楊 海

目前我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)不斷進(jìn)步，科技不斷提高，帶式輸送機(jī)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來越廣泛，對帶式輸送機(jī)的控制技術(shù)的要求也在逐漸提升。帶式輸送機(jī)在工作時(shí)，需要對物料進(jìn)行合理的輸送和裝卸，所以在輸送過程中，必須保證其具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，這就要求我們對輸送機(jī)的運(yùn)行工況有一定的了解并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，從而采取有效的措施來解決這些問題，使其可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)下去。

PVD智能控制系統(tǒng)的主要目的就是通過對輸送帶的合理布置，實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)的自動(dòng)控制，使其能夠在惡劣工作環(huán)境下進(jìn)行正常的運(yùn)行作業(yè)，從而提高生產(chǎn)效率，保證安全可靠地完成各種工件的傳送任務(wù)。因此PVD智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的工況和要求，實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整的智能控制系統(tǒng)，來達(dá)到這一目標(biāo)。在整個(gè)過程中，智能控制系統(tǒng)的核心是PVD智能控制系統(tǒng)，它是將多種測量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖的裝置從而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)械的電氣設(shè)備就可以按照設(shè)定的程序來執(zhí)行。該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍為一般的煤礦井下，礦難的深度深井，以及一些復(fù)雜的工程項(xiàng)目。

1 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

1.1 PVD系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

針對傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)中存在的不足和問題，采用新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)進(jìn)行了探索與嘗試。改變傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，采用永磁直驅(qū)系統(tǒng)方式，構(gòu)建基于PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的礦用皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)，能夠?yàn)槠C(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供良好保障。PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)原理

為實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的PVD智能控制，首先需要對輸送線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過監(jiān)控系統(tǒng)的檢測結(jié)果，來判斷故障的具體位置，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施對其進(jìn)行維修，保證輸送過程的安全可靠，同時(shí)也可以提高輸送的效率和質(zhì)量。在整個(gè)PVD智能控制系統(tǒng)中，傳感器是核心部分，它主要是將各種信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將這些電信號(hào)輸送到控制系統(tǒng)中，再由PID算法計(jì)算出皮帶的運(yùn)動(dòng)速度和位移，從而完成皮帶上的精確跟蹤。

1.3 鐵山礦4#、5#皮帶機(jī)控制系統(tǒng)需求

鏡鐵山礦4#、5#皮帶機(jī)控制系統(tǒng)主要是通過對輸送帶式輸送機(jī)的研究與計(jì)算，來實(shí)現(xiàn)對輸送帶的自動(dòng)控制，從而提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，保證了安全可靠。在整個(gè)過程中，需要進(jìn)行多方面的分析與比較，并結(jié)合實(shí)際情況，確定出最終的方案。同時(shí)要考慮到不同的環(huán)境因素，比如溫度、濕度、粉塵等，還要充分了解這些影響的原因所在，并根據(jù)這些問題，提出可行的解決方案和改進(jìn)措施。在設(shè)計(jì)的開始階段，首先要明確設(shè)計(jì)的目的及意義，然后再針對所遇到的困難以及存在的難題制定合理的解決方法，最后再將具體的步驟一步步實(shí)施。

2 鏡鐵山礦樺樹溝破運(yùn)系統(tǒng)4#、5#皮帶機(jī)現(xiàn)狀

2.1 4#、5#皮帶機(jī)現(xiàn)狀

鏡鐵山礦4#、5#皮帶機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)為1971年設(shè)計(jì)安裝，使用時(shí)間較長，傳動(dòng)系統(tǒng)老化，各部件均有不同程度損壞，故障點(diǎn)較多，維護(hù)難度較大，頻繁造成生產(chǎn)中斷，影響礦石輸出，同時(shí)故障處理必須更換大件，檢修非常困難，大型備件的更換嚴(yán)重威脅檢修人員的安全。4#皮帶目前為直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)，沒有任何降壓措施，對設(shè)備損壞較大，同時(shí)不能滿足目前電機(jī)保護(hù)啟動(dòng)要求；5#皮帶電機(jī)為繞線式電機(jī)，目前啟動(dòng)方式為水電阻降壓啟動(dòng)，電氣控制系統(tǒng)老化嚴(yán)重，部分電氣備件斷貨供給，維護(hù)保養(yǎng)困難，急需對4#、5#皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，消除設(shè)備設(shè)施安全隱患，保證設(shè)備、人員安全可靠運(yùn)行。

2.2 4#、5#皮帶機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境

鏡鐵山礦樺樹溝破運(yùn)系統(tǒng)4#、5#皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用地點(diǎn)為酒鋼集團(tuán)鏡鐵山礦，現(xiàn)場的運(yùn)行條件較為惡劣，粉塵大且噪音也大，環(huán)境的平均溫度低于30℃；周圍的環(huán)境濕度常年保持在95%左右，海拔高度小于1000m；主供電電壓在380V左右，上下浮動(dòng)值保持在±10%，輔助供電電壓380V。

