穆彪 劉端成

【摘要】針對煤礦生產(chǎn)中長距離、高帶速、大功率帶式輸送機(jī)的廣泛應(yīng)用而出現(xiàn)的帶式輸送機(jī)功率不平衡問題，提出一種采用控制調(diào)速型液力耦合器，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)多電機(jī)功率平衡的控制方案，并對功率平衡算法做了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】帶式輸送機(jī);調(diào)速型液力耦合器;功率平衡;算法

1.引言

近年來，隨著煤礦生產(chǎn)水平的不斷提高，長距離、高帶速、大功率帶式輸送機(jī)在礦井中得到廣泛應(yīng)用，在這些帶式輸送機(jī)中，常使用多臺軟啟動(dòng)裝置以避免單臺裝置所需功率太大而引起諸多的問題。但是由于各個(gè)軟啟動(dòng)單元中電機(jī)的外特性的差異、設(shè)備的制造和安裝的誤差、膠帶彈性伸長率的不同以及載荷變化等因素的影響，往往造成電機(jī)負(fù)載功率的失衡，以致偏載燒壞電機(jī)等事故，所以要求各驅(qū)動(dòng)單元能做到合理地分配驅(qū)動(dòng)功率，即實(shí)現(xiàn)功率平衡。傳統(tǒng)做法是利用在電機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，電機(jī)輸出扭矩的大小直接反映電機(jī)功率的大小，通過采集電機(jī)輸出扭矩作為功率平衡的控制依據(jù)，繼而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速來達(dá)到多臺電機(jī)功率平衡的目的。這種方法在大功率情況下很少采用，主要是因?yàn)椴杉姍C(jī)扭矩常用的扭矩傳感器體積龐大，其體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同功率電機(jī)的大小，不適于煤礦井下安裝使用。

當(dāng)電機(jī)性能參數(shù)基本相同且工作在同一電網(wǎng)中時(shí)，依據(jù)電機(jī)功率計(jì)算公式可知，電機(jī)電流基本能夠反映其功率大小。而電機(jī)定子電流的采集則比較容易，所以選擇電機(jī)電流作為功率平衡控制的依據(jù)，相對要方便很多。下面以頭部雙滾筒、調(diào)速型液力耦合器為例講述功率平衡控制方法。

圖1 調(diào)速型液力耦合器功率平衡控制流程圖

2.功率平衡控制方法

調(diào)速型液力耦合器功率平衡原理如圖1所示，膠帶機(jī)電控系統(tǒng)啟動(dòng)完成進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)后，PLC通過真空磁力啟動(dòng)器采集各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流值，并與參考電流值進(jìn)行比較，能夠確定兩電機(jī)功率是否一致，若兩電機(jī)實(shí)時(shí)功率相差懸殊，則需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)途徑是取檢測到的電流信號與參考電流值的差值作為控制信號，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)液力耦合器勺桿運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)液力耦合器內(nèi)充油量的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)其輸出扭矩的大小（調(diào)速型液力耦合器輸出扭矩與其充油量成正比），實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的調(diào)節(jié)，達(dá)到多電機(jī)功率平衡的目的（見圖1）。

圖2 調(diào)速型液力耦合器功率平衡算法流程圖

3.功率平衡算法設(shè)計(jì)

先引入幾個(gè)概念：基準(zhǔn)電流、電流上限動(dòng)作值、電流下限動(dòng)作值、判斷周期值。

基準(zhǔn)電流：功率平衡算法中需要設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上來調(diào)節(jié)電機(jī)電流，本算法以低電流為基準(zhǔn)。

電流上限動(dòng)作值（D1）：D1=基準(zhǔn)電流+電機(jī)額定電流×N%，電機(jī)電流超過該值后，控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作;

電流下限動(dòng)作值（D2）：D2=基準(zhǔn)電流-電機(jī)額定電流×N%，電機(jī)電流低于該值后，控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作;

判斷周期值：判斷電機(jī)電流是否超出電流動(dòng)作值的間隔時(shí)間。

在滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的前提下，應(yīng)盡量放寬電流動(dòng)作值、延長判斷周期時(shí)間，以減少步進(jìn)電機(jī)對勺桿的控制次數(shù)。1#電機(jī)電流用A1表示，2#電機(jī)電流用A2表示。

若A1>A2時(shí)，A2作為基準(zhǔn)電流，若采集到的電機(jī)電流A1>D1，則減載1#步進(jìn)電機(jī)，降低1#電機(jī)功率使兩電機(jī)功率保持基本一致;若A1A1，依據(jù)基準(zhǔn)電流選擇方法，則應(yīng)該選擇A1作為基準(zhǔn)電流模式。

若A2>A1時(shí)，A1作為基準(zhǔn)電流，若采集到的電機(jī)電流A2>D1，則減載2#步進(jìn)電機(jī)，降低2#電機(jī)功率使兩電機(jī)功率保持基本一致;若A2A2，依據(jù)基準(zhǔn)電流選擇方法，則應(yīng)該選擇A2作為基準(zhǔn)電流模式，算法程序流程圖如圖2所示。

4.結(jié)語

本調(diào)速型液力耦合器功率平衡算法已經(jīng)通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，并在重慶松藻煤電集團(tuán)下的某礦主運(yùn)皮帶運(yùn)輸機(jī)上得到驗(yàn)證，經(jīng)過長期觀察，發(fā)現(xiàn)兩電機(jī)電流差值基本上維持在3A以內(nèi)，滿足礦方提出的電機(jī)電流差值不大于10%額定電流（電機(jī)額定電流為30A）的要求，實(shí)驗(yàn)表明本算法切實(shí)可行。以后如果有機(jī)會，要把該算法進(jìn)一步優(yōu)化，在更多的場合使用，并得到驗(yàn)證。

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作者簡介：

穆彪（1988—），男，陜西興平人，現(xiàn)供職于中煤科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院工控分院工程中心豫晉技術(shù)服務(wù)中心，從事項(xiàng)目工程管理工作。

劉端成（1986—），男，陜西商洛人，現(xiàn)供職于中煤科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院工控分院研發(fā)中心，從事科研開發(fā)工作。