帶式輸送機順煤流啟動的智能控制技術

張貴升

(晉能控股煤業集團燕子山礦)

帶式輸送機是一種依靠驅動滾筒和輸送帶之間的摩擦力來控制輸送帶運行的機械設備，具有結構簡單、布置靈活、穩定性好的優點。隨著多級帶式輸送機系統的不斷投入應用，輸送機系統在運行過程中的穩定性和能耗越來越受到關注。目前多數輸送機系統在運行時，下級輸送機的啟動是按照逆煤流的方式逐級啟動，雖然能夠確保輸送過程中物料的安全性，但輸送機無效運行時間長、能耗大、磨損嚴重，而且各輸送機系統在運行過程中的帶速均保持恒定，無法根據輸送帶上的物料分布情況靈活調整，嚴重影響了物料輸送的經濟性和輸送機的使用壽命[1]。因此本研究提出了一種新的帶式輸送機順煤流啟動的智能控制技術，該控制系統能夠實現多級輸送機的順煤流啟動，同時能夠根據輸送帶上的物料分布情況自動調整輸送機的運行帶速，進而實現對輸送機運行的節能控制。

1 帶式輸送機順煤流啟動控制原理

現有的輸送機控制系統在運量低于標準值的情況下，仍然采用恒帶速運行及逆煤流啟動，導致電能浪費嚴重、輸送帶磨損嚴重，本研究提出了帶式輸送機順煤流啟動控制系統，該系統以運量檢測、帶速檢測及變頻調速控制為核心，整體控制結構[2]見圖1。

圖1 順煤流啟動控制邏輯結構

由圖1可知，該系統的控制核心為PLC控制單元，在PLC控制單元內輸入運量與帶速的匹配模型，運量檢測裝置采用了激光掃描法，通過對煤炭堆積體積的分析，獲取煤炭堆積值，然后將此信號傳輸給PLC控制中心，通過運量和帶速匹配模型，獲取相匹配的最佳帶速。同時在輸送帶的下側設置有機械編碼器，用于對輸送帶運行時的帶速進行監測，通過閉環反饋系統對實際帶速和理論帶速差值進行對比，獲取修正值，滿足精確調控需求。在進行多級輸送機配合運行時，首先對上一級輸送帶的運行帶速進行監測，然后根據其長度確定物料的輸送距離，計算出下級帶式輸送機的最佳啟動帶速，實現煤炭在該級輸送帶上的滿載運行，提升輸送機的運行經濟性，同時自動調整輸送帶的運行速度，實現“煤多快速，煤少慢速”地經濟運行。

2 帶式輸送機軟啟動控制方案

為了滿足輸送機的順煤流控制，需要帶式輸送機具有較高的反應速度和快速啟動能力。此時，輸送機啟動速度越快，振動沖擊就越大，極大地影響了輸送機的安全性和使用壽命。為了在確保使用安全情況下提升輸送機的啟動速度，提出了采用變頻軟啟動控制的方案，對等加速度啟動、等三角形啟動、正弦啟動及拋物線啟動這4種方案進行對比分析，結果見圖2。

由圖2的實際對比分析結果可知，當采用等加速度控制方案時，整個啟動時間最長，而且在啟動初期會給輸送機系統一個顯著的沖擊，直接影響輸送機系統的啟動穩定性，也無法滿足快速啟動的需求。當采用拋物線型啟動方案和正弦啟動方案時，二者的啟動時間差異性不大，但加速度變化率大，會對輸送機系統的啟動穩定性產生影響，無法滿足低沖擊啟動的要求。等三角形啟動方案[3]則具有啟動速度快、啟動沖擊特性小的優點，能夠滿足對輸送機系統快速啟動和平穩啟動的要求。

圖2 不同啟動方式啟動特性對比

3 順煤流啟動控制系統

由于傳統逆煤流啟動方案會增加輸送帶的空載運行時間，導致影響節能和輸送帶的實際使用壽命，因此，提出了順煤流啟動方案。假設輸送機系統的1號帶式輸送機的穩定帶速為v，輸送機按照等三角形啟動方案的啟動時間為ts，則1號輸送機的長度L1應確保大于vts，而且2號輸送機的延時啟動時間t2=L1/v-ts；同理，當2號輸送機運行穩定后，3號帶式輸送機的延時啟動時間t3=(L1+L2)/v-ts，其中L2表示2號帶式輸送機的長度。以此類推，t2+t3+....tn即為輸送機系統的穩定運行時間。為了確保實際使用過程中的安全性，若達到延時時間后輸送機系統未正常啟動，則會緊急控制上游輸送機停止運行，滿足輸送機系統運行穩定性的需求，順煤流輸送系統控制界面[4]見圖3。

圖3 輸送機順煤流啟動控制系統

根據實際應用表明，采用該順煤流控制系統后極大地提升了輸送機系統的運行穩定性和經濟性，輸送機運行時的耗電量降低6.3%，1 d可節約空載運行時間0.96 h，提升了煤礦運輸效率，降低了輸送帶磨損等。

4 結 論

(1)帶式輸送機順煤流啟動的智能控制技術，其以運量檢測、帶速檢測及變頻調速控制為核心，能夠實現“煤多快速，煤少慢速”地經濟運行。

(2)等三角形啟動方案具有啟動速度快、啟動沖擊特性小的優點，能夠滿足對輸送機系統快速啟動和平穩啟動的要求。

(3)順煤流控制系統能夠顯著地提升輸送機系統的運行穩定性和經濟性，輸送機運行時的耗電量降低6.3%，1 d可節約空載運行時間0.96 h，對提升煤礦運輸效率，降低輸送帶磨損等具有十分重要的意義。