矿用带式输送机变频自动张紧系统设计与应用

矿用带式输送机变频自动张紧系统设计与应用

范龙辉

陕西韩城矿业王峰煤矿有限责任公司 陕西省韩城市 715400

摘要：目前，我国对矿产资源的需求不断增加，矿山开采越来越多。目前，在我国的煤矿产业建设中，变频器主要应用在煤矿机电设备构成中，且大部分的煤矿生产时，皮带机的拖动和运行，均要依赖工频自动调控来完成。因此，本文首先分析整体设计，其次探讨自动张紧装置的主要结构件设计，最后就变频自动张紧装置实践应用分析，旨在借此为相关人员提供参考。

关键词：煤矿带式输送机；多电机智能控制系统；多机变频控制

引言

煤矿工作面中利用采煤机开采得到的煤炭资源通常需要通过带式输送机进行运输，而工作面需要不断向前推进，因此使用的带式输送机通常为可伸缩式的设备，能够根据工作面推进距离对其实际工作长度进行调整。带式输送机对长度进行调整时，涉及胶带张紧问题，所以张紧装置是可伸缩式带式输送机的重要构成部分，其运行性能直接影响设备运行的可靠性。

1整体设计

为实现煤矿带式输送机多电机智能驱动，设计了一种多机智能变频控制系统，该系统整体设计架构包括调度层和控制层两层结构。调度层皮带机控制上位机系统，它能够实时显示设备的运行状态、故障信息以及设置的参数信息，并且可以实现远程启停、远程监测等功能。这些功能可以让操作人员更加方便地掌握设备的运行情况，及时处理设备故障和异常情况，提高设备的可靠性和运行效率。调度层利用TCP/IP的通信方式，实现了系统的数据与指令传输，确保系统实时性。在核心控制器与两变频器之间，通过CAN总线通信来实现对它们的控制和数据传输，进而实现控制信息的高速传输和实时性，从而保证带式输送机的稳定性和安全性。核心控制器根据皮带负载的变化实时调整带速，避免出现空载或者超载现象，实现带式输送机的最优节能利用。该智能控制方式可显著降低设备运行过程中的能耗，减少企业的生产成本，提高企业的经济效益。

2自动张紧装置的主要结构件设计

2.1硬件设计

煤矿皮带机多电机驱动智能控制系统中变频器与控制器为关键硬件。变频器采用西门子公司的高精度向量变频器MASTERDRIVESVC作为该系统变频器，它使用了向量控制技术，通过CAN/CanOpen总线通信方式，实现了与控制系统之间的数据交换，通过编码器和速度传感器，实现了对速度的实时反馈，从而实现了对带式输送机头机尾两个电机的双闭环控制。

2.2煤流量标定方法

考虑到煤流检测信息的滞后性，为了避免由带速改变引起的溢煤或堆煤事故、实现煤流平稳接续，采用煤流特征标定的方法实现下级输送机的超前动作。煤流量的突增、突减以及连续的高强度运行状态可能需要下级输送机超前动作，进而实现煤流的平稳运行。当煤流量突增时，对当前煤流量变化信息标定“1”，同理，突减时对其标定为“-1”，正常运行时默认为“0”。突增与突减的阈值可以根据输送机各级之间分级调速关系以及承载能力进行设定。当通过积分以及实时检测确定出煤量运行状态达到高强度运行状态时，对此积分区间起始位置的运行状态标定为“1”，非高负荷运行时默认为“0”；同样，积分区间的大小也可以根据输送机的调速关系以及承载能力进行调整。

2.3电气控制关键技术

控制算法的优劣会影响系统的性能，本研究利用神经网络模糊PID控制技术对胶带张紧力进行控制，模糊PID控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。控制器的输入为理想的胶带张紧力，系统工作时利用张力传感器实时检测胶带张紧力，并将其与理想值进行对比。控制器根据实际值和理想值之间的偏差进行运算，其中模糊控制和BP神经网络的作用主要是对PID控制器中的积分常数、微分常数和比例常数进行计算，提升PID控制过程的效率和稳定性。控制器根据分析结果下达指令，变频器根据指令输出不同的电压频率，实现胶带张紧力的调整与控制。整个过程张力传感器对胶带张力进行实时监测，能够实现闭环控制。

