矿用带式输送机传输控制系统的优化研究.pdf

引言 带式输送机作为目前应用最为广泛的散料输送 设备， 具结构简单、 经济性好、 稳定性高的优势， 对确 保煤矿上的物料输送起着至关重要的作用。随着煤 矿综采效率的不断提升，为了满足带式输送高带速 大倾角的物料运输需求，目前一般均采用大功率电 机驱动控制模式，虽然极大地提升了输送机的物料 运输能力，但实际工作过程中发现由于采用了大功 率电机驱动控制模式且输送机在运行过程中的不稳 定因素较多，导致带式输送机在运行过程中存在较 大的功率波动，给输送机的运行安全和稳定性造成 了严重的影响[1]。因此本文提出了一种新的矿用带 式输送机传输控制系统，对大功率电机驱动进行功 率平稳控制，利用变频调速控制及工业以太网数据 传输系统实现了对变频调速控制信号的交叉耦合补 偿，在确定驱动电机功率输出和驱动频率变化关系 的基础上实现了对输送机运行过程中大功率电机运 行功率的平稳控制， 满足了功率平稳性的运行需求。 1带式输送机传输控制方案 以 DT11 AB1200 型带式输送传输控制系统为 改造对像，其带宽为 1 200 mm 上托辊组为 椎134 mm463 mm， 下托辊组为 椎134 mm1 400 mm， 头 滚筒为 椎800 mm1 400 mm， 尾滚筒为 椎630 mm 1 400 mm， 为确保其运行时的稳定性， 对其控制系统 进行了改造，优化后的传输控制系统整体结构如图 1 所示。 由图 1 可知，该传输控制系统主要包括了监控 层、控制层和执行层，执行层为传输控制系统的核 心， 为了确保对电机功率平稳输出的实际控制效果， 变频驱动控制器和驱动电机采用了一拖一的控制模 式，对变频控制器的控制主要通过集控 PLC 控制中 心进行。监控层和控制层主要是对输送机运行过程 中各驱动电机的工作状态进行监测，判定出其实际 工作状态， 计算出电机的功率不平稳因数， 将分析结 果传输给集控 PLC 控制中心，作为对变频器控制调 节的基础[2]。 考虑到煤矿上工作环境较为恶劣，同时基于经 济性的原因， 根据实际情况， 该传输控制系统的整体 电气控制部分采用了 PROFIBUS 工业以太网数据传 输系统， 用于各个通讯模块之间的数据传输和通信， 其具有传输速度快、 抗干扰性能好的优点， 可以确保 传输控制系统的信号传输稳定性。 2功率平稳控制原理 带式输送机在运行过程中由于受到驱动电机功 率输出不稳定、 输送带粘弹性力、 输送带和驱动滚筒 之间的摩擦力等的影响，导致了整个输送机系统在 运行过程中对输送机的运行状态和不平稳性的监控 较为困难，传统的控制方案无法实现对电机功率不 矿用带式输送机传输控制系统的优化研究 姜宝 （大同煤矿集团有限责任公司永定庄煤业公司， 山西大同037003） 摘要 针对带式输送机启动时的功率波动大、 稳定性差、 电能消耗大的问题， 提出了一种新的矿用带式输送机 传输控制系统。该系统利用变频调速控制及工业以太网数据传输系统实现了对变频调速控制信号的交叉耦合 补偿。根据分析表明， 该输送机传输控制系统能够实现对驱动电机功率的平稳控制， 具有稳定性高、 可靠性好的 优势， 极大地提升了带式输送机运行的稳定性和经济性。 关键词 带式输送机传输控制功率平稳变频调速 中图分类号 TD528.1文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0245-02 收稿日期 2020-03-08 作者简介 姜宝 （1984） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学安 全工程专业， 助理工程师， 从事煤炭储运的技术和管理工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.105 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 图 1带式输送机传输控制系统结构示意图 工控机 主控 PLC 工业以太网 监控层 控制层 网络服务器 井下 1 号机 头集控 PLC 执行层 井下机头集 控 PLC ET200M 模块 测量 元件 执行 机构 被控对象 变频器 电动机 自动化技术与设计 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 平稳量的准确评估和调整。在该控制系统中引入了 带有预测功能的模糊控制器，该模糊控制器采用了 模糊控制原理，能够实现对输送机运行过程中非线 性变化参数的模糊跟踪控制，获取不平稳量数据信 息后对电机的不平稳性进行判断并输出对应的频率 补偿控制信号， 结合实际控制电流频率， 实现了驱动 电机的联合控制，最终控制各电机输出相对平稳的 控制功率，满足输送机传输控制系统工作稳定性的 需求。 如图 2 所示为传输系统功率平稳控制原理图。 