＊李錦龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤精通興旺煤業(yè)有限公司 山西 037007）

1.優(yōu)化策略分析

膠帶運(yùn)輸機(jī)在開啟瞬間會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊電流，其強(qiáng)度大約是額定電流的5～7倍，這樣不僅浪費(fèi)電能，同時(shí)還有可能燒毀電機(jī)。與此同時(shí)，膠帶張力也會(huì)隨著電機(jī)的開啟瞬間增大，這樣不僅會(huì)造成膠帶打滑，甚至情況嚴(yán)重者造成斷帶安全事故。作為電機(jī)常見開啟方式之一，軟啟動(dòng)可以對(duì)沖擊電流進(jìn)行有效降低。隨著煤礦開采效率的提高，膠帶運(yùn)輸機(jī)額定功率需求也在不斷增大。與此同時(shí)，單電機(jī)所需要的的啟動(dòng)功率也要隨之增大，并且電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)也極為困難。相比單電機(jī)驅(qū)動(dòng)而言，雖然多電機(jī)驅(qū)動(dòng)更適合現(xiàn)有膠帶運(yùn)輸機(jī)的使用，但是也存在明顯的缺點(diǎn)那就是驅(qū)動(dòng)功率無法保持平衡。目前絕大部分膠帶運(yùn)輸機(jī)工作模式落后、運(yùn)輸效率低下，因此可以通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速或者電機(jī)數(shù)量對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，經(jīng)過多方面分析研究，最終決定通過改變調(diào)速控制方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。相對(duì)而言，變頻調(diào)速具有如下四方面優(yōu)勢(shì)：其一可以確保設(shè)備軟啟動(dòng)功能的有效實(shí)現(xiàn)；其二可以在多電機(jī)啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)功率保持平衡；其三可以對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)控制；其四可以讓運(yùn)輸機(jī)更加節(jié)省電能。

2.變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)總體方案設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)的主要作用就是對(duì)膠帶運(yùn)輸工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，其中主要包含三個(gè)方面：第一方面對(duì)各種輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)；第二方面對(duì)獲取的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；第三方面對(duì)電機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行控制，最終確保膠帶運(yùn)輸機(jī)可以進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。通常來說膠帶運(yùn)輸機(jī)是由眾多多級(jí)膠帶機(jī)共同組成，以此為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)將DSR控制器作為系統(tǒng)控制中心，對(duì)電機(jī)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)結(jié)合傳感器反饋的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)從而達(dá)到最佳。其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 膠帶機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能控制原理圖

(2)硬件設(shè)計(jì)

①DSP選型。因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)運(yùn)算速度具有較高的要求，傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)無法滿足變頻調(diào)速控制系統(tǒng)需求，所以本次選擇TMS320F2812型號(hào)的DSP控制器。該控制器的技術(shù)核心就是靜態(tài)CMOS技術(shù)，其主頻最高可達(dá)150MHz，同時(shí)還配置了32位CPU處理器。這樣不僅讓控制器具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，同時(shí)還具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制能力。作為控制系統(tǒng)的核心組成，DSP控制器主要作用就是生成控制指令以及計(jì)算電機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)速。當(dāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，首先要對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行接受；然后對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理計(jì)算出電機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)速；其次將控制信號(hào)傳遞給變頻器，對(duì)電機(jī)輸入電壓的頻率和大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；最后通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來對(duì)膠帶輸送機(jī)的正常工作速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

②變頻器。變頻器作為電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的主要設(shè)備，因?yàn)楣ぷ鳁l件原因，對(duì)其防爆性能具有極高要求，因此本次選擇BPJI-47/660型號(hào)防爆變頻器。在膠帶運(yùn)輸機(jī)正常工作中，根據(jù)煤炭運(yùn)輸量以及實(shí)時(shí)電價(jià)，對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)電價(jià)相對(duì)較低時(shí)，可以通過DSP控制器讓膠帶運(yùn)輸機(jī)工作轉(zhuǎn)速提高，從而讓煤炭運(yùn)輸量增加；當(dāng)電價(jià)相對(duì)較高時(shí)，可以通過DSP控制器讓膠帶運(yùn)輸機(jī)工作轉(zhuǎn)速降低，從而讓煤炭運(yùn)輸量減少。

