基于负载预测的刮板输送机调速控制研究.pdf

自动化系统设计andDevelopmentNo.7,2023ManagementMechanical2023年第7 期Total 243机械管理开发总第2 4 3期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.084基于负载预测的刮板输送机调速控制研究史瑞姣（潞安化工寺家庄公司，山西晋中045300)摘要：针对综采工作面刮板输送机存在的轻载或超载问题，进行负载预测下的刮板输送机调速控制系统设计，同时基于模糊PID控制模型对采煤机与刮板输送机牵引速度进行协同调节。通过试验发现，该系统能够有效降低刮板输送机轻载、超载运行时长，并可进行带速的自适应调控，达到节能减耗效果。关键词：刮板输送机；协同控制；PID模糊控制；采煤机中图分类号：TD528.3文献标识码：A文章编号：1 0 0 3-7 7 3X(2023)07-0209-030引言在综采工作面复杂的工作环境下，存在刮板机上块煤掉落或工作面煤壁片帮现象，在采煤机正常截割作业的过程中，刮板输送机上的负载煤量总是处于不断变化状态，很容易出现刮板输送机的超载停机状况，也会经常出现因刮板机轻载运行而造成的电能损耗现象。因此，基于刮板输送机不同负载下的运行速度进行调节，能使刮板输送机的速度保持在合理运行范围，实现刮板机设备的稳定运行效果。171507工作面概况及刮板输送机运行原理某矿7 1 5 0 7 综采工作面进行机械化开采作业，工作面走向长度1 2 6 0 m、倾斜长度为1 8 0 m，煤层倾角28，采高2.3 3m。该综采工作面采煤机选用MG300/70QWD，牵引速度0 1 4 m/min，刮板输送机选用SGZ-800/250型号，采用双速电机进行驱动，并与SZZ-800/250型号转载机、SSJ-1000/2200型号皮带机、PC160破碎机共同构成综采面输送系统，其中刮板输送机参数如表1 所示。表1SGZ-800/250型刮板输送机参数设计长度/m250输送量t/h）1500刮板链速/（m/s）1.31链型中双链刮板间距/mm1 008电机功率/kW400电压V1140中部槽规格/mm1 50080010刮板输送机是常用的综采工作面用于煤炭运输的牵引设备，其运行原理是通过电动机转轴带动联轴器、减速器将运行动力输送给刮板链轮轮组，然后由轮组带动刮板链完成循环转动，从而实现煤炭的装运及卸载功能。而基于负载预测的刮板机调速控制本质是在采煤机与刮板输送机合理运行速度范围之内，保障刮板输送机的负载处于设定范围，实现刮板输送机的高效持续运行2刮板输送机调速系统设计2.1调速系统设计方案在综采工作面开采作业过程中，刮板输送机与采煤机处于协同作业状态，分别负责运煤及采煤工作。但由于井下恶劣的现场环境，存在刮板机上块煤掉落现象，在采煤机正常截割作业的过程中，刮板输送机上的负载煤量也是处于不断变化状态，很容易出现刮板输送机的超载停机状况。因此基于刮板输送机不同负载下的运行速度进行调节，能使刮板输送机的速度保持在合理运行范围，实现刮板机设备的稳定运行效果。刮板输送机的速度调节主要是通过PLC控制器和变频器来实现，两者之间的双向通信效果可以通过Profibus-DP通信协议实现。在采煤机与刮板输送机协同运行过程中，刮板输送机承受负载的多少主要取决于采煤机截割速度的快慢，采煤机连续进行截割作业，刮板输送机也就正常循环运转输送煤炭。但井下特殊工况下如发生煤壁片帮、块煤掉落以及综采工作面煤层高低起伏等，都会影响到刮板输送机上的煤量多少。而且刮板输送机体积庞大，对速度调节上也存在着一定的滞后性，承载煤量也存在着累计特征。因此，刮板输送机运行速度对承载载荷的影响也有一定延时效果。刮板输送机与采煤机在运行过程中也应起到相互配合影响作用，通过两者的协同调速，实现综采工作面的正常生产过程。当刮板输送机承载煤量较多时，应适当加快刮板输送机牵引速度，而当速度已达到最大时就应适当调节采煤机的截割速度，降低截割煤量从而调整刮板输送机的运输状态；反之，刮板输送机承载煤量较少时，就可适当降低刮板输送机的牵引速度节省成本，或增加采煤机的截割速度进行高效开采生产。因此，根据刮板输送机负载的表征值，利用监测数据来对随后刮板机的负载量进行预测，减少滞后性带来的影响，是预测调速系统的关键环节，调速方案如图1 所示 1 2.2调速系统整体设计基于负载预测实现刮板机的调速控制，首先就要实现对井下刮板机运行工况数据的采集功能，通过设置各类传感器进行数据采集，以及利用远程监控系收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 5作者简介：史瑞姣（1 9 8 9），女，山西阳泉人，本科，毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，机电助理工程师。210.第38 卷机械管理开发刮板输送机电流刮板输送机负载信息采集数据预处理各类传感器刮板输送机电流刮板输送机负载数据采集预测数据采集分析刮板输送机速度刮板输送机速度调节模糊PID控制图1基于刮板输送机负载预测调速方案统，在系统分析刮板输送机实时运行状态的同时，依据刮板输送机承受载荷的情况进行转速调整。刮板输送机作为煤炭运输的牵引设备，其转速越高煤炭的开采效率就越高，但刮板输送机长时间保持高速运行状态下，不但会威胁到设备的使用寿命，而且也造成了资源上的浪费。