＊李錦龍

（晉能控股煤業(yè)集團地煤精通興旺煤業(yè)有限公司 山西 037007）

1.優(yōu)化策略分析

膠帶運輸機在開啟瞬間會產(chǎn)生極強的沖擊電流，其強度大約是額定電流的5～7倍，這樣不僅浪費電能，同時還有可能燒毀電機。與此同時，膠帶張力也會隨著電機的開啟瞬間增大，這樣不僅會造成膠帶打滑，甚至情況嚴重者造成斷帶安全事故。作為電機常見開啟方式之一，軟啟動可以對沖擊電流進行有效降低。隨著煤礦開采效率的提高，膠帶運輸機額定功率需求也在不斷增大。與此同時，單電機所需要的的啟動功率也要隨之增大，并且電機維護保養(yǎng)也極為困難。相比單電機驅(qū)動而言，雖然多電機驅(qū)動更適合現(xiàn)有膠帶運輸機的使用，但是也存在明顯的缺點那就是驅(qū)動功率無法保持平衡。目前絕大部分膠帶運輸機工作模式落后、運輸效率低下，因此可以通過改變電機轉(zhuǎn)速或者電機數(shù)量對其進行優(yōu)化改進，經(jīng)過多方面分析研究，最終決定通過改變調(diào)速控制方式對其進行優(yōu)化改進。相對而言，變頻調(diào)速具有如下四方面優(yōu)勢：其一可以確保設(shè)備軟啟動功能的有效實現(xiàn)；其二可以在多電機啟動時驅(qū)動功率保持平衡；其三可以對電機工作狀態(tài)進行精準控制；其四可以讓運輸機更加節(jié)省電能。

2.變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計

(1)總體方案設(shè)計

變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的主要作用就是對膠帶運輸工作狀態(tài)進行實時控制，其中主要包含三個方面：第一方面對各種輸入、輸出信號進行檢測；第二方面對獲取的各種數(shù)據(jù)進行分析處理；第三方面對電機運行速度進行控制，最終確保膠帶運輸機可以進行節(jié)能運行。通常來說膠帶運輸機是由眾多多級膠帶機共同組成，以此為設(shè)計基礎(chǔ)將DSR控制器作為系統(tǒng)控制中心，對電機輸入、輸出信號進行采集，同時結(jié)合傳感器反饋的運行數(shù)據(jù)，對電機的工作狀態(tài)進行調(diào)節(jié)從而達到最佳。其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 膠帶機變頻調(diào)速節(jié)能控制原理圖

(2)硬件設(shè)計

①DSP選型。因為系統(tǒng)對運算速度具有較高的要求，傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)無法滿足變頻調(diào)速控制系統(tǒng)需求，所以本次選擇TMS320F2812型號的DSP控制器。該控制器的技術(shù)核心就是靜態(tài)CMOS技術(shù)，其主頻最高可達150MHz，同時還配置了32位CPU處理器。這樣不僅讓控制器具有強大的數(shù)據(jù)計算能力，同時還具有強大的實時控制能力。作為控制系統(tǒng)的核心組成，DSP控制器主要作用就是生成控制指令以及計算電機最優(yōu)轉(zhuǎn)速。當(dāng)膠帶運輸機正常運行時，首先要對傳感器信號進行接受；然后對傳感器信號進行分析處理計算出電機最優(yōu)轉(zhuǎn)速；其次將控制信號傳遞給變頻器，對電機輸入電壓的頻率和大小進行調(diào)節(jié)；最后通過改變電機的轉(zhuǎn)速來對膠帶輸送機的正常工作速度進行實時調(diào)整。

②變頻器。變頻器作為電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的主要設(shè)備，因為工作條件原因，對其防爆性能具有極高要求，因此本次選擇BPJI-47/660型號防爆變頻器。在膠帶運輸機正常工作中，根據(jù)煤炭運輸量以及實時電價，對其運行速度進行調(diào)節(jié)。當(dāng)電價相對較低時，可以通過DSP控制器讓膠帶運輸機工作轉(zhuǎn)速提高，從而讓煤炭運輸量增加；當(dāng)電價相對較高時，可以通過DSP控制器讓膠帶運輸機工作轉(zhuǎn)速降低，從而讓煤炭運輸量減少。