③膠帶秤。膠帶運(yùn)輸機(jī)可通過膠帶秤對(duì)其運(yùn)載載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境以及性能要求，所以將防爆型核子秤作為首選。該裝置使用參數(shù)如下所示：適用于物料運(yùn)輸寬度范圍在200～2000mm之間，輸送速度范圍在0～5m/s之間；平均工作時(shí)間超過1500h；電機(jī)正常工作溫度范圍在0～50℃之間；電機(jī)額定功率大約在250W；電源要求大約在50Hz，220V。

④煤倉料位計(jì)。膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速控制的主要因素之一就是煤炭?jī)?chǔ)存量，假如膠帶運(yùn)輸機(jī)煤炭運(yùn)載載荷相對(duì)較大很可能導(dǎo)致煤炭溢出煤倉；假如膠帶運(yùn)輸機(jī)煤炭運(yùn)載載荷相對(duì)較小很可能會(huì)對(duì)煤炭連續(xù)性運(yùn)輸產(chǎn)生影響，所以需要通過煤倉料位計(jì)對(duì)煤倉中煤炭?jī)?chǔ)存量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)工作環(huán)境以及性能要求，可以將超聲波料位計(jì)作為首選。該裝置使用參數(shù)如下所示：超聲波發(fā)射角度在50°左右；過程溫度范圍在-30～70℃之間；測(cè)量精度在10mm左右；輸入工作電流范圍在4～20mA之間。

⑤轉(zhuǎn)速傳感器。作為膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速控制的基礎(chǔ)，就是要對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)的工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行深入了解，所以需要對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)其實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。本次設(shè)計(jì)主要是通過磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該傳感器工作原理就是電磁感應(yīng)，然后通過傳感器將機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖電量。利用電磁感應(yīng)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)的正常工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行脈沖轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

⑥智能顯示及人機(jī)對(duì)話裝置。膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有完整的人機(jī)交互窗口，智能顯示及人機(jī)對(duì)話裝置不僅能對(duì)膠帶運(yùn)輸工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，同時(shí)還能對(duì)膠帶運(yùn)輸工作狀態(tài)進(jìn)行控制。該裝置使用參數(shù)如下所示：機(jī)箱采用新型IPC-810B型號(hào)；動(dòng)力電源采用PS-7270型號(hào)；安裝底板采用IPC-6113LP4型號(hào)；CPU處理器采用E5200型號(hào)；儲(chǔ)存硬盤內(nèi)存250G。

(3)軟件設(shè)計(jì)

①主程序。膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)試節(jié)能控制系統(tǒng)模塊主要由三部分組成：第一部分軟啟動(dòng)功能模塊；第二部分多電機(jī)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率保持平衡模塊以及第三部分變頻調(diào)速電能節(jié)能模塊。首先通過膠帶秤對(duì)煤炭運(yùn)輸載荷進(jìn)行檢測(cè)；其次將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳遞到DSP控制器，再和傳感器數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)其最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算；然后DSP控制器將計(jì)算的最優(yōu)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞給變頻器；最后通過變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使設(shè)備的節(jié)能控制得到有效實(shí)現(xiàn)。其控制流程如圖2所示。

圖2 主程序具體控制流程圖

②變頻調(diào)速程序。作為DSP控制器控制信號(hào)的接受程序，變頻調(diào)速程序通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，讓膠帶運(yùn)輸機(jī)達(dá)到最佳工作狀態(tài)，從而確保節(jié)能降耗的實(shí)現(xiàn)。其變頻調(diào)速控制流程如圖3所示。

圖3 變頻調(diào)速控制流程圖

③緊急情況處理程序。膠帶輸送機(jī)保持正常工作狀態(tài)，無論煤倉儲(chǔ)存量高于上限值，還是低于下限值，都會(huì)對(duì)膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此，為了避免溢倉、空倉的情況出現(xiàn)，特意新增了緊急情況處理程序，其控制流程如圖4所示。

圖4 緊急情況下的處理流程圖

④軟啟動(dòng)控制程序。軟啟動(dòng)控制程序的主要作用就是對(duì)啟動(dòng)電流沖擊進(jìn)行降低，由DSP控制機(jī)器發(fā)送控制信號(hào)，通過速度斜坡曲線對(duì)電機(jī)啟動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)整。其控制流程圖如圖5所示。

圖5 軟啟動(dòng)控制流程圖

3.應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

經(jīng)過半年的礦井運(yùn)行測(cè)試，膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，不僅讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，同時(shí)還讓軟啟動(dòng)以及節(jié)能降耗得到實(shí)現(xiàn)。根據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)人士分析，假如該系統(tǒng)正式投入使用，不僅可以給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可以為企業(yè)的快速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。