井下胶带输送机自适应控制系统的设计.pdf

第 4期 2 0 1 i年 4月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 4 Ap r ． 2 01 1 文章 编 号 1 6 7 1 ～2 5 1 X 2 0 1 1 0 4 0 0 9 4 0 3 井下胶带输送机自适应控制系统的设计 1 ． 太原理工大学机械工程学院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿 ，山西 长治0 4 6 0 3 1 摘要 针对王庄煤矿胶带输送机 系统存在胶带输送机无煤空转的问题， 提 出了一种井下胶带输送机 自适 应控制 系统的设计方案。该系统 由 P L C采集本级和前级胶 带输送机 4台驱动电动机的负载 电流信号， 经控 制软件处理， 动态预测 出胶 带输送机的负荷 大小， 然后根据 负荷大小输 出控制频率信 号， 控制变频器以相应 的频率驱动胶带输送机， 使胶带输送机 以最佳速度运行。试验结果表明， 该系统明显减少 了胶带输送机的空 载 损耗 ， 节省 了电能 。 关 键词 矿 井 ； 胶 带输送机 ；自适 应控 制 ；P L C；变频 器 中图分类号 TD 6 1 1 ． 5 文献标识码 B De s i g n o f Ad a p t i v e Co n t r o l S ys t e m o f Be l t Co nv e y o r o f Co a l M i n e Un de r gr ou n d W ANG J i n f 1． C o l l e g e o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g o f Ta i y u a n Un i v e r s i t y 6 f Te c h n o l o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，Ch i n a 2 ． W a n g z h u a n g Co a l Mi n e o f S h a n x i Lu a n En v i r o n me n t f r i e n d l y En e r g y De v e l o p me n t Co r p o r a t i o n， Ch a n g z h i 0 4 6 0 3 1 ，Ch i n a 收稿 日期 2 0 1 I O l 一2 1 作者简 介 王瑾 1 9 7 4 一 ， 女 ， 山西长治人 ， 工程师 ， 硕士研究生， 研究 方向为煤矿机械工程。E - ma i l wu j u n h p u ． e d u ． c n 在收发登记界面中可实现货物的收发登记， 并 可通过 I n t e r n e t 进行数据录入、 编辑 、 修改和删除的 操作 ， 实时更新后 台数据库 。 4 结语 设计 的基 于 AS P ． NE T 的选 煤厂 生产管理系 统可通过 网络对数据进行录入 、 编辑 、 修改 、 删除操 作 ， 客户端只需一台浏览器 即可访问数据 ， 且界面友 好 ， 易于操作 ， 具有优 良的可维护性。该系统对后期 的实际开发具有一定 的参考价值 ， 同时也有一定的 使用价值 ， 并且可以在实际利用中不断完善和加强 该系统的功能， 以满足各种选煤厂的实际应用需求 。 参考文献 [1 ] [2 ] P LC S S L G M ． 0r l i c k y S M a t e r i a l Re q u i r e me n t s P l a n n i n g E M] ． Ne w Y o r k Mc Gr a w - Hi l l C o mp a n i e s ， 1 99 5． ANDRE AS D， ALF K． B e y o n d M a n u f a c t u r i n g [3] [4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] [9 ] [ 1 O 3 Re s o ur c e Pl a n ni ngM RPI I Adv a nc e d M o de l s a nd Me t h o d s f o r Pr o d u c t i o n Pl a n n i n g r M ] ．Ne w Yo r k Sp r i ng e r， 19 9 8． 朱吉． 基 于 AS P ． NE T的仓储管理信息系统的设计与 实现[ D] ． 武汉 华 中科技大学 ， 2 0 0 7 ． 钱志森． 基 于 B ／ S的矿 山企业 设备 管 理信 息系 统 的 研究与开发[ D ] ． 赣州 江西理工大学， 2 0 0 8 ． 