基于电流特征的刮板输送机负载平衡控制系统研究

于茜 桂林电子科技大学机电工程学院 赵俐 桂林电子科技大学信息与通信学院 黄瑶 凌圣东 桂林电子科技大学机电工程学院

引言：刮板输送机是一种用刮板链牵引，在槽内运送散料的输送机。随着自动化水平的不断提高，刮板输送机负载能力不断增大，刮板输送机的驱动形式由单端驱动向双端驱动转变，即机头、机尾处各布置一台驱动电机。大负载工况下刮板输送机的能耗问题、工作效率问题和使用寿命问题越来越受到普遍关注。事实上受载荷、运行阻力等影响，机头端的电机负载远远大于机尾端，两端电机运行功率严重失衡，容易造成电机损坏，因此，如何实现刮板输送机运行过程中两端驱动电机负载的平衡调节和控制是保证刮板输送机安全稳定运行的瓶颈问题。

中国矿业大学周书颖等人研究了刮板输送机功率协调与载荷均衡控制，使用双电机主从控制方式实现刮板输送机前后驱动电机输出功率的均衡[1]；太原理工大学的李艳伟研究了顺序启动对两机功率不平衡的影响,主要从空载启动和重载启动两种工况下得出数据[2]。这类研究分析了刮板输送机的负载特性，通过分析发现每个电动机均会发生功率不平衡现象，因此对刮板输送机进行平衡控制，提高稳定性尤为重要。本文研究对象为首尾双驱动的刮板输送机，通过提取、采集、测试与分析电机两端的电流，利用PLC进行控制与调节，实现刮板输送机负载的平衡控制。

1 刮板输送机负载平衡控制系统总体结构分析

系统总体结构如图1所示，利用两个电参数采集模块，采集提取首尾两端电机的电流，通过数据总线将采集到的电信号传递给控制器，控制器采用可编程控制器PLC经过模数转换、计算、运送和数模转换，再将电信号传给变频器，通过变频器改变尾端电机频率，实现控制电机速度，从而达到刮板输送机负载平衡控制。由于刮板输送机用于井下开采，可在地面设置上位机，通过以太环网实现地下与地上的远程通信，达到数据显示、地面监控的作用。

图1 基于电流特征的刮板输送机负载平衡控制系统总体结构

2 基于PLC的模糊PID控制系统整体结构分析

系统整体结构如图2所示，控制器采用西门子S7-200系列224XP型号PLC，采用EDA9033A电参数采集模块提取刮板输送机两端电机电流，采集到的两端电流经过模数转换，通过控制器进行比较与分析，计算出电流偏差和偏差变化率，再通过PLC控制器的PID模块，进行模糊化、模糊推理和解模糊运算，经数模转换，通过控制变频器来调节机尾端电机的转速，实现首尾两端电机功率的平衡控制。

3 系统性能分析

为了验证系统性能，比较与分析在常规工作状态下和经负载平衡控制系统调节后两端电机的电流曲线。未调节前，由于受到运行阻力等因素的影响，机头端电机电流比机尾端大。通过测量与计算首尾两端链条张力大小发现，与机尾相比机头承受更大的载荷和功率。观察使用负载平衡控制系统调节后的刮板输送机电流曲线，可以看到两端电机电流大小和变化几乎一致，经测量与计算，电机两端链条张力大小也相差不大。事实证明，通过PLC的PID模块对采集的电流进行处理与运算可以实现调节机尾端电机速度的作用，从而实现首尾两端电机功率的平衡控制。

4 结语

本文研究了一种基于电流特征的刮板输送机负载平衡控制系统，通过采集电机的电流，利用PLC进行偏差及偏差变化率计算，通过模糊PID算法实现控制输出的自动调整，实现尾端电机速度的自适应调节，达到负载平衡控制。通过分析使用该系统前后首尾两端电流曲线以及测算链条张力，证明了该系统控制精度高，为刮板输送机电机保护提供了参考途径，对提高矿山开采效率、延长刮板输送机的使用寿命具有重要的意义。