③膠帶秤。膠帶運輸機可通過膠帶秤對其運載載荷進行實時監(jiān)測，因為工作環(huán)境以及性能要求，所以將防爆型核子秤作為首選。該裝置使用參數(shù)如下所示：適用于物料運輸寬度范圍在200～2000mm之間，輸送速度范圍在0～5m/s之間；平均工作時間超過1500h；電機正常工作溫度范圍在0～50℃之間；電機額定功率大約在250W；電源要求大約在50Hz，220V。

④煤倉料位計。膠帶運輸機變頻調(diào)速控制的主要因素之一就是煤炭儲存量，假如膠帶運輸機煤炭運載載荷相對較大很可能導(dǎo)致煤炭溢出煤倉；假如膠帶運輸機煤炭運載載荷相對較小很可能會對煤炭連續(xù)性運輸產(chǎn)生影響，所以需要通過煤倉料位計對煤倉中煤炭儲存量進行實時監(jiān)測。根據(jù)工作環(huán)境以及性能要求，可以將超聲波料位計作為首選。該裝置使用參數(shù)如下所示：超聲波發(fā)射角度在50°左右；過程溫度范圍在-30～70℃之間；測量精度在10mm左右；輸入工作電流范圍在4～20mA之間。

⑤轉(zhuǎn)速傳感器。作為膠帶運輸機變頻調(diào)速控制的基礎(chǔ)，就是要對膠帶運輸機的工作轉(zhuǎn)速進行深入了解，所以需要對膠帶運輸機進行實時監(jiān)測，從而對其實時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進行獲取。本次設(shè)計主要是通過磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器對膠帶運輸機工作轉(zhuǎn)速進行實時監(jiān)測，該傳感器工作原理就是電磁感應(yīng)，然后通過傳感器將機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖電量。利用電磁感應(yīng)對膠帶運輸機的正常工作轉(zhuǎn)速進行脈沖轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)對運行轉(zhuǎn)速的實時監(jiān)測。

⑥智能顯示及人機對話裝置。膠帶運輸機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有完整的人機交互窗口，智能顯示及人機對話裝置不僅能對膠帶運輸工作狀態(tài)進行顯示，同時還能對膠帶運輸工作狀態(tài)進行控制。該裝置使用參數(shù)如下所示：機箱采用新型IPC-810B型號；動力電源采用PS-7270型號；安裝底板采用IPC-6113LP4型號；CPU處理器采用E5200型號；儲存硬盤內(nèi)存250G。

(3)軟件設(shè)計

①主程序。膠帶運輸機變頻調(diào)試節(jié)能控制系統(tǒng)模塊主要由三部分組成：第一部分軟啟動功能模塊；第二部分多電機啟動驅(qū)動功率保持平衡模塊以及第三部分變頻調(diào)速電能節(jié)能模塊。首先通過膠帶秤對煤炭運輸載荷進行檢測；其次將檢測數(shù)據(jù)傳遞到DSP控制器，再和傳感器數(shù)據(jù)相結(jié)合，對其最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速進行計算；然后DSP控制器將計算的最優(yōu)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)信號傳遞給變頻器；最后通過變頻器對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，從而使設(shè)備的節(jié)能控制得到有效實現(xiàn)。其控制流程如圖2所示。

圖2 主程序具體控制流程圖

②變頻調(diào)速程序。作為DSP控制器控制信號的接受程序，變頻調(diào)速程序通過改變電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動頻率，讓膠帶運輸機達到最佳工作狀態(tài)，從而確保節(jié)能降耗的實現(xiàn)。其變頻調(diào)速控制流程如圖3所示。

圖3 變頻調(diào)速控制流程圖

③緊急情況處理程序。膠帶輸送機保持正常工作狀態(tài)，無論煤倉儲存量高于上限值，還是低于下限值，都會對膠帶輸送機正常運行產(chǎn)生不利影響。因此，為了避免溢倉、空倉的情況出現(xiàn)，特意新增了緊急情況處理程序，其控制流程如圖4所示。

圖4 緊急情況下的處理流程圖

④軟啟動控制程序。軟啟動控制程序的主要作用就是對啟動電流沖擊進行降低，由DSP控制機器發(fā)送控制信號，通過速度斜坡曲線對電機啟動速度進行調(diào)整。其控制流程圖如圖5所示。

圖5 軟啟動控制流程圖

3.應(yīng)用效果評價

經(jīng)過半年的礦井運行測試，膠帶運輸機變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)運行效果良好，不僅讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，同時還讓軟啟動以及節(jié)能降耗得到實現(xiàn)。根據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)人士分析，假如該系統(tǒng)正式投入使用，不僅可以給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，同時還可以為企業(yè)的快速發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。