于茜 桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 趙俐 桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院 黃瑤 凌圣東 桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

引言：刮板輸送機(jī)是一種用刮板鏈牽引，在槽內(nèi)運(yùn)送散料的輸送機(jī)。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，刮板輸送機(jī)負(fù)載能力不斷增大，刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式由單端驅(qū)動(dòng)向雙端驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，即機(jī)頭、機(jī)尾處各布置一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。大負(fù)載工況下刮板輸送機(jī)的能耗問題、工作效率問題和使用壽命問題越來越受到普遍關(guān)注。事實(shí)上受載荷、運(yùn)行阻力等影響，機(jī)頭端的電機(jī)負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)尾端，兩端電機(jī)運(yùn)行功率嚴(yán)重失衡，容易造成電機(jī)損壞，因此，如何實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中兩端驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載的平衡調(diào)節(jié)和控制是保證刮板輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題。

中國礦業(yè)大學(xué)周書穎等人研究了刮板輸送機(jī)功率協(xié)調(diào)與載荷均衡控制，使用雙電機(jī)主從控制方式實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率的均衡[1]；太原理工大學(xué)的李艷偉研究了順序啟動(dòng)對(duì)兩機(jī)功率不平衡的影響,主要從空載啟動(dòng)和重載啟動(dòng)兩種工況下得出數(shù)據(jù)[2]。這類研究分析了刮板輸送機(jī)的負(fù)載特性，通過分析發(fā)現(xiàn)每個(gè)電動(dòng)機(jī)均會(huì)發(fā)生功率不平衡現(xiàn)象，因此對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行平衡控制，提高穩(wěn)定性尤為重要。本文研究對(duì)象為首尾雙驅(qū)動(dòng)的刮板輸送機(jī)，通過提取、采集、測(cè)試與分析電機(jī)兩端的電流，利用PLC進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)負(fù)載的平衡控制。

1 刮板輸送機(jī)負(fù)載平衡控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用兩個(gè)電參數(shù)采集模塊，采集提取首尾兩端電機(jī)的電流，通過數(shù)據(jù)總線將采集到的電信號(hào)傳遞給控制器，控制器采用可編程控制器PLC經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、運(yùn)送和數(shù)模轉(zhuǎn)換，再將電信號(hào)傳給變頻器，通過變頻器改變尾端電機(jī)頻率，實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)速度，從而達(dá)到刮板輸送機(jī)負(fù)載平衡控制。由于刮板輸送機(jī)用于井下開采，可在地面設(shè)置上位機(jī)，通過以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地下與地上的遠(yuǎn)程通信，達(dá)到數(shù)據(jù)顯示、地面監(jiān)控的作用。

圖1 基于電流特征的刮板輸送機(jī)負(fù)載平衡控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 基于PLC的模糊PID控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分析

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，控制器采用西門子S7-200系列224XP型號(hào)PLC，采用EDA9033A電參數(shù)采集模塊提取刮板輸送機(jī)兩端電機(jī)電流，采集到的兩端電流經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過控制器進(jìn)行比較與分析，計(jì)算出電流偏差和偏差變化率，再通過PLC控制器的PID模塊，進(jìn)行模糊化、模糊推理和解模糊運(yùn)算，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過控制變頻器來調(diào)節(jié)機(jī)尾端電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)首尾兩端電機(jī)功率的平衡控制。

3 系統(tǒng)性能分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)性能，比較與分析在常規(guī)工作狀態(tài)下和經(jīng)負(fù)載平衡控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后兩端電機(jī)的電流曲線。未調(diào)節(jié)前，由于受到運(yùn)行阻力等因素的影響，機(jī)頭端電機(jī)電流比機(jī)尾端大。通過測(cè)量與計(jì)算首尾兩端鏈條張力大小發(fā)現(xiàn)，與機(jī)尾相比機(jī)頭承受更大的載荷和功率。觀察使用負(fù)載平衡控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后的刮板輸送機(jī)電流曲線，可以看到兩端電機(jī)電流大小和變化幾乎一致，經(jīng)測(cè)量與計(jì)算，電機(jī)兩端鏈條張力大小也相差不大。事實(shí)證明，通過PLC的PID模塊對(duì)采集的電流進(jìn)行處理與運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)機(jī)尾端電機(jī)速度的作用，從而實(shí)現(xiàn)首尾兩端電機(jī)功率的平衡控制。

4 結(jié)語

本文研究了一種基于電流特征的刮板輸送機(jī)負(fù)載平衡控制系統(tǒng)，通過采集電機(jī)的電流，利用PLC進(jìn)行偏差及偏差變化率計(jì)算，通過模糊PID算法實(shí)現(xiàn)控制輸出的自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)尾端電機(jī)速度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，達(dá)到負(fù)載平衡控制。通過分析使用該系統(tǒng)前后首尾兩端電流曲線以及測(cè)算鏈條張力，證明了該系統(tǒng)控制精度高，為刮板輸送機(jī)電機(jī)保護(hù)提供了參考途徑，對(duì)提高礦山開采效率、延長刮板輸送機(jī)的使用壽命具有重要的意義。