主斜井帶式輸送機自動控制系統的設計及應用分析

郭文波

（晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限責任公司，山西大同037042）

在煤礦運輸行業中，主斜井帶式輸送機是主要的運輸設備。為了能夠滿足機械設備運行的需要，在設計與生產的過程中，對機械部件與電氣裝置所能滿足運量的情況下，將運量乘以相應的備用系數。

如果主斜井帶式輸送機處于運量最大的狀態時，那么對應的輸送效率也會比較高。經過工程應用發現，當主斜井帶式輸送機處于低效率工作狀態時，那么將造成嚴重的電能浪費。由此可以看出要想保證帶式輸送機具有較好的節能效果，必須將運量和運速調整到合適的狀態。因此，本研究設計出帶式輸送機的自動控制裝置，與此同時可以對應用效果進行評估驗證。

1 帶式輸送機功率跟蹤平衡策略

由于工程需要致使主斜井帶式輸送機功率以及相應的運量在逐漸增加，假如驅動方式選用單電機驅動時，那么將會電流與沖擊過大的問題，進而給輸送裝置帶來一定的損傷。因此，在工程上往往選用電機驅動。對于電機驅動帶式輸送機而言，經過工程實踐發現，涉及電機的各個環節往往出現一定問題，進而導致電機功率不平衡現象。

為了能夠更好地優化自動控制裝置的運行效果，進而需要優化多電機驅動帶來的不平衡問題，為此本研究設計主斜井帶式輸送機，表1表示相應的參數。

表1 帶式輸送機關鍵參數

從理論的角度進行分析發現，輸送機運行的速度以及運量的不匹配是導致功率不平衡的主要原因。普通的調速方式為扭矩控制和電流控制法，在選用該方法調速時，往往出現調速速度慢、穩定性差以及超調量大的問題，進而對帶式輸送機的安全性產生影響。

對于帶式輸送機的啟動方式而言，大多采用變頻啟動。而為了保證電機功率平衡，選用主從協調矢量控制方式。可以將多電機驅動帶式輸送機劃分為如下兩種：第一，主變頻器；第二，從變頻器。對于前者而言，其可以對主斜井帶式輸送機的速度進行控制，而對于后者而言，借助跟蹤技術，可以達到主從電機功率的平衡。主斜井帶式輸送機變頻器主從控制系統圖，如圖1所示。

圖1 變頻器主一從控制系統結構框圖

2 分析主斜井帶式輸送機自動控制裝置問題

主斜井帶式輸送機控制系統主要包括如下幾個單元：第一，高壓變頻器；第二，膠帶張緊裝置；第三，輸送帶在線監測裝置；第四，綜合保護系統；第五，振動監測儀；第六，高低壓配電系統等。表2表示各個系統配置對應的型號。

表2 帶式輸送機控制系統設備層

對于上述自動控制系統裝置而言，必須借助專用的自動控制裝置進行控制，從而可以大大提升帶式輸送機的自動化程度以及可靠性。為此該部分設計帶式輸送機自動控制裝置的硬件以及對應的軟件單元。

2.1 主斜井帶式輸送機自動控制裝置硬件設計

在主斜井帶式輸送機自動控制中，自動控制裝置顯得非常重要，其中，控制裝置的核心單元為PLC控制器。鑒于帶式輸送機工作環境的要求，并且對比PLC控制器的性能，型號為S7-300系列。主斜井帶式輸送機自動控制系統硬件，如圖2所示。

圖2 帶式輸送機自動控制裝置的硬件框圖

通過分析圖2可以看出，該自動控制裝置主要包括兩個大類：第一，PLC控制器；第二，各類設備。不同設備設置屬于自身的連接方式。如圖2所示，集中控制柜在與主斜井帶式輸送機進行聯機保護時，選用通訊與干接點的連接方法。而集中控制柜在與變頻控制裝置進行信息交互時，通常可以選用：通訊/接點/模擬量。集中控制柜在與設備盤式制動裝置進行信息交互時，通常可以選用：接點/模擬量。集中控制柜與自動張緊裝置進行信息交互時，通常可以選用：接點/模擬量。

2.2 主斜井帶式輸送機自動控制裝置軟件設計

通常將上述硬件裝置與工程現場進行配合，本部分借助軟件對主斜井帶式輸送機自動控制的各個動作進行控制，諸如如下幾個方面：第一，故障問題動作；第二，張緊動作；第三，制動動作；第四，啟動動作；第五，調速。該部分主要設計主斜井帶式輸送機自動控制裝置的啟動動作，以及設計功率平衡的程序流程。

2.2.1 主斜井帶式輸送機啟動程序控制

當工作人員開啟主斜井帶式輸送機之前，通常情況下，工作人員必須檢查整個系統運行情況，如下幾個方面：第一，綜合保護裝置單元；第二，變頻器單元；第三，制動裝置單元；第四，張緊裝置單元等。當設備能夠滿足啟動要求時，該系統可以依據設定的啟動曲線進行啟動，與此同時使用實時速度和預定速度之間的差值對變頻器實施控制，進而使得主斜井帶式輸送機達到設定的速度，最終實現啟動。

2.2.2 主斜井帶式輸送機功率平衡控制

當主斜井帶式輸送機處于工作狀態下，能夠監測不同變頻器的輸出電流。與此同時能夠依據主從變頻器的實時運量計算出實際變頻器的最佳運行功率，這樣既可對主斜井帶式輸送機電機功率平衡的控制。

3 主斜井帶式輸送機自動控制裝置的應用

為了能夠有效地驗證該控制系統在主斜井帶式輸送機的應用效果，筆者主要以節能效果作為參考對象。討論分組為帶式輸送機采用傳統控制方式、自動控制裝置，并且選擇不同的運量作為參考，表3表示對比結果。

表3 帶式輸送機自動控制裝置應用節能效果

通過分析表3可以看出，當使用傳統控制形式主斜井帶式輸送機運行的速度為4m/s，該速度與運量并無太大的關系。而當選用自動控制裝置時，設備的運行速度可以依據運量的不同進行調整。

4 結語

由于我國經濟的發展速度比較迅猛，因此對煤炭的需要也急劇增加，因此對煤礦生產能力提出了挑戰，由此可以看出傳統的帶式輸送機已不能滿足主斜井運輸工作。當前應用在主斜井的多電機帶式輸送機在功率與速度方面不匹配，從而導致浪費電能的現象，為此本研究通過分析多方面系統設計出新的自動控制硬件與軟件單元，該系統不僅可以滿足輸送機的輸送工作，而且保證運量與速度保持匹配的狀態。通過工程應用發現，該系統能夠滿足工程需要，大大節約電能，為企業帶來一定的經濟效益。