礦用帶式輸送機多電機協(xié)調(diào)控制技術的研究

李 偉

（山西煤炭運銷集團野川煤業(yè)有限公司， 山西 高平 048400）

引言

隨著煤礦井下綜采作業(yè)效率的不斷提升，對煤礦上的物料運輸設備的運輸效率和穩(wěn)定性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的采用單電機驅(qū)動控制的帶式輸送機在運輸效率和運量方面均無法滿足日益增加的煤炭運輸需求，因此具有大運量、高帶速的多電機驅(qū)動的帶式輸送機得到了廣泛的應用。在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)由于輸送帶的黏彈性特性以及落煤時沖擊力的不穩(wěn)定性，導致輸送機在運轉過程中各驅(qū)動電機的不同步現(xiàn)象極為嚴重，常常使某些電機處于高負載運行狀態(tài)而另一些電機處于輕載運行狀態(tài)，不僅嚴重影響了輸送機的運行穩(wěn)定性而且導致在運行過程中輸送帶的撒料嚴重[1]。因此本文在前人研究的基礎上針對性地提出了一種新的多電機協(xié)調(diào)控制技術，利用模糊均衡控制的原理，對各驅(qū)動電機的運行轉速進行聯(lián)動協(xié)調(diào)控制。

1 多電機協(xié)調(diào)控制原理

在多電機驅(qū)動控制的輸送機系統(tǒng)中，各電機的機械特性存在著較大的差異，各電機安裝時的位置、托輥狀態(tài)、受力等均不一致，特別是在輸送機剛啟動和受沖擊作用下，由于輸送帶的黏彈性特性[2]使各電機在一定時間內(nèi)的受力狀態(tài)會有顯著的區(qū)別，給各電機的協(xié)調(diào)控制帶來了較大的影響。本文在對多電機驅(qū)動帶式輸送機的驅(qū)動控制原理進行深入分析的基礎上，提出了一種新的多電機協(xié)調(diào)控制方式，本文以最常見的雙電機驅(qū)動控制系統(tǒng)為例進行分選，其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結構如圖1所示[3]。

由圖1可知，在該多電機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，1號電機為帶式輸送機的主驅(qū)動電機，2號電機則為系統(tǒng)的從動電機，1號變頻器用于控制主驅(qū)動電機的運行速度，2號驅(qū)動器用于對從動電機的運行速度進行控制，系統(tǒng)的反饋電流主要是用于當輸送機系統(tǒng)的張力、負載發(fā)生變化時快速地將調(diào)整控制信號傳遞到相應的模糊均衡控制器內(nèi)，通過模糊算法判定[4]，對輸送機的運行狀態(tài)進行標的，并發(fā)出相應的控制信號對應電機的變頻控制器，確定電機轉速能夠在第一時間內(nèi)獲得調(diào)整，從而實現(xiàn)對輸送機系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動電機的協(xié)調(diào)控制，滿足輸送機穩(wěn)定運行的需求。

圖1 帶式輸送機多電機協(xié)調(diào)控制結構示意圖

2 多機協(xié)調(diào)控制方案驗證

為了驗證多電機協(xié)調(diào)控制技術的實際應用效果，本文以SSJ650型帶式輸送機為研究對象，該輸送機全長1 673 m，運行時的額定速度為4.15 m/s，輸送機在巷道內(nèi)布置的傾斜角為11.6°，采用兩組驅(qū)動電機共同驅(qū)動的方式，各電機額定工作電壓為6 000 V，額定的工作轉速為1 440 r/min。雖然該系統(tǒng)中兩組電機的結構及理論參數(shù)一致，但由于內(nèi)部線束纏繞一致性的差異，導致電機在實際運行中的輸出轉矩和轉速會存在一定的偏差，根據(jù)實際測量，主驅(qū)動電機的實際運行線速度要比從動電機的實際運行線速度大0.25%。

利用監(jiān)測傳感器對采用傳統(tǒng)控制方案和采用多機協(xié)調(diào)控制方案下帶式輸送機的運行速度進行對比驗證，結果如下頁圖2所示。

由圖2可知，在不同的啟動控制方案下，帶式輸送機啟動時的速度均是逐漸增加至設定運行速度，但采用傳統(tǒng)控制方案時輸送帶開始運行時的開始時間為39 s，最大運行速度為4.01 m/s，與設定的運行速度的差值約為0.14 m/s。當采用新的多電機協(xié)調(diào)控制時，其輸送帶開始運行的實際時間為21 s，比傳統(tǒng)控制方案縮短了約46.2%，穩(wěn)定運行后的速度約為4.12 m/s，比傳統(tǒng)控制方案下提升了約2.7%。由此可知，采用多機協(xié)調(diào)控制不僅能夠顯著縮短啟動時間而且能夠有效提升輸送機運行時的線速度，提高輸送機的物料運輸效率。

在多電機協(xié)調(diào)控制方案下主驅(qū)動電機和從動電機的速度變化曲線如圖3所示。

由圖3可知，當采用多電機協(xié)調(diào)控制方案時，主驅(qū)動電機的運轉速度呈平穩(wěn)變化的趨勢，而從動電機的速度則是圍繞著主動電機的速度變化而不斷地進行調(diào)整，使從動電機的運轉速度始終和主動電機的運轉速度保持一致性，最大速度偏差僅0.03%，極大提升了兩個驅(qū)動電機在工作過程中的速度協(xié)調(diào)性，滿足了協(xié)調(diào)控制的要求，降低了發(fā)生電機過載的隱患。

圖2 不同控制方案下輸送機的啟動速度變化曲線

圖3 多電機協(xié)調(diào)控制下各電機的速度變化曲線

3 結論

1）該系統(tǒng)通過模糊算法判定，對輸送機的運行狀態(tài)進行標的，并發(fā)出相應的控制信號對應電機的變頻控制器，確定電機轉速能夠在第一時間內(nèi)獲得調(diào)整，從而實現(xiàn)對輸送機系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動電機的協(xié)調(diào)控制，滿足輸送機穩(wěn)定運行的需求。

2）采用新的多電機協(xié)調(diào)控制時，其輸送帶開始運行的實際時間比傳統(tǒng)控制方案縮短了約46.2%，穩(wěn)定運行后的速度比傳統(tǒng)控制方案提升了約2.7%。

3）當采用多電機協(xié)調(diào)控制方案時，從動電機的速度則是圍繞著主動電機的速度變化而不斷地進行調(diào)整，使從動電機的運轉速度始終和主動電機的運轉速度保持一致性，最大速度偏差僅0.03%。