基于智能调速的带式输送机智能控制系统设计分析.pdf

182/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言带式输送机是煤炭资源开采和运输中发挥重要作用的设备之一，其在矿井内的应用极为频繁，因此也带来了较高的电能消耗1。在实际应用过程中，由于输送带并非 100%持续满载运输，因此能源空耗问题也较为突出，且对设备使用周期也存在不利影响2。为有效解决上述不利影响因素，有必要进一步研究其智能控制系统，以提升生产效率，降低能源消耗。1 项目概况某煤矿企业采用多驱动大功率超长距离输送机系统进行煤炭资源的运输，在该系统中，采用头部双滚筒三电机和尾部单滚筒单电机的多点驱动方式加以运行，其驱动装置主要采用低速直流电机驱动。除驱动装置外，该企业所使用的带式输送机也包括以下几个主要结构：第一，托辊结构，该输送机的上托辊为三托辊模式，下托辊为水平托辊，主要用于降低煤炭的扰动。第二，制动器，主要利用摩擦力停止滚筒的转动。第三，清扫器，主要用于清扫输送带上的煤渣，避免煤渣滞留造成安全风险。在以往的采煤作业中，该企业的带式输送机经常以定速模式运行，输送带速度恒定为 3m/s，在这种模式下，煤流量与载荷成正比。煤流量较高时，输送机功率损耗问题较为突出，造成该企业能源成本居高不下。针对这一问题，企业技术部门研究后决定，基于智能技术对带式输送机控制系统进行优化。2 带式输送机智能控制系统设计流程2.1 节能理论模型的初步设计在控制系统的设计工作中，结合实际情况和以往的经验，并参考大量文献分析后，研究人员决定应用改进型鸟群算法（下简称 IBSA）构建模糊神经网络，实现节能理论模型的初步设计。在 IBSA 算法中，较为重要的参数是惯性权重3。为提高算法的精确度和全局性，研究人员对惯性权重进行优化设置，在算法迭代前期提高惯性权重，避免陷入局部最优，在迭代后期减小惯性权重，提升算法的精确度。此环节采用微分递减策略进行，如公式（1）。（1）式中：Wmax和Wmin分别表示惯性权重的最大值和最小值，tmax表示最大迭代次数，t为当前迭代次数。据此，对个体适应度函数值进行计算，即可求出最为适宜的模糊神经网络参数，实现节能理论模型的初步设计4。另外，研究人员也对电机功率平衡方面进行了研究，采用主从控制方案实现电机功率平衡，该模式下，指定带式输送机的所有电机中的一台为主电机，其余为从电机，主电机的功率决定从电机的功率。同时，采用串级控制方式对输送带速度进行调节5。2.2 系统整体结构设计在本次设计中，结合实际情况，选用西门子 S7-400型 PLC 控制器作为系统控制的核心部件，基于该控制器对变频器进行调节，改变输出电压和频率，进行对输送带的控制。为实现对相关数据的采集，在系统设计过程中，布置多种类型的传感器对数据进行实时采集，采集到的数据经由控制模型进行分析和优化后，将相应参数输出至 PLC 控制器中，以实现节能控制。整体来看，本次系统整体结构设计中，主要包括工控上位机、PLC 控制器、变频器和传感器等多类型设备，其整体结构如图 1 所示。基于智能调速的带式输送机智能控制系统设计分析高云（山西潞安工程有限公司，山西长治 046100）摘要：为探究带式输送机节能降耗的有效举措，基于智能技术的理念和方法，结合实际情况，对带式输送机智能控制系统进行了初步设计。具体来看，设计工作主要基于理论分析、系统整体架构、软硬件设计几个主要部分加以进行。在系统设计完成后，对系统进行实际测试。测试结果表明，该系统具有一定的优势，有望在后续工作中逐步推广应用。