3带式输送机启动方式优化研究 带式输送机系统在运行过程中经常会出现重载 启动的工况，在重载情况下带式启动机按传统启动 方式将导致出现极大的震动和冲击，给输送机的机 架及驱动电机造成了巨大的冲击，严重影响了带式 输送机的运行安全， 因此本文提出了一种新的近 “S” 形的带式输送机启动特性曲线，该曲线整体结构如 图 3 所示。 由图 3 可知， 该近 “S” 形的带式输送机启动特性 曲线包括了 0t0的匀加速阶段、 t0 t 1的恒速阶段及 t1 t 2的变加速阶段。在启动的过程中首先采用匀加 速的方式将输送机的运行速度提升至额定运行速度 的 19， 然后停止加速， 让输送带的整个区间范围内 的输送机均实现匀速运行， 实现输送带的张紧， 最后 再以抛物线形的加速度曲线实现输送机的快速启动 和平稳运行。该启动特性曲线既确保了输送机快速 启动的控制需求，又能够满足输送机在不同工况下 柔性启动的安全性需求，能够显著提升输送机系统 的运行稳定性和安全性[3-4]。 4结论 1） 该传输控制系统主要包括了监控层、 控制层 和执行层，变频驱动控制器和驱动电机采用了一拖 一的控制模式，电气控制部分采用了 PROFIBUS 工 业以太网数据传输系统， 能够满足对驱动电机稳定、 准确的控制需求； 2） 控制系统采用了带有预测功能的模糊控制器， 利用了模糊控制原理，能够实现对输送机运行过程 中非线性变化参数的模糊跟踪控制； 3） 近 “S” 形的带式输送机启动特性曲线， 确保了 输送机快速启动的控制需求，又能够满足输送机在 不同工况下柔性启动的安全性需求，能够显著提升 输送机系统的运行稳定性和安全性。 参考文献 [1]孙伟， 王慧， 杨海群.带式输送机变频调速节能控制系统研究 [J].工矿自动化， 2013， 39 （4） 98-101. [2]王浩然， 于文， 尉涛.带式输送机智能调速系统的应用[J].煤矿 机电， 2016 （3） 73-76． [3]任中全， 王淼.带式输送机节能调速控制系统设计[J].煤炭技 术， 2016， 35 （5） 245-246． [4]曾飞， 吴青， 初秀民， 等.基于 FPGA 的带式输送机物料流视觉检 测系统[J].物流技术， 2013， 32 （7） 411-415． （编辑 贾娟） 图 2传输系统功率平稳控制原理 图 3带式输送机近 “S” 形启动特性曲线 理想转速 曲线 频率 补偿 调节 频率 驱动电机 功率平衡驱动 带有 预测 功能 的模 糊控 制器 带 式 输 送 机 控 制 系 统 速度 加速度 0t0t1t2 时间， t/s Study on Optimization of Transmission Control System of Mine Belt Conveyor Jiang Bao （Yongdingzhuang Coal Company of Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong Shanxi 037003） Abstract Aiming at the problems of large power fluctuation, poor stability and large power consumption when belt conveyor starts, a new transmission control system of mine belt conveyor is proposed. The system realizes the cross-couplingcompensationofthefrequency-conversionspeed-regulatingcontrolsignalbyusingthe frequency-conversion speed-regulating control system and the industrial Ethernet data transmission system.According to the analysis, the transmission control system of the conveyor can realize the work of driving motor rate stable control, has the advantages of high stability and good reliability, which greatly improves the stability and economy of belt conveyor operation. Key words belt conveyor; transmission control; stable power; variable frequency speed regulation 246