多級帶式輸送機(jī)聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化分析

張 雪

（潞安化工集團(tuán)高河能源有限公司， 山西 長治 046000）

引言

作為物料輸送的核心，多級帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接決定了物料運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。目前多級輸送機(jī)控制系統(tǒng)主要采用恒帶速運(yùn)行模式，控制邏輯單一，不僅無法對各輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控而且也無法根據(jù)輸送帶上的煤炭分布情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致輸送機(jī)系統(tǒng)經(jīng)常高速、空載運(yùn)行，既浪費(fèi)電能又加劇輸送帶的磨損，降低其使用壽命[1]。因此研究應(yīng)用一種新的多級帶式輸送機(jī)聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。

1 輸送機(jī)綜合運(yùn)行控制系統(tǒng)

根據(jù)多級帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)及控制需求，本文所探討的多級帶式輸送機(jī)聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)采用了模糊控制理論和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足擴(kuò)展性和控制靈活性的需求，該新的聯(lián)合調(diào)速控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該控制系統(tǒng)可分為單元集控中心（HUB）、智能控制中心及PLC 控制中心。單元集控中心（HUB）主要是由設(shè)置到不同輸送機(jī)上的傳感器設(shè)備和檢測設(shè)備構(gòu)成，主要用于對多級帶式輸送機(jī)的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，是整個(gè)調(diào)速控制中心的“眼睛”。智能控制中心主要用于接收單元集控中心的數(shù)據(jù)信息并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，確定多級輸送機(jī)的整體運(yùn)行狀態(tài)，自動匹配相應(yīng)的帶速，是整個(gè)調(diào)速控制中心的“大腦”。PLC 控制中心是整個(gè)綜合運(yùn)行控制系統(tǒng)的“四肢”，主要用于接收從控制中心傳輸過來的動作指令，然后控制不同輸送機(jī)的變頻器輸出相應(yīng)的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對不同輸送機(jī)驅(qū)動電機(jī)的無級變速控制，滿足動態(tài)調(diào)速需求[3-4]。

2 煤量-帶速匹配流程

圖1 帶式輸送機(jī)聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了滿足對多級輸送機(jī)連續(xù)動態(tài)控制的需求，系統(tǒng)以首臺帶式輸送機(jī)處的煤炭分布情況為輸入變量，將煤量分布和輸送帶的運(yùn)行帶速傳輸?shù)絾卧刂行倪M(jìn)行編碼和分析，然后將分析結(jié)果傳輸?shù)街悄芸刂浦行闹羞M(jìn)行各級帶式輸送機(jī)煤流量和運(yùn)行帶速的匹配，確定各個(gè)輸送機(jī)的參考運(yùn)行速度。系統(tǒng)根據(jù)匹配結(jié)果對輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行帶速進(jìn)行分析，若實(shí)際運(yùn)行帶速和參考帶速一致，則系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，若實(shí)際運(yùn)行帶速和參考帶速不一致，則智能控制中心通過模糊控制理論對兩者的差值進(jìn)行分析，確定需要調(diào)整的差動量，將調(diào)整信息通過PLC 控制中心傳遞給各個(gè)輸送機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對多級帶式輸送機(jī)的智能調(diào)整控制，該煤量-帶速匹配控制邏輯如下頁圖2 所示。

PLC 控制中心是整個(gè)智能調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行單元，不僅需要與多種傳感器設(shè)備進(jìn)行連接，還需要接收并轉(zhuǎn)換各種控制信號，實(shí)現(xiàn)對各輸送機(jī)運(yùn)行帶速的靈活調(diào)整。因此在進(jìn)行PLC 選型時(shí)不僅需要滿足在井下惡劣環(huán)境中穩(wěn)定控制的需求，而且還需要滿足高擴(kuò)展性的需求，確保后續(xù)系統(tǒng)升級和擴(kuò)容的便捷性。經(jīng)過多種類別PLC 的分析，最終確定了選用西門子的S7-1200，不僅能夠滿足各類型下應(yīng)用穩(wěn)定性的需求，而且還具有雙電源供電的功能，從而有效避免緊急情況下的連續(xù)控制需求。

3 傳感器設(shè)備選型

該聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)在于各傳感器設(shè)備具有較高的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，因此需要對傳感器設(shè)備進(jìn)行合理選型和布置。

圖2 輸送機(jī)煤量-帶速匹配控制邏輯示意圖

松弛保護(hù)。輸送帶一旦發(fā)生松弛將導(dǎo)致打滑，引起輸送帶的磨損加劇甚至火災(zāi)，因此輸送機(jī)在進(jìn)行調(diào)整的過程中，需要確保輸送帶具有合理的張力，輸送帶松弛時(shí)表現(xiàn)為懸垂度的增加，因此松弛保護(hù)主要是在輸送帶的最低懸垂點(diǎn)設(shè)置位移傳感器，對懸垂度進(jìn)行監(jiān)測，一旦懸垂度超標(biāo)立刻發(fā)出預(yù)警和調(diào)整指令，控制張緊裝置運(yùn)行，避免出現(xiàn)打滑問題。

速度監(jiān)測。由于輸送機(jī)運(yùn)行過程中存在著速度波動，因此傳統(tǒng)的以編碼器為基礎(chǔ)的速度監(jiān)測方案存在著波動大、穩(wěn)定性差的缺陷。經(jīng)過多次實(shí)際驗(yàn)證，本文提出了一種新的GSG8 型速度傳感器，以光電測試為核心，能夠滿足8 m/s 以下設(shè)備的精確測速需求。為了滿足對輸送帶運(yùn)行帶速的監(jiān)測準(zhǔn)確性需求，在設(shè)置時(shí)將傳感器的光電碼盤和輸送帶緊密接觸，輸送帶在運(yùn)行時(shí)將帶動光電碼盤運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證相同的輸送帶速。為了避免輸送帶波動對碼盤的影響，速度傳感器應(yīng)被設(shè)置到輸送帶中部懸垂度最小的位置。各傳感器設(shè)備在輸送帶上的設(shè)置位置如圖3 所示，通過各類傳感器設(shè)備的綜合監(jiān)測，可確保輸送機(jī)姿態(tài)監(jiān)測的準(zhǔn)確性和調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。

圖3 輸送機(jī)上傳感器設(shè)備布置示意圖

為了對該聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以井下3 級輸送機(jī)為對象對其控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級，對優(yōu)化前后的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明，優(yōu)化后輸送機(jī)的運(yùn)行帶速從4.2 m/s 降低到了3.05 m/s，平均下降了27.4%，單位時(shí)間的電能消耗量降低了16.1%，輸送帶在運(yùn)行時(shí)的磨損情況顯著改善，有效提升了輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。

4 結(jié)論

1）多級帶式輸送機(jī)聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)采用了模糊控制理論和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有擴(kuò)展性好和控制靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。

2）該調(diào)速系統(tǒng)以輸送機(jī)上的煤炭分布情況為輸入變量，通過控制中心的解析和模糊分析，將結(jié)果傳輸?shù)街悄芸刂浦行闹羞M(jìn)行各級帶式輸送機(jī)煤流量和運(yùn)行帶速的匹配，從而獲得最佳運(yùn)行帶速。

3）該系統(tǒng)能夠?qū)⑤斔蜋C(jī)運(yùn)行時(shí)的帶速降低27.4%，電能消耗量降低16.1%，顯著提升輸送機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。