矿用带式输送机传输控制系统的优化研究

姜 宝

（大同煤矿集团有限责任公司永定庄煤业公司， 山西 大同 037003）

引言

带式输送机作为目前应用最为广泛的散料输送设备，具结构简单、经济性好、稳定性高的优势，对确保煤矿上的物料输送起着至关重要的作用。随着煤矿综采效率的不断提升，为了满足带式输送高带速大倾角的物料运输需求，目前一般均采用大功率电机驱动控制模式，虽然极大地提升了输送机的物料运输能力，但实际工作过程中发现由于采用了大功率电机驱动控制模式且输送机在运行过程中的不稳定因素较多，导致带式输送机在运行过程中存在较大的功率波动，给输送机的运行安全和稳定性造成了严重的影响[1]。因此本文提出了一种新的矿用带式输送机传输控制系统，对大功率电机驱动进行功率平稳控制，利用变频调速控制及工业以太网数据传输系统实现了对变频调速控制信号的交叉耦合补偿，在确定驱动电机功率输出和驱动频率变化关系的基础上实现了对输送机运行过程中大功率电机运行功率的平稳控制，满足了功率平稳性的运行需求。

1 带式输送机传输控制方案

以DT11(A)B1200型带式输送传输控制系统为改造对像，其带宽为1 200 mm上托辊组为Φ134 mm×463 mm，下托辊组为Φ134 mm×1 400 mm，头滚筒为Φ800 mm×1 400 mm，尾滚筒为Φ630 mm×1 400 mm，为确保其运行时的稳定性，对其控制系统进行了改造，优化后的传输控制系统整体结构如图1所示。

由图1可知，该传输控制系统主要包括了监控层、控制层和执行层，执行层为传输控制系统的核心，为了确保对电机功率平稳输出的实际控制效果，变频驱动控制器和驱动电机采用了一拖一的控制模式，对变频控制器的控制主要通过集控PLC控制中心进行。监控层和控制层主要是对输送机运行过程中各驱动电机的工作状态进行监测，判定出其实际工作状态，计算出电机的功率不平稳因数，将分析结果传输给集控PLC控制中心，作为对变频器控制调节的基础[2]。

考虑到煤矿上工作环境较为恶劣，同时基于经济性的原因，根据实际情况，该传输控制系统的整体电气控制部分采用了PROFIBUS工业以太网数据传输系统，用于各个通讯模块之间的数据传输和通信，其具有传输速度快、抗干扰性能好的优点，可以确保传输控制系统的信号传输稳定性。

图1 带式输送机传输控制系统结构示意图

2 功率平稳控制原理

带式输送机在运行过程中由于受到驱动电机功率输出不稳定、输送带粘弹性力、输送带和驱动滚筒之间的摩擦力等的影响，导致了整个输送机系统在运行过程中对输送机的运行状态和不平稳性的监控较为困难，传统的控制方案无法实现对电机功率不平稳量的准确评估和调整。在该控制系统中引入了带有预测功能的模糊控制器，该模糊控制器采用了模糊控制原理，能够实现对输送机运行过程中非线性变化参数的模糊跟踪控制，获取不平稳量数据信息后对电机的不平稳性进行判断并输出对应的频率补偿控制信号，结合实际控制电流频率，实现了驱动电机的联合控制，最终控制各电机输出相对平稳的控制功率，满足输送机传输控制系统工作稳定性的需求。如图2所示为传输系统功率平稳控制原理图。

图2 传输系统功率平稳控制原理

3 带式输送机启动方式优化研究

带式输送机系统在运行过程中经常会出现重载启动的工况，在重载情况下带式启动机按传统启动方式将导致出现极大的震动和冲击，给输送机的机架及驱动电机造成了巨大的冲击，严重影响了带式输送机的运行安全，因此本文提出了一种新的近“S”形的带式输送机启动特性曲线，该曲线整体结构如图3所示。

由图3可知，该近“S”形的带式输送机启动特性曲线包括了0～t0的匀加速阶段、t0～t1的恒速阶段及t1～t2的变加速阶段。在启动的过程中首先采用匀加速的方式将输送机的运行速度提升至额定运行速度的19%，然后停止加速，让输送带的整个区间范围内的输送机均实现匀速运行，实现输送带的张紧，最后再以抛物线形的加速度曲线实现输送机的快速启动和平稳运行。该启动特性曲线既确保了输送机快速启动的控制需求，又能够满足输送机在不同工况下柔性启动的安全性需求，能够显著提升输送机系统的运行稳定性和安全性[3-4]。

图3 带式输送机近“S”形启动特性曲线

4 结论

1）该传输控制系统主要包括了监控层、控制层和执行层，变频驱动控制器和驱动电机采用了一拖一的控制模式，电气控制部分采用了PROFIBUS工业以太网数据传输系统，能够满足对驱动电机稳定、准确的控制需求；

2）控制系统采用了带有预测功能的模糊控制器，利用了模糊控制原理，能够实现对输送机运行过程中非线性变化参数的模糊跟踪控制；

3）近“S”形的带式输送机启动特性曲线，确保了输送机快速启动的控制需求，又能够满足输送机在不同工况下柔性启动的安全性需求，能够显著提升输送机系统的运行稳定性和安全性。