因此需要基于负载预测对刮板输送机速度进行实时调节，其控制系统总体结构如图2 所示。组合开关集中控制箱电流互感器组合开关PLC顺槽PLC交换机刮板输送机机头PLC采煤机机载PLC刮板输送机机尾PLC温度传感器变频器轴编码器温度传感器刮板输送机机头采煤机刮板输送机机尾图2调速系统总体结构示意图如图2 所示，调速系统总体结构分三部分：数据采集部分，通过在刮板输送机机头以及机尾处布设温度传感器，并在采煤机上布设轴编码器、电流互感器等对设备的运行参数数据进行采集；通信部分，主要是将传感器采集到的数据上地面控制中心进行传输，通过无线网络或工业互联网技术来实现；数据分析处理部分，通过可编程控制器以及上位机对采集到的数据进行分析处理，从而得到刮板输送机的输入速率值 2 2.3模糊PID控制器设计通过模糊PID控制方法，实现对刮板输送机牵引速度的反馈调节,PID控制因为其原理简单，参数可进行随时调节，因此在工业领域较为常用。作为一种线性控制器，PID通过偏差原理实现控制效果，通过设定值r(t)与变量y(t)值之间的偏差通过比例系数、积分系数以及微分系数线性组合成控制量，并输出作用与执行单元实现对控制对象的调节效果，如图3所比例作用积分作用被控对象微分作用图3PID控制原理示意图示,是一种闭环反馈调节 3其中模糊控制是一种非线性控制,通过在系统较复杂无法用准确数学关系表征时，影响因子较多时进行模拟人为模糊推理，从而实现智能化控制。模糊控制器主要由模糊化、规则库、模糊推理以及解模糊化四个步骤。其中模糊化就是将输人量转化为可识别的模糊量；规则库是根据实际生产经验设立模糊控制器规则；模糊推理是实现输入量的推理决策；解模糊量是将输入量转化为模糊量进行输出，并进行后续执行。3基基于负载预测的刮板输送机调速控制在该系统中，采煤机、刮板输送机PLC控制器，变频调速系统，负载电流互感器构成刮板输送机的负载电流闭环系统。通过对采煤机一刮板输送机采用模糊PID控制进行输人数据的处理后，刮板输送机PLC可以根据采集到的负载电流，通过对实时电流值与历史记录值进行对比，两者的差值作为协同控制系统的输人值，并利用模糊PID控制板块进行调节，调节后的偏差值做为执行单元的执行信号，从而实现对刮板输送机负载电流的调节效果，使其保持在一定范围之内变化 4 ，具体流程如图4 所示。开始规划刮板输送机速度满足调速触发条件？是Elman.采煤机模糊刮板输送机PID调速速度保持模糊PID调速文是牵引速度调链条速度调香节达1 8%节达1 8%是采煤机速度刮板输送机模保持糊PID调速否电流在设定范围内？文是超出规划否范围？是结束图4PID模糊控制下的协同控制流程a上接第2 0 8 页）rstemR上接第2 0 6 页（编辑：王慧芳）?211.史瑞姣：基于负载预测的刮板输送机调速控制研究2023年第7 期如图4 所示，根据采煤机与刮板输送机在协同运行过程中的速度进行判断，若满足速度调节要求，则先进行采煤机设备的模糊PID调速，此时若采煤机速度调节已超出1 8%范围，则采煤机速度不再变化，启用刮板输送机的模糊PID调速过程。其中PLC控制器可以实现对负载电流值的实时监控效果，若电流值超出调节规划范围，以实现采煤机一刮板输送机的协同调速效果，则可退出程序。4效果检验为检验负载预测下的刮板机调速控制系统运行的有效性，进行工业性试验。将采煤机速度调节至恒定4.5 m/min，刮板输送机牵引速度1.2 5 m/s，对综采工作面2 0 7 0 m长度进行截割作业，并对刮板机电流数据进行统计。结果表明，利用该调速控制系统，刮板输送机的负载电流基本保持在设定范围之内，采煤机与刮板机的牵引协同性较好，刮板输送机轻载、超载现象大幅减少，达到了节省电能，高效输送的目的，降低了井下工人清扫浮煤的工作量，提供了综采设备运行的稳定可靠性。参考文献1李保盛.MG700型刮板输送机负载调速技术研究 J.机械管理开发,2 0 2 1(1 0):2 8 6-2 8 8.2胡磊.刮板输送机负载预测与调速控制研究 D.西安：西安科技大学,2 0 2 0.3赵瑞祥.基于负载自适应的刮板输送机控制方案设计 J.机械管理开发,2 0 2 1(9):2 6 6-2 6 8.4孙浩.基于刮板机负载预测的智能调速系统的设计及MATLAB仿真 J.现代信息科技，2 0 1 8（5）：1 9 1-1 9 3.Research on the Speed Control of Scraper Based on Load PredictionShi Ruijiao(Luan Chemical Industry Sijiazhuang Company,Jinzhong Shanxi 045300,China)Abstract:In view of the light load and overload problem of scraper machine in the comprehensive mining face,the design of speed controlsystem of scraper machine under load prediction is carried out,and the traction speed of coal miner and scraper conveyor is alsocooperatively regulated based on fuzzy PID control model.It is found that the system can effectively reduce the light load and overloadrunning time of the scraper,and can carry out adaptive regulation of the belt speed to achieve energy saving and consumption reductioneffect.Key words:scraper conveyor;cooperative control;PID fuzzy control;coal mining machinesearchonFaultDetectionTechnolomentElectronicControlSyYang Zhiying,Zhang Jianhua?