郭斌 ， 银华 强． V i s u a l B a 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wa s f o r e c a s t e d d y n a mi c a l l y a f t e r t h e s i g n a l s a r e p r o c e s s e d b y c o n t r o l s o f t wa r e ， t h e n c o n t r o l f r e q u e n c y s i g n a l i s o u t p u t a c c o r d i n g t o t h e l o a d ， wh i c h c o n t r o l s f r e q u e n c y c o n v e r t e r t o d r i v e b e l t c o n v e y o r wi t h c o r r e s p o n d i n g f r e q u e n c y ， S O a s t o ma k e b e l t c onv e yo r r un wi t h t he be s t s p e e d．The t e s t r e s ul t s h owe d t ha t t he s y s t e m c a n r e duc e no l o a d l o s s o f be l t c o n v e y o r o b v i o u s l y a n d s a v e e l e c t r i c e n e r g y ． Ke y wo r d s mi n e ，b e l t c o n v e y o r ，a d a p t i v e c o n t r o l ，PL C，f r e q u e n c y c o n v e r t e r O 引言 随着综采工作面放顶煤技术 的 日趋成熟 ， 工作 面生产期间的煤炭运量剧增 ， 而且井下工作 面的布 置已趋于井田边界 ， 使得胶带运输线不断延长 ， 胶带 输送机数量逐年增加。传统的胶带输送机控制方式 无法掌握胶带线上煤量 的变化情况， 常出现胶带输 送机无煤空转现象 ， 造成电力浪费和设备磨损 。 山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿 使用宽度为 1 2 0 0 mm 的钢丝绳 芯胶 带输 送机 ， 安 设长度已达到 1 9 8 0 m， 但 井下仅部分胶带输送机 实现 了软启动和软停车功能。同时 ， 胶带输送 机在 启动时会出现底托辊飞出、 减速器齿轮打齿 、 对轴连 轴器打坏 、 小磨轴滚键及键槽损坏等现象 ； 胶带运输 系统在启动时会对电网的压降和其它设备造成很大 影响， 如开关跳闸、 设备停机 。针对 以上问题 ， 王庄 煤矿进行了井下胶带输送机控制系统 的改造 ， 设计 了一种井下胶带输送机 自适应控制系统。 1 系统设 计 1 ． 1硬 件 结 构 井下胶带输送机 自适应控制系统 由变频器 、 控 制装置、 负载电流检测和执行 电动机组成 ， 如图 1所 示 。其 中变频器由隔爆壳主腔、 隔爆接线腔 、 本质安 全型控制腔、 变频调速控制系统 、 程序参数控制器等 组成 ； 控制装置 由 P L C、 AD转换器及 D A转换器等 组成 ； 负载 电流信号来 源于驱动胶带输送机 的变频 器电流反馈信号_ 1 ] 。具体的硬件配置 1 控制装 置 F X2 N 一3 0 MT、 F X 2 N 一 4 AD 以 及 FX2 N 一 4 DA。 2 变频器 4台 Z J T一 3 0隔爆兼本质安全型 变频调速装置 ， 主要用 于驱动控制本级 和前级胶带 输送机的 4台交流 电动机 ， 实现电动机的软启动和 软停车功能 。 耐 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ‘ 曼 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ． ． 图 1 井下胶带输送机 自适应控制系统硬件结构 3 4台交流异步电动机 4 2 0 0 k w。 井 下胶 带输 送 机 自适 应控 制 系统 主 要是 由 P L C通过 AD转换器集 中采集 本级 和前 级胶带输 送机 4台驱动电动机的负载 电流信号， 经控 制软件 处理 ， 动态预测出胶带输送机的负荷大小 ， 然后根据 该负荷大小 由 DA转换器输 出控制频率信号 ， 控制 变频器 以相应的频率驱动胶带输送 机， 使胶带输送 机 总是 以最 佳速度 运行 。 该系统的主要性能指标 1 胶带的带速范围 0 ． 5 ～3 ． 5 m／ s ； 2 负载变化范 围 0 ～1 0 6 k g ／ m； 3 负载变化反应时间常数 1 O s ～1 rai n ； 4 负载 预测精 度 1 O ； 5 交流 异步 电动机输 入 电压 6 6 0 ／ 1 1 4 0 V； 6 输 出 机 械 功 率 3 8 02 k w； 7 调速分辨率 1 ／ 2 5 6 。 