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刮板輸送機(jī)多電機(jī)運(yùn)行控制研究

文檔作者：楊耀杰文檔來源：山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月05日
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總第223期
2021年第11期
機(jī)械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 223
No.l 1,2021
自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)計(jì)DOI:10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2021.11.094
刮板輸送機(jī)多電機(jī)運(yùn)行控制研究
楊耀杰
（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電處，山西介休032000）
摘要：為了確保采掘作業(yè)面布置的刮板輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，避免機(jī)頭、機(jī)尾電動(dòng)機(jī)功率不平衡帶來的刮板鏈?zhǔn)?
力異常問題，基于PLC.CAN總線提出一種多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)，對(duì)該控制系統(tǒng)中多電機(jī)運(yùn)行控制方法、運(yùn)行
控制軟件等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用表明，該控制系統(tǒng)不僅可解決刮板輸送機(jī)重載啟動(dòng)控制問題，而且可
有效避免刮板輸送機(jī)多電機(jī)運(yùn)行不同步問題，在一定程度上提高了煤礦井下刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率。該研究成
果可為其他礦井刮板輸送機(jī)運(yùn)行控制提供借鑒。
關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)變頻器電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制功率平衡
中圖分類號(hào):TH222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-773X（ 2021 ）11 -0223-02
引言
現(xiàn)階段煤礦井下采掘作業(yè)面使用的刮板輸送機(jī)
普遍使用變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，但是現(xiàn)場應(yīng)用過程中
由于運(yùn)輸?shù)拿骸⒏问看嬖谳^大差異,使得刮板輸送
機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾電動(dòng)機(jī)功率失衡,難以保持同步運(yùn)行
為此，本文基于PLC設(shè)計(jì)多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)，其
通過對(duì)機(jī)頭、機(jī)尾變頻器監(jiān)測(cè)與控制,實(shí)現(xiàn)多電機(jī)均
衡運(yùn)行，提高了刮板輸送機(jī)工作效率。
1多電機(jī)運(yùn)行控制總體方案
多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案如圖1所
示。其主要結(jié)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、變頻器及PLC等。整個(gè)
控制系統(tǒng)以PLC為核心組件，并通過CAN總線與
布置在機(jī)頭、機(jī)尾的變頻器進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)
監(jiān)測(cè)及控制，并實(shí)時(shí)顯示刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Wo
機(jī)頭位置的變頻器1、機(jī)尾位置的變頻器2分
別作為主機(jī)、從機(jī),PLC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變頻器1運(yùn)行參
數(shù),確定電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，并以監(jiān)測(cè)獲取到的參數(shù)為
依據(jù)通過調(diào)整變頻器2運(yùn)行實(shí)現(xiàn)機(jī)尾電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)
矩與機(jī)頭電機(jī)一致。
圖1多電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案示意圖
收稿日期:2021-05-13
作者簡介：楊耀杰（1989—）,男，山西平遙人，畢業(yè)于東北大學(xué)
采礦工程專業(yè)，本科，助理工程師。
2多電機(jī)運(yùn)行控制方法及程序
2.1多電機(jī)運(yùn)行控制方法
具體工作面多電機(jī)運(yùn)行控制方法如圖2所示。
電機(jī)運(yùn)行控制方法包括轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制、變流閉環(huán)控
制兩種，具體通過PLC控制機(jī)頭、機(jī)尾變頻器運(yùn)行，
最終實(shí)現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)均衡運(yùn)行旳。使用PI系統(tǒng)反
饋電動(dòng)機(jī)輸入電流情況,并對(duì)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)
矩進(jìn)行補(bǔ)充,減少機(jī)頭、機(jī)尾電動(dòng)機(jī)兩側(cè)電壓降給電
機(jī)運(yùn)行控制帶來的不利影響。機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)位置電
壓降主要是由于供電電纜長度差異引起的W
圖2多電機(jī)運(yùn)行控制示意圖
2.1.1刮板輸送機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行控制
在刮板輸送機(jī)運(yùn)行啟動(dòng)初期，構(gòu)建完成通信系
統(tǒng)后機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。PLC依據(jù)刮板輸送機(jī)
上剩余載荷量向變頻器發(fā)出轉(zhuǎn)速指令，具體如圖2
主機(jī)部分。當(dāng)刮板輸送機(jī)處于輕載啟動(dòng)時(shí)，即啟動(dòng)電
