主斜井带式输送机自动控制系统的设计及应用分析

郭文波

（晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限责任公司，山西大同037042）

在煤矿运输行业中，主斜井带式输送机是主要的运输设备。为了能够满足机械设备运行的需要，在设计与生产的过程中，对机械部件与电气装置所能满足运量的情况下，将运量乘以相应的备用系数。

如果主斜井带式输送机处于运量最大的状态时，那么对应的输送效率也会比较高。经过工程应用发现，当主斜井带式输送机处于低效率工作状态时，那么将造成严重的电能浪费。由此可以看出要想保证带式输送机具有较好的节能效果，必须将运量和运速调整到合适的状态。因此，本研究设计出带式输送机的自动控制装置，与此同时可以对应用效果进行评估验证。

1 带式输送机功率跟踪平衡策略

由于工程需要致使主斜井带式输送机功率以及相应的运量在逐渐增加，假如驱动方式选用单电机驱动时，那么将会电流与冲击过大的问题，进而给输送装置带来一定的损伤。因此，在工程上往往选用电机驱动。对于电机驱动带式输送机而言，经过工程实践发现，涉及电机的各个环节往往出现一定问题，进而导致电机功率不平衡现象。

为了能够更好地优化自动控制装置的运行效果，进而需要优化多电机驱动带来的不平衡问题，为此本研究设计主斜井带式输送机，表1表示相应的参数。

表1 带式输送机关键参数

从理论的角度进行分析发现，输送机运行的速度以及运量的不匹配是导致功率不平衡的主要原因。普通的调速方式为扭矩控制和电流控制法，在选用该方法调速时，往往出现调速速度慢、稳定性差以及超调量大的问题，进而对带式输送机的安全性产生影响。

对于带式输送机的启动方式而言，大多采用变频启动。而为了保证电机功率平衡，选用主从协调矢量控制方式。可以将多电机驱动带式输送机划分为如下两种：第一，主变频器；第二，从变频器。对于前者而言，其可以对主斜井带式输送机的速度进行控制，而对于后者而言，借助跟踪技术，可以达到主从电机功率的平衡。主斜井带式输送机变频器主从控制系统图，如图1所示。

图1 变频器主一从控制系统结构框图

2 分析主斜井带式输送机自动控制装置问题

主斜井带式输送机控制系统主要包括如下几个单元：第一，高压变频器；第二，胶带张紧装置；第三，输送带在线监测装置；第四，综合保护系统；第五，振动监测仪；第六，高低压配电系统等。表2表示各个系统配置对应的型号。

表2 带式输送机控制系统设备层

对于上述自动控制系统装置而言，必须借助专用的自动控制装置进行控制，从而可以大大提升带式输送机的自动化程度以及可靠性。为此该部分设计带式输送机自动控制装置的硬件以及对应的软件单元。

2.1 主斜井带式输送机自动控制装置硬件设计

在主斜井带式输送机自动控制中，自动控制装置显得非常重要，其中，控制装置的核心单元为PLC控制器。鉴于带式输送机工作环境的要求，并且对比PLC控制器的性能，型号为S7-300系列。主斜井带式输送机自动控制系统硬件，如图2所示。

图2 带式输送机自动控制装置的硬件框图

通过分析图2可以看出，该自动控制装置主要包括两个大类：第一，PLC控制器；第二，各类设备。不同设备设置属于自身的连接方式。如图2所示，集中控制柜在与主斜井带式输送机进行联机保护时，选用通讯与干接点的连接方法。而集中控制柜在与变频控制装置进行信息交互时，通常可以选用：通讯/接点/模拟量。集中控制柜在与设备盘式制动装置进行信息交互时，通常可以选用：接点/模拟量。集中控制柜与自动张紧装置进行信息交互时，通常可以选用：接点/模拟量。

2.2 主斜井带式输送机自动控制装置软件设计

通常将上述硬件装置与工程现场进行配合，本部分借助软件对主斜井带式输送机自动控制的各个动作进行控制，诸如如下几个方面：第一，故障问题动作；第二，张紧动作；第三，制动动作；第四，启动动作；第五，调速。该部分主要设计主斜井带式输送机自动控制装置的启动动作，以及设计功率平衡的程序流程。

2.2.1 主斜井带式输送机启动程序控制

当工作人员开启主斜井带式输送机之前，通常情况下，工作人员必须检查整个系统运行情况，如下几个方面：第一，综合保护装置单元；第二，变频器单元；第三，制动装置单元；第四，张紧装置单元等。当设备能够满足启动要求时，该系统可以依据设定的启动曲线进行启动，与此同时使用实时速度和预定速度之间的差值对变频器实施控制，进而使得主斜井带式输送机达到设定的速度，最终实现启动。

2.2.2 主斜井带式输送机功率平衡控制

当主斜井带式输送机处于工作状态下，能够监测不同变频器的输出电流。与此同时能够依据主从变频器的实时运量计算出实际变频器的最佳运行功率，这样既可对主斜井带式输送机电机功率平衡的控制。

3 主斜井带式输送机自动控制装置的应用

为了能够有效地验证该控制系统在主斜井带式输送机的应用效果，笔者主要以节能效果作为参考对象。讨论分组为带式输送机采用传统控制方式、自动控制装置，并且选择不同的运量作为参考，表3表示对比结果。

表3 带式输送机自动控制装置应用节能效果

通过分析表3可以看出，当使用传统控制形式主斜井带式输送机运行的速度为4m/s，该速度与运量并无太大的关系。而当选用自动控制装置时，设备的运行速度可以依据运量的不同进行调整。

4 结语

由于我国经济的发展速度比较迅猛，因此对煤炭的需要也急剧增加，因此对煤矿生产能力提出了挑战，由此可以看出传统的带式输送机已不能满足主斜井运输工作。当前应用在主斜井的多电机带式输送机在功率与速度方面不匹配，从而导致浪费电能的现象，为此本研究通过分析多方面系统设计出新的自动控制硬件与软件单元，该系统不仅可以满足输送机的输送工作，而且保证运量与速度保持匹配的状态。通过工程应用发现，该系统能够满足工程需要，大大节约电能，为企业带来一定的经济效益。