带式输送机顺煤流启动的智能控制技术

张贵升

(晋能控股煤业集团燕子山矿)

带式输送机是一种依靠驱动滚筒和输送带之间的摩擦力来控制输送带运行的机械设备，具有结构简单、布置灵活、稳定性好的优点。随着多级带式输送机系统的不断投入应用，输送机系统在运行过程中的稳定性和能耗越来越受到关注。目前多数输送机系统在运行时，下级输送机的启动是按照逆煤流的方式逐级启动，虽然能够确保输送过程中物料的安全性，但输送机无效运行时间长、能耗大、磨损严重，而且各输送机系统在运行过程中的带速均保持恒定，无法根据输送带上的物料分布情况灵活调整，严重影响了物料输送的经济性和输送机的使用寿命[1]。因此本研究提出了一种新的带式输送机顺煤流启动的智能控制技术，该控制系统能够实现多级输送机的顺煤流启动，同时能够根据输送带上的物料分布情况自动调整输送机的运行带速，进而实现对输送机运行的节能控制。

1 带式输送机顺煤流启动控制原理

现有的输送机控制系统在运量低于标准值的情况下，仍然采用恒带速运行及逆煤流启动，导致电能浪费严重、输送带磨损严重，本研究提出了带式输送机顺煤流启动控制系统，该系统以运量检测、带速检测及变频调速控制为核心，整体控制结构[2]见图1。

图1 顺煤流启动控制逻辑结构

由图1可知，该系统的控制核心为PLC控制单元，在PLC控制单元内输入运量与带速的匹配模型，运量检测装置采用了激光扫描法，通过对煤炭堆积体积的分析，获取煤炭堆积值，然后将此信号传输给PLC控制中心，通过运量和带速匹配模型，获取相匹配的最佳带速。同时在输送带的下侧设置有机械编码器，用于对输送带运行时的带速进行监测，通过闭环反馈系统对实际带速和理论带速差值进行对比，获取修正值，满足精确调控需求。在进行多级输送机配合运行时，首先对上一级输送带的运行带速进行监测，然后根据其长度确定物料的输送距离，计算出下级带式输送机的最佳启动带速，实现煤炭在该级输送带上的满载运行，提升输送机的运行经济性，同时自动调整输送带的运行速度，实现“煤多快速，煤少慢速”地经济运行。

2 带式输送机软启动控制方案

为了满足输送机的顺煤流控制，需要带式输送机具有较高的反应速度和快速启动能力。此时，输送机启动速度越快，振动冲击就越大，极大地影响了输送机的安全性和使用寿命。为了在确保使用安全情况下提升输送机的启动速度，提出了采用变频软启动控制的方案，对等加速度启动、等三角形启动、正弦启动及抛物线启动这4种方案进行对比分析，结果见图2。

由图2的实际对比分析结果可知，当采用等加速度控制方案时，整个启动时间最长，而且在启动初期会给输送机系统一个显著的冲击，直接影响输送机系统的启动稳定性，也无法满足快速启动的需求。当采用抛物线型启动方案和正弦启动方案时，二者的启动时间差异性不大，但加速度变化率大，会对输送机系统的启动稳定性产生影响，无法满足低冲击启动的要求。等三角形启动方案[3]则具有启动速度快、启动冲击特性小的优点，能够满足对输送机系统快速启动和平稳启动的要求。

图2 不同启动方式启动特性对比

3 顺煤流启动控制系统

由于传统逆煤流启动方案会增加输送带的空载运行时间，导致影响节能和输送带的实际使用寿命，因此，提出了顺煤流启动方案。假设输送机系统的1号带式输送机的稳定带速为v，输送机按照等三角形启动方案的启动时间为ts，则1号输送机的长度L1应确保大于vts，而且2号输送机的延时启动时间t2=L1/v-ts；同理，当2号输送机运行稳定后，3号带式输送机的延时启动时间t3=(L1+L2)/v-ts，其中L2表示2号带式输送机的长度。以此类推，t2+t3+....tn即为输送机系统的稳定运行时间。为了确保实际使用过程中的安全性，若达到延时时间后输送机系统未正常启动，则会紧急控制上游输送机停止运行，满足输送机系统运行稳定性的需求，顺煤流输送系统控制界面[4]见图3。

图3 输送机顺煤流启动控制系统

根据实际应用表明，采用该顺煤流控制系统后极大地提升了输送机系统的运行稳定性和经济性，输送机运行时的耗电量降低6.3%，1 d可节约空载运行时间0.96 h，提升了煤矿运输效率，降低了输送带磨损等。

4 结 论

(1)带式输送机顺煤流启动的智能控制技术，其以运量检测、带速检测及变频调速控制为核心，能够实现“煤多快速，煤少慢速”地经济运行。

(2)等三角形启动方案具有启动速度快、启动冲击特性小的优点，能够满足对输送机系统快速启动和平稳启动的要求。

(3)顺煤流控制系统能够显著地提升输送机系统的运行稳定性和经济性，输送机运行时的耗电量降低6.3%，1 d可节约空载运行时间0.96 h，对提升煤矿运输效率，降低输送带磨损等具有十分重要的意义。