(1.Equipment Project Management Center,Army Equipment Department,Beijing 100072,China;2.6411th Factory of Chinese Peoples Liberation Army,Shijiazhuang Hebei 050200,China)Abstract:Taking a certain type of equipment electric control system as an example,a CAN bus-based electric control system faultdetection platform is developed.Using functional analysis method,fault isolation technology and database technology,a complexelectromechanical control system fault analysis and diagnosis scheme based on bus communication network is designed,which realizes faultdetection,isolation,diagnosis and visualization maintenance guidance of large and complex electromechanical integration system.Thepopularization and application of the research results can improve the efficiency of equipment maintenance,prompt the rapid recovery ofequipment performance and bring into play the combat guarantee capability of engineering equipment.Key words:engineering equipment;virtual instrumentation;electronic control system;adapterDesign and Functional Implementation of Intelligent Height Adjustment Control System forCoal Mining Machine Rocker ArmLiu Junqiang(Luan Chemical Group Shanxi Xinyuan Coal Company Limited,Shouyang Shanxi 045400,ChinAbstract:In order to meet the requirement of adaptive adjustment and control of the rocker arms cutting height according to the coal seamconditions in the actual production of coal miners,the design of the key components of the coal miner was completed in combination withthe current control requirements of the automatic height adjustment system of the coal miner;and the PID control strategy was proposed incombination with the intelligent height adjustment requirements of the rocker arm of the coal miner.The effect is to lay the foundation forthe intelligent height adjustment of the rocker arm of coal mining machine in the future.Key words:coal mining machine;rocker arm;intelligent height adjustment;single neural PID control;adaptive control