郭甘霖

（西山煤電集團(tuán)設(shè)備租賃分公司， 山西 太原 030053）

引言

煤礦綜采設(shè)備中帶式輸送機(jī)承擔(dān)著主要的運(yùn)輸任務(wù)，近年來經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)和革新，其主要集中在帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料以及控制部分的智能化上，在通過對(duì)帶式輸送機(jī)長時(shí)間的運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)雖然控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和響應(yīng)速度達(dá)到了一定的程度，但是在日常的使用過程中，帶式輸送機(jī)還是存在著系統(tǒng)不穩(wěn)定以及皮帶抖動(dòng)問題。由于帶式輸送機(jī)在實(shí)際過程中搭設(shè)的距離長，跨度和高差也較大，這就給帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)革新帶來一定的困難。其特殊的工作條件也造成了實(shí)際使用過程中存在著耗能嚴(yán)重、運(yùn)輸效率相對(duì)較低的問題，尤其是目前主要使用的都是雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)，其在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生雙機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩不同步，加劇了皮帶的磨損，同時(shí)由于在實(shí)際使用過程中帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)皮帶上的煤量不穩(wěn)定，也會(huì)使雙機(jī)在輸出功率時(shí)無法平穩(wěn)地輸出[1]。

1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)分析

帶式輸送機(jī)主要是由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、皮帶、傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)目前主要使用的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)而給主動(dòng)輥筒提供驅(qū)動(dòng)力。由于皮帶和滾筒之間通過摩擦力進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)就能夠帶動(dòng)皮帶在主動(dòng)滾筒運(yùn)動(dòng)的切線方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)[2]。當(dāng)前煤礦普遍開始使用的雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)在輸送能力方面有了較大的提升。雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)主要是在帶式輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾部分設(shè)置了兩臺(tái)相同額定功率和相同額定電壓的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，兩端都有著驅(qū)動(dòng)滾筒，驅(qū)動(dòng)滾筒是通過上文提到的兩臺(tái)相同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行帶動(dòng)的，驅(qū)動(dòng)滾筒在實(shí)際的使用過程中雖然兩臺(tái)電機(jī)接收到的電信號(hào)是相同的，但是由于帶式輸送機(jī)的位置以及所受到的載荷不同會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)不均衡現(xiàn)象。

圖1 雙機(jī)雙滾筒驅(qū)動(dòng)模型

2 雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的多級(jí)模糊均衡控制算法描述

大多數(shù)帶式輸送機(jī)均有不同形式的控制方式，在現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，需要對(duì)現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)上添加每臺(tái)電機(jī)的變頻器以及相匹配的執(zhí)行器，通過對(duì)2 臺(tái)電機(jī)的電流進(jìn)行檢測(cè)并在設(shè)定的采樣時(shí)間內(nèi)快速將電流信號(hào)傳遞給各自的多級(jí)模糊控制器上，當(dāng)動(dòng)態(tài)組比開始變化時(shí)，通過對(duì)速度信號(hào)及時(shí)的反饋，多級(jí)模糊控制器就能夠通過對(duì)2 組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較計(jì)算，然后通過電流信號(hào)將差值進(jìn)行補(bǔ)償，這樣就解決了電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)或者運(yùn)行過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不均衡的情況。帶式輸送機(jī)雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)的多級(jí)模糊控制結(jié)構(gòu)如圖2 所示。雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送采用多級(jí)模糊控制算法主要是利用控制過程中的增量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償操作的。采用多級(jí)模糊控制的帶式輸送機(jī)在使用時(shí)可以達(dá)到三種特性，首先是可以降低在當(dāng)補(bǔ)償值處于0.01～0.1 之間時(shí)的帶式輸送機(jī)由于差異帶來的細(xì)微的抖動(dòng)。當(dāng)補(bǔ)償值達(dá)到0.1～0.3 甚至0.3～0.6 時(shí)帶式輸送機(jī)就會(huì)由于過于嚴(yán)重的抖動(dòng)而造成煤塊往皮帶外灑落[3]。這幾種現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，采用多級(jí)模糊控制的帶式輸送機(jī)會(huì)對(duì)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，使帶式輸送機(jī)兩電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都相等，從而使帶式輸送機(jī)的雙電機(jī)達(dá)到均衡的狀態(tài)。

圖2 雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)多級(jí)模糊控制結(jié)構(gòu)圖

3 多級(jí)模糊控制的帶式輸送機(jī)仿真模擬

為了驗(yàn)證多級(jí)模糊控制的雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)能夠達(dá)到雙機(jī)均衡控制的效果以及相比較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有著相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)際應(yīng)用效果。利用多級(jí)模糊控制和傳統(tǒng)PI 控制進(jìn)行對(duì)比，在仿真模擬時(shí)采用的電機(jī)是額定功率4 000 kW，額定電壓是6 000 V，額定電流67 A，兩臺(tái)電機(jī)的其他參數(shù)均設(shè)置為相同，然后對(duì)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行功率平衡優(yōu)化控制仿真分析[4]。通過仿真能夠得到如圖3 所示的啟動(dòng)過程中的電機(jī)線速度誤差圖，圖3 中e21表示兩臺(tái)電機(jī)第一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)啟動(dòng)誤差，e22表示兩臺(tái)電機(jī)的第二臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)啟動(dòng)誤差，es2表示雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的線速度誤差。

圖3 2 臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)過程的線速度誤差圖

通過對(duì)帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)PI 控制系統(tǒng)和多級(jí)模糊控制得到的數(shù)據(jù)表1 和表2 進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)多級(jí)模糊控制的帶式輸送機(jī)與傳統(tǒng)PI 控制相比，在啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)最大線速度誤差從0.39 降低到了0.04，這就可以得到多級(jí)模糊控制的最大線速度誤差相比較傳統(tǒng)PI 控制的線速度誤差要小0.35 m/s。

表1 多級(jí)模糊控制的雙機(jī)啟動(dòng)過程線速度誤差

表2 PI 控制的雙機(jī)啟動(dòng)過程線速度誤差

4 結(jié)論

通過對(duì)雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的闡述，結(jié)合實(shí)際使用過程中雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)存在著皮帶磨損量較大、經(jīng)常出現(xiàn)煤塊因皮帶抖動(dòng)而灑落的情況，提出了引入多級(jí)模糊控制對(duì)雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造。利用多級(jí)模糊控制的控制其增量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)奶匦?，?duì)雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)進(jìn)行雙機(jī)監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)定信號(hào)與雙電機(jī)實(shí)際輸出信號(hào)之間的插值范圍對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。通過對(duì)傳統(tǒng)PI 控制和多級(jí)模糊控制下的雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)進(jìn)行雙電機(jī)啟動(dòng)過程功率平衡優(yōu)化控制仿真，得到多級(jí)模糊控制相比較與傳統(tǒng)PI 控制誤差更小。保證了多級(jí)模糊控制的雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中能夠更加高效、穩(wěn)定，且該控制方法有著很大的適用性，能夠在實(shí)際使用時(shí)進(jìn)行推廣。