2.3 4#、5#皮帶機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)

鏡鐵山礦樺樹溝破運(yùn)系統(tǒng)4#、5#皮帶機(jī)主要用于運(yùn)輸鐵礦石，平均每小時(shí)的運(yùn)送噸位在700t左右，4#皮帶機(jī)輸送長度為280m，5#皮帶機(jī)輸送長度為330m，4#、5#皮帶機(jī)的運(yùn)輸傾角（提升高度）在8°，帶寬與帶速分別為1.4m/s，1.6m/s。皮帶機(jī)的托輥直徑為Φ108mm，上/下托輥間距分別為1.2m，3m。傳動(dòng)滾筒直徑分別為Φ1250mm，Φ1400mm。輸送帶規(guī)格型號(hào)統(tǒng)一為鋼絲繩芯阻燃輸送帶ST/S1600，4#、5#皮帶機(jī)每天運(yùn)行16h、每年運(yùn)行天數(shù)約為300天，4#、5#皮帶機(jī)在頭部集中驅(qū)動(dòng)，在頭部卸料。

3 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)應(yīng)用

帶式輸送機(jī)用PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)（簡稱PVD系統(tǒng)）是精基科技有限公司針對散狀物料運(yùn)輸系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及智能化控制提供的一攬子解決方案。PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)由永磁直驅(qū)、變頻及智能控制三大核心技術(shù)組成。主要核心部件包括永磁變頻同步電動(dòng)機(jī)、變頻器、智能控制裝置。外圍輔助設(shè)備包括水冷裝置、逆止器、聯(lián)軸器、盤式制動(dòng)器以及張緊裝置等。

3.1 PVD4#、5#皮帶機(jī)系統(tǒng)設(shè)備配置

由于4#、5#帶式輸送機(jī)的工作環(huán)境比較惡劣，所以需要在運(yùn)行過程中提供足夠的電流進(jìn)行供電，因此必須選擇合適的直流電源，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，一般都是通過變壓器來實(shí)現(xiàn)提供給皮帶輸送機(jī)的交流電力，而直流調(diào)壓調(diào)速器則是由雙速電機(jī)來完成的一臺(tái)交流電源的輸出電壓的目的也就是為皮帶上的物料提供給所需的電容量，從而保證了皮帶上的料流不會(huì)受到外部電網(wǎng)波動(dòng)的影響。4#、5#帶式輸送機(jī)永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)改造方案主要包括以下設(shè)備，如下表1所示。

表1 4#、5#帶式輸送機(jī)設(shè)備清單

3.2 4#、5#皮帶機(jī)PVD系統(tǒng)介紹

3.2.1 4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)功能

為了能夠?qū)崿F(xiàn)4#、5#帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)的控制要求，在軟件方面進(jìn)行結(jié)合實(shí)際情況，采用了一種基于PVD的智能控制方式，這種系統(tǒng)的運(yùn)行原理是通過程序來完成的；同時(shí)，利用該控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可控性和可靠性，還可以對整個(gè)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施監(jiān)控，從而達(dá)到對整體運(yùn)行進(jìn)行有效的管理和調(diào)控。

4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的主程序主要是對輸送機(jī)的運(yùn)行過程進(jìn)行控制的程序段，其在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著核心的作用，它通過對傳感器的信號(hào)采集，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，再由控制系統(tǒng)的內(nèi)部定時(shí)器來完成，并在液晶屏上顯示相應(yīng)的時(shí)間和距離，同時(shí)還可以設(shè)置溫度和速度等參數(shù)，并啟動(dòng)延時(shí)功能，使之進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。在PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制的運(yùn)行之前，首先要做的就是初始化，即當(dāng)輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)起來后，先按下開機(jī)鍵，先檢測是否有驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有，則會(huì)發(fā)出指令，讓輸送帶上的相關(guān)位置的裝置松開，直到停止動(dòng)作。其次，要做的就是根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定好各個(gè)部分的具體值，比如說，傳送帶上的張力、托輥的摩擦力以及皮帶上的拉緊機(jī)構(gòu)的行程等，并且還要實(shí)時(shí)的監(jiān)測這些部件的變化趨勢，以便及時(shí)地采取措施。同時(shí)設(shè)計(jì)人員為了提高4#、5#帶式輸送機(jī)的自動(dòng)化程度，引入了人機(jī)界面，讓其能夠有效地工作。

3.2.2 4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖介紹

4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)都由變頻器、永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)水冷裝置及相關(guān)附件、PVD專用控制箱等組成，唯一不同的是5#帶式輸送機(jī)增加了1套熱備用驅(qū)動(dòng)。4、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖2、圖3所示。

