輸送機自動調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用

姜 寶

（晉能控股煤業(yè)集團永定莊煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機是一種被廣泛應(yīng)用在煤礦上的物料運輸設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活性好的優(yōu)點。為了滿足在過載情況下的運輸可靠性，帶式輸送機的驅(qū)動系統(tǒng)通常會預(yù)留足夠的余量，而在實際運行的過程中由于綜采速度的波動，在輸送機上的煤量很難達(dá)到滿載狀態(tài)，而且也很難達(dá)到均衡狀態(tài)，因此輸送機經(jīng)常以“大馬拉小車”的方式運行，這不僅造成了極大的能源浪費，而且還加速了輸送機系統(tǒng)的磨損，影響了其實際的使用壽命。

為了提升輸送機系統(tǒng)運行的可靠性，本文通過對物料輸送過程的分析，設(shè)計了一種新的帶式輸送機自動調(diào)速控制系統(tǒng)，對提升煤礦井下的運行經(jīng)濟性和安全性具有十分重要的意義。

1 輸送機功率影響因素的分析

輸送機在運行時的功率受多種因素影響，為了對其功率影響因素進(jìn)行分析，以上運帶式輸送機為研究對象，其布局結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 上運帶式輸送機布局結(jié)構(gòu)

在實際布局中，輸送機的驅(qū)動電機和傳動滾筒之間通過減速裝置和聯(lián)軸器相連接，在傳動過程中存在著較大的功率損耗，這種現(xiàn)象在多電機驅(qū)動的輸送機系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為明顯，因此導(dǎo)致了多電機驅(qū)動的輸送機系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的功率不平衡問題，進(jìn)而影響到輸送機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。驅(qū)動電機的輸出功率和驅(qū)動滾筒的運行功率之間的關(guān)系如式（1）所示[1]。

式中：PM為驅(qū)動電機輸出功率；K1為驅(qū)動電機的功率系數(shù)，為常數(shù)；K2為驅(qū)動電機啟動方式系數(shù)，為常數(shù)；C為輸送機運行時的阻力系數(shù)，為常數(shù)；li為分析區(qū)域內(nèi)的輸送帶長度，為定值；fi為輸送帶和滾筒間的摩擦系數(shù)，為常數(shù)；v為輸送機運行帶速；qRO為上托輥組質(zhì)量；qRU為下托輥組質(zhì)量；qB為輸送帶單位長度質(zhì)量；Q為輸送帶上物料質(zhì)量；βi為輸送機傾角；PA為驅(qū)動滾筒的運行功率。

根據(jù)分析，當(dāng)輸送機系統(tǒng)確定后，除了運輸?shù)拿毫亢瓦\行帶速外，其他的參數(shù)均為定值，因此輸送機運行時的功率消耗主要取決于載重量和運行帶速，因此需要實現(xiàn)對輸送機運量和帶速的智能調(diào)控才能滿足輸送機穩(wěn)定運行的需求。

2 輸送機智能控制系統(tǒng)的分析

根據(jù)分析結(jié)果，本文提出了一種新的帶式輸送機智能控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對運量-帶速的智能調(diào)控[2]，提升輸送機運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，其整體控制結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

圖2 輸送機智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2可知，該控制系統(tǒng)主要包括傳感器及檢測設(shè)備，變頻控制系統(tǒng)及上位機系統(tǒng)，采用了模塊化的組合結(jié)構(gòu)。PLC控制器作為該系統(tǒng)的核心，用于對傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果傳遞給上位機系統(tǒng)，各個模塊之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行，通信協(xié)議采用的是PROFIBUS協(xié)議，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換便捷、可靠性高的優(yōu)點。工作人員可以在上位機處對井下輸送機的運行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，確保系統(tǒng)對井下輸送機運行狀態(tài)調(diào)整的靈活性。

3 智能控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在輸送機智能控制系統(tǒng)中，控制中心的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了對輸送機運行狀態(tài)調(diào)整的可靠性，因此各控制單元的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)應(yīng)具有較強的適應(yīng)性，以滿足煤礦井下惡劣條件下的長期工作需求，該智能控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 輸送機智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

由圖3可知，在該控制系統(tǒng)中，PLC控制器主要用于對監(jiān)測信息的分析并接收來自于上位機的控制指令，通過控制變頻控制器的運行來實現(xiàn)對驅(qū)動電機的運行控制。系統(tǒng)中的速度傳感器主要用于對輸送帶的運行速度進(jìn)行監(jiān)控，皮帶秤主要用于對落料點處的落料情況進(jìn)行監(jiān)控[4]，從而獲取輸送帶上的物料分布情況，功率采集模塊主要用于獲取變頻器的驅(qū)動電機的運行情況，實現(xiàn)對驅(qū)動電機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。各類傳感器將監(jiān)測結(jié)果傳輸給PLC控制中心，通過綜合分析帶速、物料分布情況等，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的帶速-煤量匹配速度表，輸出控制信號，實現(xiàn)對驅(qū)動電機運行狀態(tài)的靈活調(diào)整，實現(xiàn)煤量和帶速的精確匹配。

4 應(yīng)用情況分析

該輸送機智能控制系統(tǒng)自應(yīng)用以來表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，通過統(tǒng)計2020年10月至2021年2月份輸送機的運行情況，輸送機在運行時的平均帶速由最初的4.13 m/s降低到了目前的2.6 m/s，平均帶速下降了約37.1%，輸送帶的平均使用壽命時間增加了24.9%，顯著地提升了井下輸送那就運行的穩(wěn)定性和可靠性性。

5 結(jié)論

1）輸送機運行時的功率消耗主要來自載重量和運行帶速，因此需要實現(xiàn)對輸送機運量和帶速的智能調(diào)控才能滿足輸送機穩(wěn)定運行的需求；

2）新的調(diào)速控制系統(tǒng)能夠?qū)⑤斔蜋C運行帶速平均降低37.1%，將輸送帶的使用壽命延長24.9%，對提升煤礦井下的運行經(jīng)濟性和安全性具有十分重要的意義。