仇書文

（潞安化工集團常村煤礦，山西長治 046102）

輸送機作為井下煤礦中最為重要的傳送裝置，發(fā)揮著重要的作用，承擔著綜合挖掘中物料、設(shè)備的運輸任務，其具有較高的穩(wěn)定性，同時該設(shè)備擁有維修簡單、調(diào)節(jié)靈活等特性，因此得到了較為廣泛的運用。輸送機類型較多，應用最多的類型則是帶式輸送機。該輸送機最為關(guān)鍵的組成部分則是張緊裝置，該裝置可對系統(tǒng)內(nèi)部的張緊力進行調(diào)節(jié)，進而保障皮帶的松緊度處在合適的范圍內(nèi)，防止因過緊或過松而出現(xiàn)輸送問題。一般來說，隨著輸送距離及張緊力的不斷變化，其設(shè)備的輸送負載也隨之變化，因此，該輸送機的張緊力與設(shè)備負載之間的關(guān)系成為了研究的重要領(lǐng)域。我國的研究學者對其進行深入探索，楊興廷、曹劍[1]等人重點研究了張緊力的控制，通過PID 算法計算出輸送設(shè)備的張緊力，為設(shè)計同步運行的張緊裝置提供了支持。而郭耀華[2]則重點研究了設(shè)備的彈性形變，利用檢測裝置測量彈簧形變，進而得出張緊力。雖然輸送機具有較多的優(yōu)勢，但是也存在以下缺陷：①設(shè)備的張緊力無法與其實現(xiàn)自適應，其控制效果較差，達不到較高的精度及靈活度，無法滿足需求。②負載同張緊力之間無法協(xié)同，不能根據(jù)需求自主調(diào)節(jié)[1]。因此，為了解決上述的弊端，本文則分析了帶式輸送機的負載變化情況，并設(shè)計了自適應的張緊裝置，使其需求能夠符合系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化控制。

1 張緊控制方案設(shè)計

帶式輸送機的張緊裝置組成結(jié)構(gòu)較為復雜，其大致可分為以下幾部分，包含了電動機、滑輪組、張力傳感器等。在系統(tǒng)運行過程中，電動機會控制滑輪組及鋼絲繩，進而拉緊滾筒，使皮帶張緊。另外，電動機的旋轉(zhuǎn)方向同張緊力有一定關(guān)系，而傳感器則能夠?qū)崟r檢測張力，張力控制系統(tǒng)則可以通過傳感器的張力反饋進行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使其符合當前的輸送標準[1]。

帶式輸送機張緊控制方案原則：①皮帶與滾筒之間需要緊密配合，兩者之間不能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；②系統(tǒng)在運行過程中，皮帶的狀態(tài)要保持好，懸垂度符合標準，禁止散料；③皮帶的塑性及彈性伸長能夠得到較好的補充；④可為輸送機故障的檢測提供行程；⑤張緊力與輸送機運輸距離及功率相適應；⑥具備良好的制動機制，可面對突發(fā)情況，同時，也需要擁有自動報警功能，保障運輸?shù)陌踩浴?/p>

2 硬件設(shè)計

帶式輸送機的設(shè)計需要滿足一定的需求，設(shè)計方案如圖1所示，下面將對其進行詳細闡述。輸送機機身會安裝張緊設(shè)備，該設(shè)備內(nèi)置了各類壓力、溫度及張緊力傳感器，可實時檢查設(shè)備運行狀態(tài)，并將檢查結(jié)果進行上傳，反饋給PLC控制器，而該控制器收到的信息需要經(jīng)過處理才能夠使用，一般的處理包括A/D 轉(zhuǎn)換及濾波。當控制器接受到處理后的數(shù)據(jù)時，會將壓力、溫度及電流等值與設(shè)定值進行對比，一旦超過設(shè)定值則會發(fā)生報警，同時會進行自適應調(diào)節(jié)。同時，該控制器還可以對當前的張緊力進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式同上述方式一致，當張緊力的實際值與設(shè)定值差距較大時，變頻器則開始工作，控制電動機的旋轉(zhuǎn)，進而控制皮帶狀態(tài)，使其松開或者拉緊，調(diào)節(jié)其張緊力。同時該系統(tǒng)還可以實時記錄拉緊力數(shù)據(jù)，對將該數(shù)據(jù)上傳給調(diào)度中心，使其控制拉緊裝置的運行狀態(tài)[1]。

