趙雙斌

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉中 045405）

引言

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，其承擔(dān)著煤炭、矸石等物料的運(yùn)輸任務(wù)。張緊裝置為保證輸送帶具備足夠張緊力的裝置，其是保證帶式輸送機(jī)高效、運(yùn)行的關(guān)鍵。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于相對(duì)復(fù)雜的工況輸送帶的張緊力需根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的控制。但是，當(dāng)前帶式輸送機(jī)張緊裝置會(huì)出現(xiàn)張緊力突變、張緊力過(guò)大、張緊力過(guò)小等情況，導(dǎo)致其無(wú)法對(duì)輸送帶張緊力進(jìn)行精準(zhǔn)控制，從而影響了帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率和安全性[1]。本文將基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶張緊力的精準(zhǔn)控制。

1 張緊裝置基本結(jié)構(gòu)及功能

目前，絕大多數(shù)帶式輸送機(jī)所配置張緊裝置的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1 所示，張緊裝置主要包括張緊小車(chē)、鋼絲繩和控制系統(tǒng)。通過(guò)獲取張力傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)值，對(duì)張緊裝置中液壓缸的行程和移動(dòng)方向進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊力增大或者減小的控制。

帶式輸送機(jī)配置張緊裝置的主要功能是保證輸送帶與滾筒之間具有足夠的摩擦力，保證輸送帶與滾筒之間不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象[2]。具體分析，張緊裝置在帶式輸送機(jī)的主要功能如下：

1）為帶式輸送機(jī)和滾筒之間的靜摩擦提供足夠的張緊力，防止輸送帶出現(xiàn)松弛的現(xiàn)象；

2）輸送帶在長(zhǎng)時(shí)間被拉動(dòng)的情況下極易發(fā)生彈性變形，張緊力會(huì)抵消輸送帶的此類(lèi)彈性變形；

3）與帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)階段輸送帶拉力進(jìn)行抵消，避免輸送帶張緊力變化過(guò)大，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)的工作狀態(tài)發(fā)生突變。

2 張緊裝置控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及改進(jìn)思路

2.1 張緊裝置控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

帶式輸送機(jī)張緊裝置控制系統(tǒng)主要由四部分組成，包括傳感器部分、預(yù)測(cè)部分、控制部分和操作部分，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 張緊裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

如圖2 所示，皮帶秤對(duì)輸送帶上貨物的重量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；張緊裝置控制系統(tǒng)電流傳感器主要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)電流值進(jìn)行采集；張力傳感器對(duì)輸送帶的實(shí)時(shí)張力進(jìn)行采集；三項(xiàng)所采集的數(shù)據(jù)均為對(duì)張緊裝置控制的依據(jù)。預(yù)測(cè)部分為對(duì)根據(jù)傳感器部分所提供的數(shù)據(jù)得出此時(shí)工況下對(duì)應(yīng)的最佳張緊力值?？刂撇糠譃楦鶕?jù)傳感器部分所提供的數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)部分所提供的控制目標(biāo)基于PLC 控制器得出對(duì)操作部分相關(guān)部件的控制指令，同時(shí)，控制部分中的數(shù)據(jù)通訊功能還能夠?qū)Ω黝?lèi)參數(shù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示。操作部分為根據(jù)控制部分所下達(dá)的指令對(duì)滾筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、張緊裝置液壓油缸活塞的移動(dòng)方向和行程進(jìn)行控制，最終達(dá)到預(yù)期的控制效果。

經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用表明，上述張緊裝置控制系統(tǒng)存在如下問(wèn)題：

1）當(dāng)帶式輸送機(jī)的負(fù)載量增大時(shí)，輸送帶需要更大的張緊力，而當(dāng)前控制系統(tǒng)電機(jī)變頻響應(yīng)需要時(shí)間、液壓缸活塞控制需要時(shí)間，尤其是在負(fù)載波動(dòng)較大時(shí)，上述控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢；