圖2 4#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

變頻器由低壓配電裝置（用戶自備）供電，變頻器通過電力電纜與永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)連接。電動(dòng)機(jī)采用外循環(huán)水冷裝置實(shí)現(xiàn)冷卻。PVD智能控制箱監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)PVD系統(tǒng)的軟啟（制）動(dòng)功能，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的保護(hù)功能?？刂葡淇赏ㄟ^通訊光纜與帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互通訊。

3.2.3 4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制磁同步變頻電動(dòng)機(jī)介紹

永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)的選型與傳統(tǒng)三相異步電動(dòng)機(jī)略有不同。電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)機(jī)械中主要考核輸出轉(zhuǎn)矩是否能夠拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

在三相異步電動(dòng)機(jī)中，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速是確定的，三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)通常為4、6級(jí)，對應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為確定的1500r/m、1000r/m；同時(shí)，根據(jù)負(fù)載運(yùn)行速度確定減速器后，減速器速比是不可變的，因此根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩即可很方便的確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。

永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)為直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在滿足生產(chǎn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩后，電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速均為可變參數(shù)。因此在選擇永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)時(shí)，不僅要考慮電動(dòng)機(jī)功率，還需考慮電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)速。由于永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下恒轉(zhuǎn)矩輸出的特性，因此永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速并不完全等于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

3.2.4 4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制盤式制動(dòng)器、逆止器的安裝

4#與5#帶式輸送機(jī)均為上運(yùn)布置型式，為保障運(yùn)行安全，建議配置DSN050型逆止器1套，配置KPZ1200/107型盤式制動(dòng)器1套。

為滿足逆止器及盤式制動(dòng)器的安裝，傳動(dòng)滾筒可采用雙出軸結(jié)構(gòu)，此時(shí)逆止器及盤式制動(dòng)器可采用以下安裝方式。5#帶式輸送機(jī)如變更2套傳動(dòng)滾筒，其安裝方式見下圖。

圖4 4#帶式輸送機(jī)安裝結(jié)構(gòu)圖

圖5 5#帶式輸送機(jī)安裝結(jié)構(gòu)圖

圖6 5#帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒示意圖

4 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析

4.1 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)應(yīng)用后的特點(diǎn)

（1）節(jié)能環(huán)保，降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。

（2）減少運(yùn)行維護(hù)工作量，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提升礦井生產(chǎn)效率。

（3）可靠性高，設(shè)備運(yùn)行有效時(shí)間長，提升礦井生產(chǎn)效率。

（4）低速大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)能力，過載能力強(qiáng)。

（5）避免電網(wǎng)及機(jī)械沖擊。

4.2 PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析

為了驗(yàn)證PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，對4#、5#帶式輸送機(jī)PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制進(jìn)行了應(yīng)用后的分析，通過分析可知：采用PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)后，PVD智能驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)提前分析轉(zhuǎn)速，從PVD智能驅(qū)動(dòng)變頻器輸出電機(jī)的出力從而控制4#、5#帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)4#、5#帶式輸送機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率與扭距的平衡，該系統(tǒng)投運(yùn)后，通過監(jiān)測、計(jì)算發(fā)現(xiàn)4#、5#帶式輸送機(jī)平均日耗電量明顯下降，在投運(yùn)前，4#、5#帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的電機(jī)堵轉(zhuǎn)、傳送帶跑偏、電能質(zhì)量下降、功率因素降低等現(xiàn)象得到明顯的控制，帶式輸送機(jī)的作業(yè)效率、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性得到了大幅提升，得到了現(xiàn)場作業(yè)人員的一致認(rèn)可，減輕了檢修人員與操作人員日常的工作量。

5 結(jié)論

通過對4#、5#皮帶電氣控制系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的智能驅(qū)動(dòng)改造，電氣保護(hù)系統(tǒng)更加完善，機(jī)械控制系統(tǒng)更加可靠，有效保證了皮帶輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定順行，同時(shí)降低了關(guān)鍵重點(diǎn)設(shè)備故障，減少了職工維修任務(wù)，有效保證了設(shè)備及人員安全。綜上所述，在PVD帶式輸送機(jī)的智能控制系統(tǒng)應(yīng)用下，使其能夠更好地服務(wù)于現(xiàn)場工作人員，解決了現(xiàn)場實(shí)際問題且4#、5#皮帶機(jī)耗電量下降，同時(shí)明顯的提高了4#、5#皮帶機(jī)輸送的穩(wěn)定性，未來設(shè)計(jì)人員可以將人工智能引入到控制系統(tǒng)中，從而使其更加智能化，更有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)也要避免出現(xiàn)誤差，以確保機(jī)器的安全可靠。