nèi)部線束纏繞一致性的差異，導(dǎo)致電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速會(huì)存在一定的偏差，根據(jù)實(shí)際測(cè)量，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行線速度要比從動(dòng)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行線速度大0.25%。

利用監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)采用傳統(tǒng)控制方案和采用多機(jī)協(xié)調(diào)控制方案下帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果如下頁(yè)圖2所示。

由圖2可知，在不同的啟動(dòng)控制方案下，帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的速度均是逐漸增加至設(shè)定運(yùn)行速度，但采用傳統(tǒng)控制方案時(shí)輸送帶開始運(yùn)行時(shí)的開始時(shí)間為39 s，最大運(yùn)行速度為4.01 m/s，與設(shè)定的運(yùn)行速度的差值約為0.14 m/s。當(dāng)采用新的多電機(jī)協(xié)調(diào)控制時(shí)，其輸送帶開始運(yùn)行的實(shí)際時(shí)間為21 s，比傳統(tǒng)控制方案縮短了約46.2%，穩(wěn)定運(yùn)行后的速度約為4.12 m/s，比傳統(tǒng)控制方案下提升了約2.7%。由此可知，采用多機(jī)協(xié)調(diào)控制不僅能夠顯著縮短啟動(dòng)時(shí)間而且能夠有效提升輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的線速度，提高輸送機(jī)的物料運(yùn)輸效率。

在多電機(jī)協(xié)調(diào)控制方案下主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和從動(dòng)電機(jī)的速度變化曲線如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)采用多電機(jī)協(xié)調(diào)控制方案時(shí)，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈平穩(wěn)變化的趨勢(shì)，而從動(dòng)電機(jī)的速度則是圍繞著主動(dòng)電機(jī)的速度變化而不斷地進(jìn)行調(diào)整，使從動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度始終和主動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持一致性，最大速度偏差僅0.03%，極大提升了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過程中的速度協(xié)調(diào)性，滿足了協(xié)調(diào)控制的要求，降低了發(fā)生電機(jī)過載的隱患。

圖2 不同控制方案下輸送機(jī)的啟動(dòng)速度變化曲線

圖3 多電機(jī)協(xié)調(diào)控制下各電機(jī)的速度變化曲線

3 結(jié)論

1）該系統(tǒng)通過模糊算法判定，對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)的，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)電機(jī)的變頻控制器，確定電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠在第一時(shí)間內(nèi)獲得調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，滿足輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

2）采用新的多電機(jī)協(xié)調(diào)控制時(shí)，其輸送帶開始運(yùn)行的實(shí)際時(shí)間比傳統(tǒng)控制方案縮短了約46.2%，穩(wěn)定運(yùn)行后的速度比傳統(tǒng)控制方案提升了約2.7%。

3）當(dāng)采用多電機(jī)協(xié)調(diào)控制方案時(shí)，從動(dòng)電機(jī)的速度則是圍繞著主動(dòng)電機(jī)的速度變化而不斷地進(jìn)行調(diào)整，使從動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度始終和主動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持一致性，最大速度偏差僅0.03%。