張貴升

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)燕子山礦)

帶式輸送機(jī)是一種依靠驅(qū)動(dòng)滾筒和輸送帶之間的摩擦力來(lái)控制輸送帶運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置靈活、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。隨著多級(jí)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的不斷投入應(yīng)用，輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和能耗越來(lái)越受到關(guān)注。目前多數(shù)輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，下級(jí)輸送機(jī)的啟動(dòng)是按照逆煤流的方式逐級(jí)啟動(dòng)，雖然能夠確保輸送過(guò)程中物料的安全性，但輸送機(jī)無(wú)效運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、磨損嚴(yán)重，而且各輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的帶速均保持恒定，無(wú)法根據(jù)輸送帶上的物料分布情況靈活調(diào)整，嚴(yán)重影響了物料輸送的經(jīng)濟(jì)性和輸送機(jī)的使用壽命[1]。因此本研究提出了一種新的帶式輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)的智能控制技術(shù)，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)輸送機(jī)的順煤流啟動(dòng)，同時(shí)能夠根據(jù)輸送帶上的物料分布情況自動(dòng)調(diào)整輸送機(jī)的運(yùn)行帶速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行的節(jié)能控制。

1 帶式輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)控制原理

現(xiàn)有的輸送機(jī)控制系統(tǒng)在運(yùn)量低于標(biāo)準(zhǔn)值的情況下，仍然采用恒帶速運(yùn)行及逆煤流啟動(dòng)，導(dǎo)致電能浪費(fèi)嚴(yán)重、輸送帶磨損嚴(yán)重，本研究提出了帶式輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以運(yùn)量檢測(cè)、帶速檢測(cè)及變頻調(diào)速控制為核心，整體控制結(jié)構(gòu)[2]見圖1。

圖1 順煤流啟動(dòng)控制邏輯結(jié)構(gòu)

由圖1可知，該系統(tǒng)的控制核心為PLC控制單元，在PLC控制單元內(nèi)輸入運(yùn)量與帶速的匹配模型，運(yùn)量檢測(cè)裝置采用了激光掃描法，通過(guò)對(duì)煤炭堆積體積的分析，獲取煤炭堆積值，然后將此信號(hào)傳輸給PLC控制中心，通過(guò)運(yùn)量和帶速匹配模型，獲取相匹配的最佳帶速。同時(shí)在輸送帶的下側(cè)設(shè)置有機(jī)械編碼器，用于對(duì)輸送帶運(yùn)行時(shí)的帶速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)閉環(huán)反饋系統(tǒng)對(duì)實(shí)際帶速和理論帶速差值進(jìn)行對(duì)比，獲取修正值，滿足精確調(diào)控需求。在進(jìn)行多級(jí)輸送機(jī)配合運(yùn)行時(shí)，首先對(duì)上一級(jí)輸送帶的運(yùn)行帶速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)其長(zhǎng)度確定物料的輸送距離，計(jì)算出下級(jí)帶式輸送機(jī)的最佳啟動(dòng)帶速，實(shí)現(xiàn)煤炭在該級(jí)輸送帶上的滿載運(yùn)行，提升輸送機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)自動(dòng)調(diào)整輸送帶的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)“煤多快速，煤少慢速”地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)控制方案

為了滿足輸送機(jī)的順煤流控制，需要帶式輸送機(jī)具有較高的反應(yīng)速度和快速啟動(dòng)能力。此時(shí)，輸送機(jī)啟動(dòng)速度越快，振動(dòng)沖擊就越大，極大地影響了輸送機(jī)的安全性和使用壽命。為了在確保使用安全情況下提升輸送機(jī)的啟動(dòng)速度，提出了采用變頻軟啟動(dòng)控制的方案，對(duì)等加速度啟動(dòng)、等三角形啟動(dòng)、正弦啟動(dòng)及拋物線啟動(dòng)這4種方案進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見圖2。

由圖2的實(shí)際對(duì)比分析結(jié)果可知，當(dāng)采用等加速度控制方案時(shí)，整個(gè)啟動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)，而且在啟動(dòng)初期會(huì)給輸送機(jī)系統(tǒng)一個(gè)顯著的沖擊，直接影響輸送機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)穩(wěn)定性，也無(wú)法滿足快速啟動(dòng)的需求。當(dāng)采用拋物線型啟動(dòng)方案和正弦啟動(dòng)方案時(shí)，二者的啟動(dòng)時(shí)間差異性不大，但加速度變化率大，會(huì)對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，無(wú)法滿足低沖擊啟動(dòng)的要求。等三角形啟動(dòng)方案[3]則具有啟動(dòng)速度快、啟動(dòng)沖擊特性小的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)快速啟動(dòng)和平穩(wěn)啟動(dòng)的要求。

圖2 不同啟動(dòng)方式啟動(dòng)特性對(duì)比

3 順煤流啟動(dòng)控制系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)逆煤流啟動(dòng)方案會(huì)增加輸送帶的空載運(yùn)行時(shí)間，導(dǎo)致影響節(jié)能和輸送帶的實(shí)際使用壽命，因此，提出了順煤流啟動(dòng)方案。假設(shè)輸送機(jī)系統(tǒng)的1號(hào)帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定帶速為v，輸送機(jī)按照等三角形啟動(dòng)方案的啟動(dòng)時(shí)間為ts，則1號(hào)輸送機(jī)的長(zhǎng)度L1應(yīng)確保大于vts，而且2號(hào)輸送機(jī)的延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間t2=L1/v-ts；同理，當(dāng)2號(hào)輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，3號(hào)帶式輸送機(jī)的延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間t3=(L1+L2)/v-ts，其中L2表示2號(hào)帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度。以此類推，t2+t3+....tn即為輸送機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間。為了確保實(shí)際使用過(guò)程中的安全性，若達(dá)到延時(shí)時(shí)間后輸送機(jī)系統(tǒng)未正常啟動(dòng)，則會(huì)緊急控制上游輸送機(jī)停止運(yùn)行，滿足輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求，順煤流輸送系統(tǒng)控制界面[4]見圖3。

圖3 輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)控制系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，采用該順煤流控制系統(tǒng)后極大地提升了輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的耗電量降低6.3%，1 d可節(jié)約空載運(yùn)行時(shí)間0.96 h，提升了煤礦運(yùn)輸效率，降低了輸送帶磨損等。

4 結(jié) 論

(1)帶式輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)的智能控制技術(shù)，其以運(yùn)量檢測(cè)、帶速檢測(cè)及變頻調(diào)速控制為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)“煤多快速，煤少慢速”地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(2)等三角形啟動(dòng)方案具有啟動(dòng)速度快、啟動(dòng)沖擊特性小的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)快速啟動(dòng)和平穩(wěn)啟動(dòng)的要求。

(3)順煤流控制系統(tǒng)能夠顯著地提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的耗電量降低6.3%，1 d可節(jié)約空載運(yùn)行時(shí)間0.96 h，對(duì)提升煤礦運(yùn)輸效率，降低輸送帶磨損等具有十分重要的意義。