姜 寶

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機(jī)是一種被廣泛應(yīng)用在煤礦上的物料運(yùn)輸設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性好的優(yōu)點(diǎn)。為了滿足在過(guò)載情況下的運(yùn)輸可靠性，帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常會(huì)預(yù)留足夠的余量，而在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中由于綜采速度的波動(dòng)，在輸送機(jī)上的煤量很難達(dá)到滿載狀態(tài)，而且也很難達(dá)到均衡狀態(tài)，因此輸送機(jī)經(jīng)常以“大馬拉小車”的方式運(yùn)行，這不僅造成了極大的能源浪費(fèi)，而且還加速了輸送機(jī)系統(tǒng)的磨損，影響了其實(shí)際的使用壽命。

為了提升輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，本文通過(guò)對(duì)物料輸送過(guò)程的分析，設(shè)計(jì)了一種新的帶式輸送機(jī)自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)，對(duì)提升煤礦井下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的意義。

1 輸送機(jī)功率影響因素的分析

輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)的功率受多種因素影響，為了對(duì)其功率影響因素進(jìn)行分析，以上運(yùn)帶式輸送機(jī)為研究對(duì)象，其布局結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 上運(yùn)帶式輸送機(jī)布局結(jié)構(gòu)

在實(shí)際布局中，輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)滾筒之間通過(guò)減速裝置和聯(lián)軸器相連接，在傳動(dòng)過(guò)程中存在著較大的功率損耗，這種現(xiàn)象在多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為明顯，因此導(dǎo)致了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的功率不平衡問(wèn)題，進(jìn)而影響到輸送機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率和驅(qū)動(dòng)滾筒的運(yùn)行功率之間的關(guān)系如式（1）所示[1]。

式中：PM為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率；K1為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率系數(shù)，為常數(shù)；K2為驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)方式系數(shù)，為常數(shù)；C為輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的阻力系數(shù)，為常數(shù)；li為分析區(qū)域內(nèi)的輸送帶長(zhǎng)度，為定值；fi為輸送帶和滾筒間的摩擦系數(shù)，為常數(shù)；v為輸送機(jī)運(yùn)行帶速；qRO為上托輥組質(zhì)量；qRU為下托輥組質(zhì)量；qB為輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量；Q為輸送帶上物料質(zhì)量；βi為輸送機(jī)傾角；PA為驅(qū)動(dòng)滾筒的運(yùn)行功率。

根據(jù)分析，當(dāng)輸送機(jī)系統(tǒng)確定后，除了運(yùn)輸?shù)拿毫亢瓦\(yùn)行帶速外，其他的參數(shù)均為定值，因此輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率消耗主要取決于載重量和運(yùn)行帶速，因此需要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)量和帶速的智能調(diào)控才能滿足輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

2 輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)的分析

根據(jù)分析結(jié)果，本文提出了一種新的帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)量-帶速的智能調(diào)控[2]，提升輸送機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，其整體控制結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。

圖2 輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2可知，該控制系統(tǒng)主要包括傳感器及檢測(cè)設(shè)備，變頻控制系統(tǒng)及上位機(jī)系統(tǒng)，采用了模塊化的組合結(jié)構(gòu)。PLC控制器作為該系統(tǒng)的核心，用于對(duì)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果傳遞給上位機(jī)系統(tǒng)，各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行，通信協(xié)議采用的是PROFIBUS協(xié)議，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換便捷、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。工作人員可以在上位機(jī)處對(duì)井下輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，確保系統(tǒng)對(duì)井下輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的靈活性。

3 智能控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)中，控制中心的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的可靠性，因此各控制單元的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，以滿足煤礦井下惡劣條件下的長(zhǎng)期工作需求，該智能控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

由圖3可知，在該控制系統(tǒng)中，PLC控制器主要用于對(duì)監(jiān)測(cè)信息的分析并接收來(lái)自于上位機(jī)的控制指令，通過(guò)控制變頻控制器的運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行控制。系統(tǒng)中的速度傳感器主要用于對(duì)輸送帶的運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)控，皮帶秤主要用于對(duì)落料點(diǎn)處的落料情況進(jìn)行監(jiān)控[4]，從而獲取輸送帶上的物料分布情況，功率采集模塊主要用于獲取變頻器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。各類傳感器將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給PLC控制中心，通過(guò)綜合分析帶速、物料分布情況等，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的帶速-煤量匹配速度表，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的靈活調(diào)整，實(shí)現(xiàn)煤量和帶速的精確匹配。

4 應(yīng)用情況分析

該輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)自應(yīng)用以來(lái)表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，通過(guò)統(tǒng)計(jì)2020年10月至2021年2月份輸送機(jī)的運(yùn)行情況，輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)的平均帶速由最初的4.13 m/s降低到了目前的2.6 m/s，平均帶速下降了約37.1%，輸送帶的平均使用壽命時(shí)間增加了24.9%，顯著地提升了井下輸送那就運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性性。

5 結(jié)論

1）輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率消耗主要來(lái)自載重量和運(yùn)行帶速，因此需要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)量和帶速的智能調(diào)控才能滿足輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的需求；

2）新的調(diào)速控制系統(tǒng)能夠?qū)⑤斔蜋C(jī)運(yùn)行帶速平均降低37.1%，將輸送帶的使用壽命延長(zhǎng)24.9%，對(duì)提升煤礦井下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的意義。