姜 寶

（大同煤礦集團有限責任公司永定莊煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機作為目前應(yīng)用最為廣泛的散料輸送設(shè)備，具結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，對確保煤礦上的物料輸送起著至關(guān)重要的作用。隨著煤礦綜采效率的不斷提升，為了滿足帶式輸送高帶速大傾角的物料運輸需求，目前一般均采用大功率電機驅(qū)動控制模式，雖然極大地提升了輸送機的物料運輸能力，但實際工作過程中發(fā)現(xiàn)由于采用了大功率電機驅(qū)動控制模式且輸送機在運行過程中的不穩(wěn)定因素較多，導(dǎo)致帶式輸送機在運行過程中存在較大的功率波動，給輸送機的運行安全和穩(wěn)定性造成了嚴重的影響[1]。因此本文提出了一種新的礦用帶式輸送機傳輸控制系統(tǒng)，對大功率電機驅(qū)動進行功率平穩(wěn)控制，利用變頻調(diào)速控制及工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)了對變頻調(diào)速控制信號的交叉耦合補償，在確定驅(qū)動電機功率輸出和驅(qū)動頻率變化關(guān)系的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對輸送機運行過程中大功率電機運行功率的平穩(wěn)控制，滿足了功率平穩(wěn)性的運行需求。

1 帶式輸送機傳輸控制方案

以DT11(A)B1200型帶式輸送傳輸控制系統(tǒng)為改造對像，其帶寬為1 200 mm上托輥組為Φ134 mm×463 mm，下托輥組為Φ134 mm×1 400 mm，頭滾筒為Φ800 mm×1 400 mm，尾滾筒為Φ630 mm×1 400 mm，為確保其運行時的穩(wěn)定性，對其控制系統(tǒng)進行了改造，優(yōu)化后的傳輸控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該傳輸控制系統(tǒng)主要包括了監(jiān)控層、控制層和執(zhí)行層，執(zhí)行層為傳輸控制系統(tǒng)的核心，為了確保對電機功率平穩(wěn)輸出的實際控制效果，變頻驅(qū)動控制器和驅(qū)動電機采用了一拖一的控制模式，對變頻控制器的控制主要通過集控PLC控制中心進行。監(jiān)控層和控制層主要是對輸送機運行過程中各驅(qū)動電機的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，判定出其實際工作狀態(tài)，計算出電機的功率不平穩(wěn)因數(shù)，將分析結(jié)果傳輸給集控PLC控制中心，作為對變頻器控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)[2]。

考慮到煤礦上工作環(huán)境較為惡劣，同時基于經(jīng)濟性的原因，根據(jù)實際情況，該傳輸控制系統(tǒng)的整體電氣控制部分采用了PROFIBUS工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于各個通訊模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信，其具有傳輸速度快、抗干擾性能好的優(yōu)點，可以確保傳輸控制系統(tǒng)的信號傳輸穩(wěn)定性。

圖1 帶式輸送機傳輸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 功率平穩(wěn)控制原理

帶式輸送機在運行過程中由于受到驅(qū)動電機功率輸出不穩(wěn)定、輸送帶粘彈性力、輸送帶和驅(qū)動滾筒之間的摩擦力等的影響，導(dǎo)致了整個輸送機系統(tǒng)在運行過程中對輸送機的運行狀態(tài)和不平穩(wěn)性的監(jiān)控較為困難，傳統(tǒng)的控制方案無法實現(xiàn)對電機功率不平穩(wěn)量的準確評估和調(diào)整。在該控制系統(tǒng)中引入了帶有預(yù)測功能的模糊控制器，該模糊控制器采用了模糊控制原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機運行過程中非線性變化參數(shù)的模糊跟蹤控制，獲取不平穩(wěn)量數(shù)據(jù)信息后對電機的不平穩(wěn)性進行判斷并輸出對應(yīng)的頻率補償控制信號，結(jié)合實際控制電流頻率，實現(xiàn)了驅(qū)動電機的聯(lián)合控制，最終控制各電機輸出相對平穩(wěn)的控制功率，滿足輸送機傳輸控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的需求。如圖2所示為傳輸系統(tǒng)功率平穩(wěn)控制原理圖。

圖2 傳輸系統(tǒng)功率平穩(wěn)控制原理

3 帶式輸送機啟動方式優(yōu)化研究

帶式輸送機系統(tǒng)在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)重載啟動的工況，在重載情況下帶式啟動機按傳統(tǒng)啟動方式將導(dǎo)致出現(xiàn)極大的震動和沖擊，給輸送機的機架及驅(qū)動電機造成了巨大的沖擊，嚴重影響了帶式輸送機的運行安全，因此本文提出了一種新的近“S”形的帶式輸送機啟動特性曲線，該曲線整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖3可知，該近“S”形的帶式輸送機啟動特性曲線包括了0～t0的勻加速階段、t0～t1的恒速階段及t1～t2的變加速階段。在啟動的過程中首先采用勻加速的方式將輸送機的運行速度提升至額定運行速度的19%，然后停止加速，讓輸送帶的整個區(qū)間范圍內(nèi)的輸送機均實現(xiàn)勻速運行，實現(xiàn)輸送帶的張緊，最后再以拋物線形的加速度曲線實現(xiàn)輸送機的快速啟動和平穩(wěn)運行。該啟動特性曲線既確保了輸送機快速啟動的控制需求，又能夠滿足輸送機在不同工況下柔性啟動的安全性需求，能夠顯著提升輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性[3-4]。

圖3 帶式輸送機近“S”形啟動特性曲線

4 結(jié)論

1）該傳輸控制系統(tǒng)主要包括了監(jiān)控層、控制層和執(zhí)行層，變頻驅(qū)動控制器和驅(qū)動電機采用了一拖一的控制模式，電氣控制部分采用了PROFIBUS工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠滿足對驅(qū)動電機穩(wěn)定、準確的控制需求；

2）控制系統(tǒng)采用了帶有預(yù)測功能的模糊控制器，利用了模糊控制原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機運行過程中非線性變化參數(shù)的模糊跟蹤控制；

3）近“S”形的帶式輸送機啟動特性曲線，確保了輸送機快速啟動的控制需求，又能夠滿足輸送機在不同工況下柔性啟動的安全性需求，能夠顯著提升輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性。