流/< 1.5/實(shí)（/實(shí)表示額定電流），電機(jī)以PLC給定的
額定轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)刮板輸送機(jī)處于沖擊載荷或
者重載荷啟動(dòng)時(shí)，即則給定電流經(jīng)過限
幅、PI后與實(shí)際電流間差異形成反饋，PLC根據(jù)反
饋結(jié)果對(duì)電機(jī)啟動(dòng)速度n進(jìn)行一定補(bǔ)償（△“）,最
?224« 第36卷
終機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)均按照速度«.(»,=«+An)瞬間進(jìn)
行啟動(dòng)。
2.1.2多電機(jī)協(xié)同控制
刮板輸送機(jī)多電機(jī)協(xié)同控制如圖2中的從機(jī)部
分。從機(jī)控制基礎(chǔ)為力矩控制，由于電纜線鋪設(shè)長度
在500 m以上，因此主、從機(jī)運(yùn)行過程中電流差應(yīng)控
制在5%以內(nèi)，以確保刮板鏈不會(huì)出現(xiàn)疲勞斷裂問
題。為了確保主、從機(jī)功率平衡，具體控制分為以下
兩個(gè)部分：
1) 主機(jī)轉(zhuǎn)矩Tlo從機(jī)依據(jù)PLC監(jiān)測(cè)獲取到的主
機(jī)轉(zhuǎn)矩八為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)功
率平衡,使得刮板輸送機(jī)較為均衡運(yùn)行。
2) 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。刮板輸送機(jī)在沖擊載荷、落煤等作
用下，主、從機(jī)間電流差往往超過5%,機(jī)頭、機(jī)尾電
機(jī)運(yùn)行存在較大偏差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致刮板鏈岀現(xiàn)斷
裂、設(shè)備緊急停機(jī)等情況。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程
中，當(dāng)主、從機(jī)間電流差超過5%時(shí)，限幅、PI即對(duì)電
流進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，使得控制系統(tǒng)具備一定的應(yīng)急
調(diào)整能力，確保機(jī)頭、機(jī)尾側(cè)電機(jī)可正常運(yùn)行。經(jīng)過
調(diào)整后，從機(jī)按照£轉(zhuǎn)矩運(yùn)行(T2=TMT)°在刮板
輸送機(jī)運(yùn)行過程中PLC實(shí)時(shí)獲取機(jī)頭、機(jī)尾位置電
機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速差，以便判定主、從電機(jī)運(yùn)行協(xié)同情況。
若監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)速差超過允許值時(shí)，則按照
上述調(diào)整方法對(duì)從電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，但是在調(diào)整
前應(yīng)對(duì)刮板輸送機(jī)上運(yùn)輸?shù)拿毫窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)。
2.2多電機(jī)運(yùn)行控制程序
機(jī)頭、機(jī)尾變頻器與PLC間使用可靠性較強(qiáng)、
通信效率較高的CAN總線方式，完成接線后，在確
保變頻器可正常運(yùn)行基礎(chǔ)上對(duì)變頻器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行
設(shè)定。在對(duì)變頻器通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)定時(shí)，將通信協(xié)
議、機(jī)頭變頻器、機(jī)尾變頻器、控制命令來源等分別
設(shè)定為01、02、03 .06,CAN總線的通信速度設(shè)定為
1 Mb/so在對(duì)變頻器通信參數(shù)設(shè)定完成后，設(shè)定PLC
通信參數(shù)。首先在CAN Builder中將機(jī)頭變頻器、機(jī)
尾變頻器通信地址分別設(shè)定為02,03,并對(duì)變頻器
進(jìn)行映像關(guān)系配置，將PLC控制、監(jiān)測(cè)地址分別配
置為 RxPDO、TxPD0。
具體刮板輸送機(jī)多電機(jī)運(yùn)行控制流程如圖3所
示。運(yùn)行時(shí)首先完成PLC.CAN通信模塊等初始化
處理，完成初始化后在PDO模塊中完成RxPD0、Tx-
PDO地址配置;PLC向變頻器發(fā)出0640控制至變頻
器開始啟動(dòng)運(yùn)行；變頻器啟動(dòng)后,PLC從TxPDO獲
取變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)置的多級(jí)運(yùn)行控制程
圖3多電機(jī)運(yùn)行控制流程
序確保機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)均衡運(yùn)行。當(dāng)變頻器運(yùn)行出現(xiàn)
故障時(shí),采集刮板輸送機(jī)上煤炭量及主、從電機(jī)運(yùn)行
參數(shù)進(jìn)行綜合比對(duì)，并對(duì)運(yùn)行故障進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)。
3結(jié)論
1) 刮板輸送機(jī)是采掘作業(yè)面重要的運(yùn)輸設(shè)備之
一。隨著礦井生產(chǎn)能力不斷提升，刮板輸送機(jī)裝機(jī)功
率不斷提升。刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量也由以往的
1臺(tái)逐漸增加至3臺(tái)甚至4臺(tái)以上。多電機(jī)雖然可
滿足刮板輸送機(jī)運(yùn)行需要，但是存在功率不平衡問
題，從而給刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行帶來一定影響。
2) 提岀綜合使用PLC.CAN總線對(duì)刮板輸送機(jī)
電動(dòng)機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制，將機(jī)頭、機(jī)尾電動(dòng)機(jī)分別設(shè)定
為主、從機(jī),PLC對(duì)機(jī)頭、機(jī)尾位置變頻器運(yùn)行情況
進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并依據(jù)主電機(jī)運(yùn)行情況對(duì)從電機(jī)運(yùn)行進(jìn)
行控制。提出的多電機(jī)控制系統(tǒng)可在一定程度上提
升刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率。
參考文獻(xiàn)
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(編輯:李俊慧)
(下轉(zhuǎn)第227頁)
2021年第11期
張曉靜:基于無功補(bǔ)償技術(shù)的煤礦變電站系統(tǒng)研究
?227-
當(dāng)過零檢測(cè)不合格時(shí)，重新計(jì)算系統(tǒng)輸出頻率，當(dāng)頻 率適合時(shí),執(zhí)行RBF計(jì)算等后續(xù)流程;當(dāng)頻率不適 合時(shí)，程序結(jié)束。系統(tǒng)初始化模塊主要用于配置時(shí)鐘 及外設(shè)、I/O初始化、ADC初始化、CAP初始化、事件 管理器初始化以及變量初始化等。A/D信號(hào)采樣模 塊完成系統(tǒng)信號(hào)的采集、啟動(dòng)中斷并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 過零檢測(cè)模塊觸發(fā)CAP中斷后，設(shè)置過零標(biāo)志位, 當(dāng)系統(tǒng)頻率值位于區(qū)間時(shí)，將過零標(biāo)志位置位。控制 模塊用于對(duì)系統(tǒng)電壓、補(bǔ)償電壓等進(jìn)行RBF神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)預(yù)測(cè)，并對(duì)補(bǔ)償電壓值及逆行PR、PI調(diào)節(jié),提高系 統(tǒng)精度。保護(hù)模塊用于封鎖PWM信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)電流 過大、頻率不符時(shí),觸發(fā)并運(yùn)行保護(hù)模塊。
5結(jié)語
該無功補(bǔ)償裝置在某煤礦變電站系統(tǒng)中投入應(yīng) 用后，結(jié)果表明,在煤礦變電站系統(tǒng)中加入無功補(bǔ)償 裝置,對(duì)于穩(wěn)定煤礦井下供電電壓、抑制諧波、提高 設(shè)備功率因素等方面都取得了較好的效果，使得煤
礦井下變電站設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)、安全、節(jié)能，提高 供電質(zhì)量，保障了煤礦供電系統(tǒng)的安全性。
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(編輯：王慧芳)
Research on the Substation System of Coal Mine with Reactive Power Compensation Technology
Zhang Xiaojing
(Electromechanical Engineering Zone of Mine No.l, Shanxi Huayang Group Xinneng Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045008)
Abstract： In view of the problems of serious active power loss, poor power supply quality and low working efficiency in coal mine substation system, reactive power compensation device is designed for coal mine substation. Based on the analysis of the basic principle of reactive power compensation, the overall design of reactive power compensation device is completed, and the software and hardware design is realized based on TMS320F2812 chip. The actual use results show that the device can improve the power supply quality of coal mine substation equipment, reduce power loss, and improve equipment efficiency.
Key words： reactive power compensation; SVG; Keil ARM; coal mine substation
(上接第224頁)
Research on Multi-motor Operation Control of Scraper Conveyor
Yang Yaojie
(Mechanical and Electrical Division, Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Group, Jiexiu Shanxi 032000)
Abstract： In order to ensure the smooth operation of the scraper conveyor arranged in the mining operation surface and avoid the abnormal force of the scraper chain brought by the unbalanced power of the head and tail motors, a multi-motor operation control system is proposed based on PLC and CAN bus, and the multi-motor operation control method and operation control software in this control system are elaborated. The practical application shows that the control system can not only solve the scraper conveyor heavy load start-up control problem, but also effectively avoid the scraper conveyor multi-motor operation unsynchronized problem, and improve the coal mine underground scraper conveyor operation efficiency to a certain extent. The research results can provide reference for the operation control of scraper conveyor in other mines.
Key words： scraper conveyor; frequency converter; motor; operation control; power balance

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