关键词：智能调速；带式输送机；控制系统；系统设计2023.10 矿业装备/183从图 1 中可知，在系统实际运行时，主控 PLC 基于以太网和上位机建立连接，井下集控 PLC 通过 PROFIBUS通信协议向变频器传输控制信号，变频器接收到控制信号后，发送控制命令实现对变频器的控制。系统整体基于工业以太网建立连接，调度室工作人员基于上位机界面即可实时监测输送机的运行情况。2.3 系统硬件设计考虑到煤矿开采过程中，井下环境较为恶劣，特别是高浓度的粉尘极易引起较为明显的电磁干扰。因此，在硬件设计过程中，设计人员基于 MPI 通信协议实现硬件设备与其他模块之间的连接。同时使用 7520 模块进行信号标准电位转换，以实现各个模块之间的通信。在进行以上连接后，对系统采用的 CP5611 网卡进行设置，即可实现预期通信目标。在此基础上，为提升通信效率和质量，系统中的数据交换均采用串行通讯方式加以进行，基于 RS-485 信号传输方式加以通信，同时，为提高信号传输质量，设计人员基于光电耦合隔离的方式，对噪声进行屏蔽处理。在此基础上，为实现智能控制系统的全部功能，本次设计中应用以下几类传感器设备：第一，选用 GSC10型矿用速度传感器，测速范围为 06m/s，主要用于输送带运行速度的监测。第二，选用 GWD100 型矿用温度传感器，测温范围为-545，用于对温度进行实时监测。第三，使用灵敏度级别为级的烟雾传感器，将其安装在驱动滚筒斜上方，实现对烟雾的监测。第四，应用跑偏传感器对输送带位置进行确定，该传感器探杆最大转动角度为 70。第五，在输送机头部安装堆煤传感器，对传送带堆煤情况进行监控。2.4 系统软件设计在软件设计环节中，设计人员基于 S7-400 型 PLC的编程软件对监控程序、诊断程序和编译程序分别进行了设计，相关程序同时写入监控计算机中，以实现软硬件之间的互通。在此基础上，软件部分的设计采用梯形图以及功能块的设计方式，将系统程序按照工作流程的不同功能分阶段进行编程实现，将任务从整体到局部功能进行分析。为实现软硬件之间的高效通讯，设计人员采用 RS-485 串行通讯端口及其转换模块加以实现。3 实际应用测试在智能控制系统整体设计完成后，工作人员应用该系统对带式输送机进行控制，并与设计前的实际运行效果进行对比分析，以 24h 计，对比分析结果为：智能控制系统模式下，设备消耗功率为 432030kW，成本支出 206889元；传统模式下，设备消耗功率为 453152kW，成本支出223045 元。从数据不难看出，在应用智能控制系统后，输送机在功率消耗和成本支出两方面的指标均显著降低，表明本次设计的基于智能调速的带式输送机智能控制系统取得了一定的成效，具有一定的现实应用价值。4 结束语整体来看，运用智能控制系统对带式输送机进行智能控制，是煤炭开采领域技术发展的大势所趋。在实际工作中，应当结合各地煤矿的实际情况，基于智能技术的理念和方法，理论与实践相结合，对智能控制系统进行全方位的设计。本次实践也证明，带式输送机智能控制系统具有一定的优势，对于降低能耗和成本等方面具有突出作用，应当进一步研究其推广应用策略。参考文献1 王磊.带式输送机节能调速控制系统设计研究 J.机械管理开发,2022,37(10):243-245.2 张韬.带式输送机智能调速控制系统的设计 J.机械管理开发,2022,37(10):250-252.3 王长青.带式输送机节能系统优化设计 J.矿业装备,2022(5):125-127.4 刘书芹.圆管带式输送机的关键技术的研究 J.科技资讯,2022,20(19):73-76.5 尹庆贺.高倾角压带式输送机在隧道施工中应用研究 J.工程机械与维修,2022(5):147-149.图1 系统整体结构示意图