刮板輸送機(jī)多電機(jī)運(yùn)行控制研究

楊耀杰

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電處，山西 介休 032000）

引言

現(xiàn)階段煤礦井下采掘作業(yè)面使用的刮板輸送機(jī)普遍使用變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動，但是現(xiàn)場應(yīng)用過程中由于運(yùn)輸?shù)拿?、矸石量存在較大差異，使得刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)功率失衡，難以保持同步運(yùn)行[1-3]。為此，本文基于PLC設(shè)計多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)，其通過對機(jī)頭、機(jī)尾變頻器監(jiān)測與控制，實(shí)現(xiàn)多電機(jī)均衡運(yùn)行，提高了刮板輸送機(jī)工作效率。

1 多電機(jī)運(yùn)行控制總體方案

多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。其主要結(jié)構(gòu)包括電動機(jī)、變頻器及PLC等。整個控制系統(tǒng)以PLC為核心組件，并通過CAN總線與布置在機(jī)頭、機(jī)尾的變頻器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及控制，并實(shí)時顯示刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)[4]。

圖1 多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案示意圖

機(jī)頭位置的變頻器1、機(jī)尾位置的變頻器2分別作為主機(jī)、從機(jī)，PLC實(shí)時監(jiān)測變頻器1運(yùn)行參數(shù)，確定電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，并以監(jiān)測獲取到的參數(shù)為依據(jù)通過調(diào)整變頻器2運(yùn)行實(shí)現(xiàn)機(jī)尾電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與機(jī)頭電機(jī)一致。

2 多電機(jī)運(yùn)行控制方法及程序

2.1 多電機(jī)運(yùn)行控制方法

具體工作面多電機(jī)運(yùn)行控制方法如圖2所示。電機(jī)運(yùn)行控制方法包括轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制、變流閉環(huán)控制兩種，具體通過PLC控制機(jī)頭、機(jī)尾變頻器運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)均衡運(yùn)行[5]。使用PI系統(tǒng)反饋電動機(jī)輸入電流情況，并對機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)充，減少機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)兩側(cè)電壓降給電機(jī)運(yùn)行控制帶來的不利影響。機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)位置電壓降主要是由于供電電纜長度差異引起的[6-7]。

圖2 多電機(jī)運(yùn)行控制示意圖

2.1.1 刮板輸送機(jī)啟動運(yùn)行控制

在刮板輸送機(jī)運(yùn)行啟動初期，構(gòu)建完成通信系統(tǒng)后機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)啟動運(yùn)行。PLC依據(jù)刮板輸送機(jī)上剩余載荷量向變頻器發(fā)出轉(zhuǎn)速指令，具體如圖2主機(jī)部分。當(dāng)刮板輸送機(jī)處于輕載啟動時，即啟動電流I＜1.5I實(shí)（I實(shí)表示額定電流），電機(jī)以PLC給定的額定轉(zhuǎn)矩啟動運(yùn)行；當(dāng)刮板輸送機(jī)處于沖擊載荷或者重載荷啟動時，即I≥1.5I實(shí)，則給定電流經(jīng)過限幅、PI后與實(shí)際電流間差異形成反饋，PLC根據(jù)反饋結(jié)果對電機(jī)啟動速度n進(jìn)行一定補(bǔ)償（△n），最終機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)均按照速度n1（n1=n+△n）瞬間進(jìn)行啟動。

2.1.2 多電機(jī)協(xié)同控制

刮板輸送機(jī)多電機(jī)協(xié)同控制如圖2中的從機(jī)部分。從機(jī)控制基礎(chǔ)為力矩控制，由于電纜線鋪設(shè)長度在500 m以上，因此主、從機(jī)運(yùn)行過程中電流差應(yīng)控制在5%以內(nèi)，以確保刮板鏈不會出現(xiàn)疲勞斷裂問題。為了確保主、從機(jī)功率平衡，具體控制分為以下兩個部分：