圖1 煤礦用帶式輸送機張緊方案

一般情況下，輸送機的控制設(shè)備都會集中在電氣柜中，其內(nèi)部包含了PLC控制器、傳感器等一系列元件。

本輸送機系統(tǒng)的PLC 控制器也安裝在了電器柜中，其型號為1769-L33ERM，該款控制具有較好的性能，響應速度較快，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行實時控制，同時內(nèi)置了多個I/0 接口，可進行數(shù)據(jù)信息的交換。除此之外，該系統(tǒng)還包含了PA2 電源、模擬量模塊、數(shù)字量的輸入輸出模塊以及蓋板等。該系統(tǒng)的變頻器是基于Logix 軟件平臺進行開發(fā)的，型號為AB PF753，可自動完成參數(shù)及系統(tǒng)更新。同時，輸送機包含了張緊力、壓力、溫度、電流傳感器，其型號分別為TJL-7、HSTL-103E、HSTL-800、MIK-DJI-V1-B1 等。傳感器的輸出為電流，其范圍大約在4～20mA，這些電流數(shù)據(jù)會經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并上傳給PLC 控制器進行處理，其具體的地址分配表見表1，在設(shè)計軟件時，可根據(jù)表1進行編程[2]。

表1 煤礦用帶式輸送機張緊控制方案PLC I/O地址分配

3 軟件設(shè)計

帶式輸送機在運行過程中，由于工作狀態(tài)不同，其張緊力的大小也不同，可將工作需要的張緊力作為目標張緊力，目標張緊力與實際張緊力的差值作為PLC控制器的輸入，控制器會根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進行動態(tài)調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中，電動機的運行方向與張緊力大小相關(guān)，而運行頻率則代表了調(diào)節(jié)速度。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿足以下規(guī)律，張緊力差值與電動機頻率呈正比，也就是說，張緊力差值越小，其運行頻率越小，而當張緊力不超過設(shè)定范圍時，其電動機不會運行，對其進行調(diào)節(jié)[2]。

本系統(tǒng)采用了PID 的控制方案，其具體的控制原理圖如圖2所示，可對用到的參數(shù)進行設(shè)置，其中張緊力的設(shè)定值為FZS；實際值為FZC；兩者間的差值可用ΔF代表。同時，假設(shè)電動機的頻率為f，而f與ΔF之間具有關(guān)系，其關(guān)系為f∝ΔF，下面公式則表示了電動機運行速度與運行頻率間的關(guān)系：

圖2 煤礦用帶式輸送機張緊自適應控制方案

式中：s——相應的絞車電動機的轉(zhuǎn)差率，為定值；

p——相應的絞車電動機極對數(shù)，為定值；

τ——相應的減速比，為定值；

n——相應的絞車電動機轉(zhuǎn)速，r/min。

4 應用分析

本研究的研究對象為潞安化工集團的輸送機系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)搭建了工業(yè)實驗平臺，通過軟件及硬件共同實現(xiàn)其功能。實驗開始的時間為2022 年的1月，實驗持續(xù)時間為4個月。在該系統(tǒng)中，其核心設(shè)備的參數(shù)見表2，該系統(tǒng)可對不同情況下的輸送機電流進行預測，并結(jié)合預測值與張緊力實時PID控制[3]。張緊力的設(shè)定值為70kN。本系統(tǒng)是基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行預測，精度較好，靈活性強，可實時反映其負載情況，利用該方式對PID 張緊力進行調(diào)節(jié)要比傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式耗時更少，誤差更小，進而增大了控制精度[3]。

表2 帶式輸送機張緊裝置設(shè)計參數(shù)信息

5 結(jié)論

（1）輸送機張緊裝置使用了電流預測方案，可設(shè)置張緊力的預測值，并對其進行動態(tài)控制，通過傳感器測量的張緊力的實際值與目標值的差值作為系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，利用PID進行動態(tài)調(diào)節(jié)，耗時較小，精度較大，保障了自適應調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

（2）本研究通過對潞安化工集團的綜合平臺進行了研究，表明了其控制方案的可行性，可使輸送機穩(wěn)定運行，提高了工作效率。

（3）帶式輸送機張緊裝置發(fā)展方向具有多樣性，可向智能化方向進行探索。