带式输送机运输煤量自动匹配技术研究

郭云龙

（汾西矿业集团柳湾煤矿，山西孝义 032300）

0 引言

转型和升级是煤炭行业当前的紧要任务。煤炭行业转型的一个重点方向就是节能和高效，而皮带输送机作为采煤过程中不可或缺的设备，其正常运行和最优的煤量匹配技术则关系着工作效率和节能两大核心问题，也是和企业的业绩效益息息相关。很多煤矿机电设备安装了变频设备，本身是对传统煤量输送机的改进，但是效果有限[1]。本文则在分析其原理的情况下对带式输送机运输煤量自动匹配技术进行深入研究，从而提出了一种新型的带式输送机自动匹配方法。

1 煤量自动匹配原理

分析煤量自动匹配原理之前，首先要对其进行数学化建模，通过建立优化模型，才能够对其进行定量分析[2]。这个优化模型包含目标函数以及约束函数，接着依照相关的数学算法按照函数要求对其进行计算，然后计算完成之后在实际环境中对其进行验证。

按照常规的煤料自动匹配模型来讲，结合相关的煤量配置经验参数构造出可以发挥设备最大输送能力作为目标的优化模型，其目标函数如下：

Qmin=Qr-Qe

式中：Qmin为输送系统的额定功能Qe和实际功能Qr差的最小值。

一般来讲，实际系统运行过程中因为受到各种客观因素和运转状况的影响，约束条件比较复杂，为了便于分析，忽略一些对其运动影响不大的因素，剩下的约束主要包括运输机的转速、运输机当前的运输功率、当前所能运输的最大煤炭量、给料机的给煤量以及整个煤仓中的出煤量[3]。

按照上面的优化模型，得到煤量自动匹配原理如图1所示，其中控制目标实际上就是对控制变量在约束条件下进行科学评判的函数，主要是表征系统是否符合设计要求。而模型主要是为了通过控制算法来对施加约束之后的系统寻找最优解提供一种途径，也是实现控制算法下的最优解[4]。具体来讲这里的系统控制对象为带式输送机，系统的输出量为运煤量。

图1 煤量自动匹配原理图

煤量自动匹配的一个核心要素就是在保证满额输送的前提下，保证煤量输送能够在任何时刻都维持在额定负载之下，煤量自动匹配的设计流程如图2所示。

图2 煤量自动匹配流程图

2 煤量自动匹配方案

依照上文分析的煤量自动匹配模型和涉及的一些生产实际中应用到的系统硬件的总体设计，设计了一个包括电机控制的变频器和工业用的PLC，以及完成各种信号检测和采集作用的传感器，包括实时进行数据交互和处理的数据传输系统和服务器，然后把上面的系统连接在一起形成一个煤量自动匹配系统[5]。

煤炭自动配煤系统主要由3部分组成，分别是3个控制站，一个是给煤站，一个是主升站，另外一个是地面站。其中给煤站分别和煤仓的煤传感器相连接，用来检测煤仓中的煤含量，同时发送是否输送煤的信号。主升站则连接着速度传感器，同时和变频器进行数据交换。而地面站则连接着速度传感器和变频器。3个不同站通过PLC然后连接到通讯总线上，最终由智能计算机控制。

3 软件设计

为了实现控制模型的正常运行，需要让煤量自动匹配系统和硬件结合才可以实现[6-7]。这个系统可以通过人机交互界面进入到系统当中，然后系统主要包括采集数据显示、参数设置、采集数据处理和输出、数据存储、系统控制算法和系统保护等功能。具体的组成要素如图3所示。

图3 煤量自动匹配软件框图

系统一方面可以显示整个系统的静态布局，同时也可以反馈数据采集的结果，这个结果可以让操作人员进行监管，以便对不合理参数和运行状态进行及时调整。在自动配料之前，首先需要使用参数设置模块来对传送量的目标值和待检测的参数临界值进行对比。接着利用控制模块中的算法进行执行，即通过控制模块当中的算法对带式输送机在不同工况下的煤量进行合理分配。这个分配的原则就是在保证参量的前提下，要尽量实现额定运载能力的完全利用，也就是说实际输出煤量和理论所能运载的最大煤量之间的差值应该在合理范围之内。

如果系统当中有某个或者多个参数出现了异常情况，这个时候安全报警模块就会发出警示信号。最后在系统安全运行一定时间之后，数据输出模块就会把这个时间段内运输机的运送数据汇总成表格形式对外输出，让相关工作人员对其进行归档整理。

系统通过多个应用程序模块，通过对自动匹配数学模型的编码和解析，可以实现自动创建每个阶段的任务和当前任务的并发数。同时此系统因为有各种串口，可以保证后期对一些新增功能的调试，所以有一定的扩展功能。这种扩展功能对于今后系统增添一些辅助监测和辅助控制有着十分重要的作用，当设备出现故障的时候可以帮助操作员迅速锁定故障位置，便于进行维修。

4 系统测试

通过使用电器设备对传感器进行调试，具体操作是首先对上位机进行控制，然后测试其基本的数据采集和校验功能是否正常，之后对整个控制系统进行开环控制。开环控制主要是为了检测整个运输机的煤量自动匹配系统的稳定值，这个也是反映其抗干扰性能好坏的一个重要测试。

在硬件设计完成之后，也应该进行软件测试，主要是在其基础之上对软件的各种性能如各种逻辑判断和错误诊断进行评估。如表1所示，表中记录的测试结果是监测传感器时候相应的指示灯通电情况，表中结果表示该硬件所有功能正常，具体表征的信息需要依照具体的情况进行分析和校核。其次就是要对速度传感器是否可以使用在带式输送机煤量自动匹配系统的一个标准进行分析，要求其检测数据反馈值包括变频器的频率和速度传感器的速度等要在合理的误差范围之内。

表1 系统硬件基本测试

传感器采集的数据如表2所示，具体是通过设定带式输送机额定频率和转速在3种工况之下测试得到的。

表2 传感器采集的数据

通过系统开发过程当中人机交互过程，可以实现对系统的数据采集和处理进行人为干涉，这也是检验自动匹配系统正常工作的一个重要方式。这个过程一般是通过使用40 Hz的驱动频率来驱动伺服电机，然后让电机带动负载进行运动，看带式输送机是否可以按照预定的煤量分配方式进行分配[8]。

5 结束语

本文通过分析带式输送机运煤量自动匹配系统的工作原理，建立了相应的数学模型，然后把如何实现数学模型的编程和硬件集成进行了细致的分析。经过分析可以发现通过科学的规程可以保证带式输送机在保证额定输送功率一定的前提下，实现输送功能的有效利用，从而提升了煤炭公司的工作效率进而提升了其经济效益。