1 ． 2软件 设计 井下胶带输送机 自适应控制系统的控制功能主 要由 P L C实现， 其软件 由 P L C梯形图实现 ， 主要包 括显示刷新、 负载信号采集、 控制运算及控制输 出等 9 6 工矿 自动化 2 0 1 1年 4月 部分 。图 2为 P L C控制程序流程 。 图 2 P L C控制程序流程 控制装置具有 自诊断 AD转换器及 DA转换器 工作 状态 的功 能 。当 AD转换 器及 DA转 换 器 出现 故障时 ， P L C控制显示仪表显示故 障。Z J T系列变 频器运行有就地手动和远程控制 2种方式， 2种方 式的切换 由内部参数设 置决定 ； 变频器具 有故 障 自 诊断功能[ 3 ] ， 能实时将故障信号传输给控制装置， 当 系统出现故 障时 ， 变频器将故障信号传输给 P L C， P L C则输出故障报警信号以及停车信号[ 4 ] 。 2 现场 试验 井下胶带输送机 自适应控制系统投入运行前 ， 在王庄煤矿 7 4 0 ／ 1号 、 7 4 0 ／ 2号胶带输送 机进行 了 现场 工业 性 试验 。 7 4 0 ／ 1 号胶带输送机基本参数 胶带输送机 型 号为 S T J 一 1 2 0 0 2 2 0 0 ， 驱动 电动机 为 2 2 0 0 k W 双机驱动 ， 电动机电压等级为 6 6 0 V， 坡度为1 5 。 ， 最大运煤量为 1 2 0 0 t ／ h ， 工频带速为 3 ． 1 5 m／ s ， 胶 带长度为 4 7 0 m， 胶带带宽为 1 2 0 0 mm， 电动机型 号 为 YB S S 一2 0 0 ， 额定 电流 为 2 1 3 A， 减速器 型号 为 QF 一4 O O ， 电动机冷却方式为防爆水冷式 。 7 4 0 ／ 2号胶 带输送机基本参数 胶带输送机型 号 为 S T J 一1 2 0 02 2 0 0 ， 驱动 电动机 为 2 2 0 0 k W 双机驱动 ， 电动机电压等级为 6 6 0 V， 坡度为 2。 ， 最大运煤量为 1 2 0 0 t ／ h ， 工频带速为 3 ． 1 5 m／ s ， 胶 带长度为 1 2 0 0 m， 胶带带宽为 1 2 0 0 mm， 电动机型 号 为YB S S 一2 0 0 ， 额定电流为1 2 3 A， 减速器型号为 1 6 J S ， 电动机冷却方式为防爆水冷式。 试验的主要 内容 1 电动机 的定子电流 与负 载的关 系； 2 电动机 的转速与控制频率 的关系 ； 3 控制系统运行的稳定性 。试验 3 主要是根据 试验 1 和试验 2 的结果以及试验系统的实际情况 设置好变频器及 P L C系统参数。运行整个控制系 统 ， 实现胶带输送机 的软启动及软停车等基本控制 功能； 集中采集 7 4 0 ／ 1号 、 7 4 0 ／ 2号胶带输送机 的变 频器电流信号 ， 判断胶带输送机 的负载变化 ， 通过运 算 控 制实 时调 整 7 4 0 ／ 1号胶 带 输送 机 的 速度 ， 实 现 胶带输送机的变频调速运行； 记录在整个系统 的控 制过程 中系统从接收电流反馈信号到输出控制信号 的时间常数及从控制信号输出到整个系统按照调整 的速度稳定运行所需 的时间常数 ， 从 而判断整个 系 统的控制灵敏度及精确度。 试验结果表 明， 该系统能够明显改善胶带输送 机运输系统的各项参数。例如当负载变大时， 胶带 输送机很快加速运行 ， 达到期望的速度后稳定运行 ； 当负载变小时 ， 胶带输送机很快减速 ， 达到期望的速 度后稳定运行 ； 空载 时胶 带输送 机 以最低 转速 运 行[ 5 ] 。该系统明显减少 了胶带输送机 的空载损耗 ， 节 省 了电能 。 3结语 井下胶带输送机 自适应控制系统在王庄煤矿得 到了较好的应用 。实际应用表 明， 该系统实现了胶 带输送机根据负载的大小进行 实时变频调速 的功 能， 使胶带输送机以最佳负荷状态运行， 提高了该煤 矿 的 自动化 水平 。 参考文献 E 1 ] 闷涵萍 ， 韩延 国． 矿用变频 调速技术 的研 究与应用 E J ] ． 西 山科技 ， 2 0 0 2 6 1 5 - 1 7 ， 2 2 ． E 2 ] 万太福 ， 唐 贤勇． 可编程序控制器及 其应 用E M] ． 重 庆 重庆大学出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] 王志奎， 朱清慧． 可编程控制器和交流变频器在开环、 闭环调速系统 中的应用 [ J ] ． 现 代电子 技术 ， 2 0 0 2 7 2 8- 3 0． [ 4 1 张攀峰 ， 张开生 ， 郭 国法． 基于 P L C控制的皮带输送机 系统 的应用 [ J ] ． 微 计 算机 信 息 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