2.4进一步达成了皮带机系统的软启动运行目标

改造后应用变频电控系统，能够直接对皮带机做驱动处理，实现了软启动目标，借助电机、皮带机两者的软启动做了“合二为一”处理，并利用电机所具备的慢速启动特征，顺利完成了缓慢带动皮带机启动的目标。随后，软启动状态下，使得皮带内所携带的能量被缓慢释放掉，促使皮带机在整个启动过程中的张力波降至极低，剩余张力波基本不会对皮带造成影响。（2）达成了多电机驱动下的皮带机运行功率平衡目标。进行皮带机的驱动处理时，变频器的应用，促使主从控制成为皮带机的主要启动动力，完全达成了功率平衡目的。（3）减少设备维护工作量。从变频器构成的本质上来讲，其属于一类电子器件的集成，该集成运转时，主要是将机械的寿命表现形式进行转换，形成电子器件的寿命，延长寿命的同时，设备维护的工作量大幅度降低，也促使维修费用进一步降低。（4）便于皮带检修工作效率提升。使用改造后的变频调速系统后，矿用皮带机的运行速度可以按照运输或是维修需求，随时调整速度，充分解决了传统皮带机因运行速度过快影响检修效果等问题，进一步优化了设备检修率及检修质量。

2.5BP神经网络

BP神经网络属于多层感知器网络，一般采用偏差反向传播算法训练，并且采用S型的神经元传递函数，可以存储、学习多种输入、输出模式映射关系，输出是0～1的连续量，是应用最为广泛的前馈型神经网络。此外，关于BP神经网络结构，其通常由输入、输出和隐层三层组成，隐层可以是一层或多层。BP神经网络在使用时需确定基本结构。一般来说，3层神经网络在设置参数合理的情况下，可以模拟任意复杂的非线性映射。输入层神经元作为神经网络与工程应用的连接，主要功能为将传感器的感知数据传递至神经网络之中。

3变频自动张紧装置实践应用分析

(1)安全效益。带式输送机运行时如果胶带张紧力不合适，可能引发胶带打滑或者断带等故障问题，轻则影响设备的正常工作，严重时可能引发安全生产事故。自动张紧系统正式投入运行后，半年时间内设备没有出现打滑或者断带等故障问题，有效保障了带式输送机的运行安全性，为企业创造了很好的安全效益。(2)社会效益。设计的变频自动张紧系统与传统张紧装置相比较，技术含量显著提升，能够根据实际需要自动对胶带张紧力进行调整与控制，为煤矿自动化甚至智能化奠定了良好的基础，促进了煤矿行业的发展，产生了很好的社会效益。(3)经济效益。系统的成功应用使得带式输送机再未出现断带和打滑故障问题，设备的整体故障率大幅度降低，不仅可以为企业节省大量的设备维护保养成本，也降低维修人员的成本，同时还在一定程度上延长了设备的正常运行时间，为煤矿开采效率的提升创造了很好的条件。

结语

综上所述，在煤矿矿下生产中，充分将变频电控系统应用于矿用皮带机设备运行中，不仅显著降低了煤矿生产期间的意外事故发生率，同时，在驱动马达系统以及交付系统运行方面的事故发生率也随之降低，显著将矿下煤矿运输传送带的使用寿命延长，继而为矿下安全生产以及效益保障提供支持。此外，煤矿中电控系统运行较长时间后，一直维持良好的运行状态，可见全新研发的矿用皮带机变频电控系统，值得在煤矿生产项目中推广。

参考文献

［1］李向军．带式输送机皮带防压死拉断保护装置的设计［J］．山东煤炭科技，2020(11):149-150，158．

［2］孙会贵．大倾角下运带式输送机问题分析与解决方案［J］．煤矿机电，2015(5):105．

［3］马晓林．带式输送机张紧装置的研究［J］．机电工程技术，2019，48(5):169-171．