礦井皮帶機智能控制系統(tǒng)的研究

高 紅

（大同煤礦集團有限責任公司馬脊梁礦，山西大同 037000）

0 引言

在日常的生產運輸當中，皮帶機常用于短距離、卸載以及裝載等流程，因其較高的運輸效率，以及低成本的投入，故而被廣大礦業(yè)和物流業(yè)所使用，例如，在礦業(yè)運輸過程中，它常被用于進行物品的短距離運輸或是裝卸等操作。對于企業(yè)而言，其自身的經濟與生產效益在很大程度上都依賴于皮帶運輸機的運行狀況。但是，因皮帶機在運輸過程中常有著輕載和空載等問題，所以常會導致皮帶機壽命的降低以及能量耗損的提升，嚴重時還會導致設備的損壞。因此，本文在此背景下設計了皮帶機智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對其運輸速率的有效調控，使其能夠在空載或是輕載的狀況下有效降低自身速率和耗能問題；不僅如此，還能夠在重載狀況下，實現(xiàn)對自身速率的提升，以此來降低重載所帶來的負面影響，從而充分地發(fā)揮自身的節(jié)能效果[1]。

1 皮帶機智能控制系統(tǒng)設計

如圖1（a）所示，該系統(tǒng)的組成部分主要分為六塊，分別是管理工作站、電機拖動、PLC變頻調速、稱重檢測子系統(tǒng)、速率檢測子系統(tǒng)以及智能控制主機。而其中最為重要的當屬管理工作站，用其能夠實現(xiàn)智能控制主機和縱向的相互連接，從而有效地反饋設備運行狀況，并通過所采集的信息實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能控制[2]。

1.1 稱重檢測子系統(tǒng)

對于稱重檢測子系統(tǒng)而言，其作用主要體現(xiàn)在了運輸貨物瞬時流量的獲取，用其稱重子系統(tǒng)能夠及時準確進行流量采集。本設計所用傳感器為四種高精密稱重傳感器，它們分別安置于設備各支架的托輥上，用于對各時段內貨物重量的數(shù)據(jù)采集。如圖1（b）所示，首先將信息數(shù)據(jù)通過稱重傳感器轉化為電壓模擬信號，之后經由A進行轉換，并將其輸入到計算當中，最后進行4～20 mA模擬量信號的輸出。在此過程中，最為重要的一點就是皮帶速率與稱重信息的融合計算，計算時需利用A∕D進行稱重信息轉換，使其成為數(shù)字量信息[3]。

1.2 速度檢測子系統(tǒng)

可以利用下述方法對皮帶機實際運輸貨物的速率予以采集，首先選擇脈沖信號電纜，應確保其內部含有精密速度編碼器，并將其安于皮帶托輥上來檢測其運行速度，之后用連續(xù)脈沖信號將其運行的實際線速度呈現(xiàn)出來，通過再生放大以及必要整形后，利用模數(shù)轉換器將其以數(shù)字量數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)出來，如上圖1（b），利用專用控制器來計算稱重傳感器放大、整形后的數(shù)字量即可[4]。

圖1 皮帶機智能控制系統(tǒng)設計

1.3 皮帶秤計算

若稱量貨物采用的系統(tǒng)為皮帶機智能控制系統(tǒng)，在具體應用中，精密的稱重傳感器會接收到來自貨物的重力，并以數(shù)字信號的形式傳遞給稱重傳感器，而其輸出的電壓信號與運輸貨物重力成正比，同時利用數(shù)模轉換器將其以數(shù)字量MA的形式傳輸至專業(yè)控制器中；利用速度傳感器對子系統(tǒng)予以檢測，便能得到脈沖數(shù)，與上述方法相同，同樣利用轉換器進行轉換，則能得到數(shù)字量VB，并將其傳送至專用控制器中；如圖1（b），利用控制器來運算VB與MA便可得到貨物的周期運輸量。而貨物連續(xù)通過的總重量即為各周期貨物運輸量的綜合。合并稱重子系統(tǒng)與測速子系統(tǒng)，則皮帶稱功能即可實現(xiàn)。在具體應用過程中，用M（t∕h）來表示貨物運輸?shù)乃矔r流量[5]，其具體公式如下所示：

上式中，所運輸貨物在單位區(qū)段長度上的平均重量中Gi來表示；其運行瞬時速度用Vi來表示；量程系數(shù)用k來表示，稱重段皮重用Z來表示。因此，M累積總和實際為輸送總量[6]。

圖2 皮帶機智能控制軟件流程圖

2 皮帶機智能控制系統(tǒng)的開發(fā)

皮帶機的節(jié)能環(huán)保、智能控制以及變頻調速需要借助系數(shù)P對輸出信號大小予以控制，通常情況下，P值介于0～1.0之間，同時還需對皮帶機額定有效稱量區(qū)段重量We與瞬時流量M有所了解[7]。

圖2為軟件系統(tǒng)流程圖，只需借助PLC編程控制器即可得到。之后將稱重區(qū)段長度K以及稱重傳感器量程等參數(shù)輸入其中，便可得到Vi、Z、Gi等數(shù)據(jù)信息[8]。

3 結束語

大量實驗表明，在具體應用過程中，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，若皮帶機載重量過重或過輕，皮帶傳輸效率會結合實際情況自動進行調節(jié)，所以該智能控制系統(tǒng)不僅令能源有所節(jié)約，設備磨損也有所減輕，使設備使用壽命得到有效延長。此外，在智能控制系統(tǒng)的控制下具有低成本、高效率的優(yōu)點，在社會各行業(yè)中得到廣泛應用，對低碳經濟的發(fā)展具有一定促進作用。