2）上述控制系統(tǒng)無(wú)法對(duì)未來(lái)張緊力進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)導(dǎo)致系統(tǒng)所提供的張緊力往往大于其實(shí)際需求值，從而使得各個(gè)部件磨損嚴(yán)重，壽命降低；

3）對(duì)于加大的張緊力而言，對(duì)應(yīng)打壓電機(jī)的負(fù)荷較大，對(duì)應(yīng)輸出扭矩較大，耗能也增加。

2.2 張緊裝置控制系統(tǒng)改進(jìn)思路

為解決當(dāng)前帶式輸送機(jī)張緊裝置控制系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，重點(diǎn)對(duì)其響應(yīng)慢、張緊力大于實(shí)際需求值和磨損嚴(yán)重的問(wèn)題進(jìn)行研究。具體思路為：實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)際所需張緊力的提前預(yù)測(cè)，從而將電機(jī)變頻器調(diào)整至預(yù)定頻率值，將液壓油缸壓力提前調(diào)整至合理范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊力的前饋控制?；趶埦o裝置的前饋控制的控制流程如圖3 所示。

圖3 張緊裝置前饋控制流程

如圖3 所示，本控制流程的核心在于對(duì)系統(tǒng)所需張緊力的提前預(yù)測(cè)，該預(yù)測(cè)值越準(zhǔn)確，最終的控制效果越好。實(shí)際上，帶式輸送機(jī)張緊力與其運(yùn)行阻力存在一定的關(guān)系，而運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流值存在一定的關(guān)系。因此，基于上述驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流值-運(yùn)行阻力-張緊力的數(shù)據(jù)模型可通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流值的預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊力的預(yù)測(cè)。

因此，本工程在傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法的基礎(chǔ)上加入差分進(jìn)化算法，并進(jìn)入動(dòng)量因子建立ER-DEMRBF 模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)張緊力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。具體的算法流程如圖4 所示。

圖4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ROA 算法流程

3 帶式輸送機(jī)張緊力的預(yù)測(cè)效果

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的ER-DEMRBF 對(duì)帶輸送機(jī)張緊力的預(yù)測(cè)效果，以帶式輸送機(jī)在空載啟動(dòng)給煤機(jī)且隨后啟動(dòng)輸送帶的運(yùn)行工況為例開(kāi)展研究，分別對(duì)ARIMA、BP 網(wǎng)絡(luò)、RBF 網(wǎng)絡(luò)、SVM、R-MRBF、R-DEMRBF 和ER-DEMRBF 其中算法對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流值進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)比預(yù)測(cè)電流值與實(shí)際電流值的均方根誤差、平均絕對(duì)誤差和平均絕對(duì)誤差比評(píng)估哪種算法對(duì)張緊力的預(yù)測(cè)效果更加準(zhǔn)確。不同算法對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差如表1 所示。

表1 不同算法對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流的預(yù)測(cè)誤差

分析表1 可知，基于本文設(shè)計(jì)的ER-DEMRBF對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流的預(yù)測(cè)誤差更小，更準(zhǔn)確，即說(shuō)明基于ER-DEMRBF 可對(duì)帶式輸送機(jī)張緊裝置所需張緊力的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)打壓電機(jī)變頻器頻率的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸壓力的精準(zhǔn)控制，為保證帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，其擔(dān)負(fù)工作面煤炭、矸石等物料的運(yùn)輸任務(wù)。張緊裝置作為保證輸送帶與滾筒之間靜摩擦力，避免二者之間打滑的關(guān)鍵裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊力的精準(zhǔn)預(yù)期并達(dá)到前饋控制的目的，對(duì)于保證帶式輸送機(jī)運(yùn)輸效果和安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

本文在傳統(tǒng)RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中對(duì)差分算法進(jìn)行改進(jìn)，并加入動(dòng)力因素得到了ER-DEMRBF 算法；通過(guò)仿真可知：基于ER-DEMRBF 可對(duì)帶式輸送機(jī)張緊裝置所需張緊力的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，為實(shí)現(xiàn)對(duì)打壓電機(jī)變頻器頻率的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸壓力的精準(zhǔn)控制奠定基礎(chǔ)。