程亮 馬一銘

【摘要】帶式輸送機(jī)是目前工業(yè)以及運(yùn)輸業(yè)發(fā)展中的重要設(shè)備，在連續(xù)性的物料運(yùn)輸中得到廣泛運(yùn)用。因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)具有建造成本低、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，在煤礦井下煤料運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用。但是長距離帶式輸送機(jī)功耗較高，為降低其功耗，特對皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，進(jìn)而進(jìn)行帶式輸送機(jī)多級驅(qū)動功率平衡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而使節(jié)能以及精準(zhǔn)控制皮帶速度得以實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】多電機(jī)驅(qū)動;帶式輸送機(jī);煤礦運(yùn)輸;功率平衡系統(tǒng);節(jié)能

在煤礦生產(chǎn)過程中，由帶式輸送機(jī)將煤料由井底運(yùn)輸至井上，但是在煤料開采期間，煤料位置與重點(diǎn)距離加強(qiáng)，若仍然使用兩個電機(jī)對皮帶運(yùn)動進(jìn)行驅(qū)動，必然會導(dǎo)致電機(jī)功耗的增加，增加皮帶張力，對于皮帶運(yùn)輸機(jī)的長期穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。為了使皮帶驅(qū)動裝置的驅(qū)動能力增強(qiáng)，多采用增加電機(jī)數(shù)量的方式增加驅(qū)動力，進(jìn)而使皮帶張力降低，但是多了電機(jī)運(yùn)作會使運(yùn)輸系統(tǒng)變得復(fù)雜。本次研究特對多電機(jī)驅(qū)動的帶式運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行分析，進(jìn)而即西寧功率平衡控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。

一、多機(jī)驅(qū)動的帶式運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)

（一）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

多電機(jī)驅(qū)動能力的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含驅(qū)動裝置、皮帶、托輥以及換向滾筒等，在皮帶的運(yùn)行過程中，為皮帶提供摩擦牽引力的是驅(qū)動裝置，一般會在驅(qū)動滾筒外面包裹具有高摩擦因數(shù)的彈性材料，增加驅(qū)動裝置與皮帶之間的摩擦力。皮帶是承載負(fù)荷的主要裝置，增設(shè)滾筒裝置在皮帶下方，從而為皮帶提供支撐力，使皮帶運(yùn)輸物料的能力增強(qiáng)，然后由換向裝置提升皮帶的拉進(jìn)性能，保持皮帶的平穩(wěn)運(yùn)行得到保持。

（二）電氣連接

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)現(xiàn)，對于帶式輸送機(jī)的發(fā)展也提出更好標(biāo)準(zhǔn)的要求，提升電機(jī)之間驅(qū)動的配合性能在多電機(jī)驅(qū)動的帶式輸送機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中非常關(guān)鍵，可有效提高能源李永利，節(jié)約成本。皮帶輸送機(jī)的控制策略以及控制方式均得到良好發(fā)展，從而使皮帶輸送機(jī)的工作性能得到明顯提高，使多個電機(jī)之間的匹配輸出得以實(shí)現(xiàn)，因其控制變量不同可范圍三種情況。

1.轉(zhuǎn)速-電流平衡策略，對電流信息以及電機(jī)轉(zhuǎn)速信息進(jìn)行采集，然后根據(jù)數(shù)據(jù)采集情況對各個電機(jī)的輸出功率進(jìn)行分析，合理調(diào)整各電機(jī)輸出功率。

2.電流控制平衡策略，采集驅(qū)動電機(jī)電流利用電流變送器進(jìn)行，比較多個電機(jī)的電流值，然后根據(jù)比較結(jié)果對各個電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整，從而保證電機(jī)的協(xié)調(diào)工作。

3.轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩平衡策略，不同功率輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行中存在差異，可以通過該特性對電機(jī)功率進(jìn)行合理調(diào)整，進(jìn)而使多電機(jī)功率平衡得以實(shí)現(xiàn)。

本次研究中認(rèn)為，選擇電流控制功率平衡策略進(jìn)行各電機(jī)功率平衡電機(jī)輸入電壓的頻率采用變頻器進(jìn)行調(diào)整，然后對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而達(dá)到協(xié)調(diào)各個電機(jī)輸出功率的目的，平衡各電機(jī)功率。

（三）功率平衡控制問題分析

隨著皮帶距離的加長，在皮帶輸送系統(tǒng)中將會引入更多的電機(jī)，這也使得皮帶輸送向長距離、高速度的方向發(fā)展。可以將電機(jī)控制系統(tǒng)看做多電機(jī)驅(qū)動的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)，除了電機(jī)轉(zhuǎn)速會影響電機(jī)輸出功率外，電機(jī)機(jī)械功率、滾筒包圍角、直徑以及皮帶張力等因素影響。為了使功率平衡系統(tǒng)控制的難度降低，在進(jìn)行電機(jī)選擇時應(yīng)當(dāng)選擇永登機(jī)械特性、同一型號的電機(jī)。在各個電機(jī)機(jī)械效率想用的情況下，對電流變送器采集電流進(jìn)行分析，然后根據(jù)電流數(shù)據(jù)蔡姐結(jié)果，采用變頻器對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使功率平衡控制得以實(shí)現(xiàn)。

二、對系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行控制

（一）對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制

本次研究為試驗(yàn)多電機(jī)皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)功率平衡，特對多機(jī)驅(qū)動功率平衡控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有電管隔離模板、變頻器以及相對應(yīng)的電機(jī)組成電機(jī)控制部分，為了使控制系統(tǒng)的人機(jī)交互性增加，特在該系統(tǒng)中增加顯示模塊。在進(jìn)行功率平衡系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電機(jī)電流的采集有電流變送器完成，并將采集的電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，讓其在PLC的輸入端口輸入，PLC會對數(shù)字量進(jìn)行邏輯分析，從而對電機(jī)的輸出率進(jìn)行判斷，然后控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)整輸出頻率進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率平衡。

（二）設(shè)計(jì)變頻電路

本次研究中選取芯片為STM32f103C芯片作為變頻器的主控芯片，可以最大可能的是變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能要求得到滿足。選擇RS-485通訊方式作為主控芯片與運(yùn)城電腦監(jiān)測系統(tǒng)之間的通訊方式，從而使長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟮玫綕M足。整流電路和你變電路主要構(gòu)成變頻器中的主要電路，變頻器的你變電路開關(guān)有主控芯片通過PWM波形進(jìn)行控制，進(jìn)而對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，對于電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速有主控制器對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，電機(jī)電流采用矢量計(jì)算的方式進(jìn)行，從而獲得與負(fù)載相匹配的電流值，從而使電機(jī)工作在效率最優(yōu)的狀態(tài)下進(jìn)行工作。

電流的變動在變頻器的工作環(huán)境中比較明顯，會產(chǎn)生大量的電磁干擾在電路中，從而影響主控制器產(chǎn)生PWM波，引入光電隔離單元可以更好的改善電壓波形，降低諧波對電路的干擾。系統(tǒng)中引入PID控制策略，從而有效降低皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的功耗，使帶式輸送機(jī)的多級功率平衡得以實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，本次研究對三種功率平衡控制方法的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并且選擇電流公職功率表平衡策略進(jìn)行進(jìn)一步分析，認(rèn)為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速、電機(jī)機(jī)械效率以及電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速為電機(jī)輸出功率的調(diào)節(jié)參數(shù)，在保證電機(jī)機(jī)械效率相同的前提下，進(jìn)行功率平衡控制策略研究。在控制系統(tǒng)中搭配變頻電路以及硬件結(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)的控制精度進(jìn)一步提高。

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