1）主機(jī)轉(zhuǎn)矩T1。從機(jī)依據(jù)PLC監(jiān)測獲取到的主機(jī)轉(zhuǎn)矩T1為啟動轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)功率平衡，使得刮板輸送機(jī)較為均衡運(yùn)行。

2）轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。刮板輸送機(jī)在沖擊載荷、落煤等作用下，主、從機(jī)間電流差往往超過5%，機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)運(yùn)行存在較大偏差，嚴(yán)重時會導(dǎo)致刮板鏈出現(xiàn)斷裂、設(shè)備緊急停機(jī)等情況。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)主、從機(jī)間電流差超過5%時，限幅、PI即對電流進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，使得控制系統(tǒng)具備一定的應(yīng)急調(diào)整能力，確保機(jī)頭、機(jī)尾側(cè)電機(jī)可正常運(yùn)行。經(jīng)過調(diào)整后，從機(jī)按照T2轉(zhuǎn)矩運(yùn)行（T2=T1+△T）。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中PLC實(shí)時獲取機(jī)頭、機(jī)尾位置電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速差，以便判定主、從電機(jī)運(yùn)行協(xié)同情況。若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)速差超過允許值時，則按照上述調(diào)整方法對從電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，但是在調(diào)整前應(yīng)對刮板輸送機(jī)上運(yùn)輸?shù)拿毫窟M(jìn)行監(jiān)測。

2.2 多電機(jī)運(yùn)行控制程序

機(jī)頭、機(jī)尾變頻器與PLC間使用可靠性較強(qiáng)、通信效率較高的CAN總線方式，完成接線后，在確保變頻器可正常運(yùn)行基礎(chǔ)上對變頻器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。在對變頻器通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)定時，將通信協(xié)議、機(jī)頭變頻器、機(jī)尾變頻器、控制命令來源等分別設(shè)定為01、02、03、06，CAN總線的通信速度設(shè)定為1 Mb/s。在對變頻器通信參數(shù)設(shè)定完成后，設(shè)定PLC通信參數(shù)。首先在CAN Builder中將機(jī)頭變頻器、機(jī)尾變頻器通信地址分別設(shè)定為02、03，并對變頻器進(jìn)行映像關(guān)系配置，將PLC控制、監(jiān)測地址分別配置為RxPD0、TxPD0。

具體刮板輸送機(jī)多電機(jī)運(yùn)行控制流程如圖3所示。運(yùn)行時首先完成PLC、CAN通信模塊等初始化處理，完成初始化后在PDO模塊中完成RxPD0、Tx-PD0地址配置；PLC向變頻器發(fā)出0640控制至變頻器開始啟動運(yùn)行；變頻器啟動后，PLC從TxPD0獲取變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)置的多級運(yùn)行控制程序確保機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)均衡運(yùn)行。當(dāng)變頻器運(yùn)行出現(xiàn)故障時，采集刮板輸送機(jī)上煤炭量及主、從電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行綜合比對，并對運(yùn)行故障進(jìn)行自動修復(fù)。

圖3 多電機(jī)運(yùn)行控制流程

3 結(jié)論

1）刮板輸送機(jī)是采掘作業(yè)面重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。隨著礦井生產(chǎn)能力不斷提升，刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率不斷提升。刮板輸送機(jī)驅(qū)動電機(jī)數(shù)量也由以往的1臺逐漸增加至3臺甚至4臺以上。多電機(jī)雖然可滿足刮板輸送機(jī)運(yùn)行需要，但是存在功率不平衡問題，從而給刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行帶來一定影響。

2）提出綜合使用PLC、CAN總線對刮板輸送機(jī)電動機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制，將機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)分別設(shè)定為主、從機(jī)，PLC對機(jī)頭、機(jī)尾位置變頻器運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，并依據(jù)主電機(jī)運(yùn)行情況對從電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制。提出的多電機(jī)控制系統(tǒng)可在一定程度上提升刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率。