輸送機自動調速控制系統的應用

姜 寶

（晉能控股煤業集團永定莊煤業公司，山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機是一種被廣泛應用在煤礦上的物料運輸設備，具有結構簡單、靈活性好的優點。為了滿足在過載情況下的運輸可靠性，帶式輸送機的驅動系統通常會預留足夠的余量，而在實際運行的過程中由于綜采速度的波動，在輸送機上的煤量很難達到滿載狀態，而且也很難達到均衡狀態，因此輸送機經常以“大馬拉小車”的方式運行，這不僅造成了極大的能源浪費，而且還加速了輸送機系統的磨損，影響了其實際的使用壽命。

為了提升輸送機系統運行的可靠性，本文通過對物料輸送過程的分析，設計了一種新的帶式輸送機自動調速控制系統，對提升煤礦井下的運行經濟性和安全性具有十分重要的意義。

1 輸送機功率影響因素的分析

輸送機在運行時的功率受多種因素影響，為了對其功率影響因素進行分析，以上運帶式輸送機為研究對象，其布局結構如圖1所示。

圖1 上運帶式輸送機布局結構

在實際布局中，輸送機的驅動電機和傳動滾筒之間通過減速裝置和聯軸器相連接，在傳動過程中存在著較大的功率損耗，這種現象在多電機驅動的輸送機系統中表現得尤為明顯，因此導致了多電機驅動的輸送機系統存在著嚴重的功率不平衡問題，進而影響到輸送機系統的穩定運行。驅動電機的輸出功率和驅動滾筒的運行功率之間的關系如式（1）所示[1]。

式中：PM為驅動電機輸出功率；K1為驅動電機的功率系數，為常數；K2為驅動電機啟動方式系數，為常數；C為輸送機運行時的阻力系數，為常數；li為分析區域內的輸送帶長度，為定值；fi為輸送帶和滾筒間的摩擦系數，為常數；v為輸送機運行帶速；qRO為上托輥組質量；qRU為下托輥組質量；qB為輸送帶單位長度質量；Q為輸送帶上物料質量；βi為輸送機傾角；PA為驅動滾筒的運行功率。

根據分析，當輸送機系統確定后，除了運輸的煤量和運行帶速外，其他的參數均為定值，因此輸送機運行時的功率消耗主要取決于載重量和運行帶速，因此需要實現對輸送機運量和帶速的智能調控才能滿足輸送機穩定運行的需求。

2 輸送機智能控制系統的分析

根據分析結果，本文提出了一種新的帶式輸送機智能控制系統，用于實現對運量-帶速的智能調控[2]，提升輸送機運行的經濟性和穩定性，其整體控制結構如下頁圖2所示。

圖2 輸送機智能控制系統結構示意圖

由圖2可知，該控制系統主要包括傳感器及檢測設備，變頻控制系統及上位機系統，采用了模塊化的組合結構。PLC控制器作為該系統的核心，用于對傳感器獲取的數據進行分析，并將分析結果傳遞給上位機系統，各個模塊之間的數據通信主要是通過工業以太網進行，通信協議采用的是PROFIBUS協議，具有數據轉換便捷、可靠性高的優點。工作人員可以在上位機處對井下輸送機的運行狀態進行遠程調控，確保系統對井下輸送機運行狀態調整的靈活性。

3 智能控制系統的硬件結構

在輸送機智能控制系統中，控制中心的穩定性和可靠性直接決定了對輸送機運行狀態調整的可靠性，因此各控制單元的硬件系統和軟件系統應具有較強的適應性，以滿足煤礦井下惡劣條件下的長期工作需求，該智能控制系統的硬件結構如圖3所示[3]。

圖3 輸送機智能控制系統硬件結構

由圖3可知，在該控制系統中，PLC控制器主要用于對監測信息的分析并接收來自于上位機的控制指令，通過控制變頻控制器的運行來實現對驅動電機的運行控制。系統中的速度傳感器主要用于對輸送帶的運行速度進行監控，皮帶秤主要用于對落料點處的落料情況進行監控[4]，從而獲取輸送帶上的物料分布情況，功率采集模塊主要用于獲取變頻器的驅動電機的運行情況，實現對驅動電機運行狀態的實時監測。各類傳感器將監測結果傳輸給PLC控制中心，通過綜合分析帶速、物料分布情況等，根據系統預設的帶速-煤量匹配速度表，輸出控制信號，實現對驅動電機運行狀態的靈活調整，實現煤量和帶速的精確匹配。

4 應用情況分析

該輸送機智能控制系統自應用以來表現出了極高的穩定性，通過統計2020年10月至2021年2月份輸送機的運行情況，輸送機在運行時的平均帶速由最初的4.13 m/s降低到了目前的2.6 m/s，平均帶速下降了約37.1%，輸送帶的平均使用壽命時間增加了24.9%，顯著地提升了井下輸送那就運行的穩定性和可靠性性。

5 結論

1）輸送機運行時的功率消耗主要來自載重量和運行帶速，因此需要實現對輸送機運量和帶速的智能調控才能滿足輸送機穩定運行的需求；

2）新的調速控制系統能夠將輸送機運行帶速平均降低37.1%，將輸送帶的使用壽命延長24.9%，對提升煤礦井下的運行經濟性和安全性具有十分重要的意義。