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刮板輸送機多電機運行控制研究

文檔作者：楊耀杰文檔來源：山西焦煤汾西礦業集團機電處		點擊數：	更新時間： 2025年10月05日
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總第223期
2021年第11期
機械管理開發
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 223
No.l 1,2021
自動化技術與設計DOI:10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2021.11.094
刮板輸送機多電機運行控制研究
楊耀杰
（山西焦煤汾西礦業集團機電處，山西介休032000）
摘要：為了確保采掘作業面布置的刮板輸送機平穩運行，避免機頭、機尾電動機功率不平衡帶來的刮板鏈受
力異常問題，基于PLC.CAN總線提出一種多電機運行控制系統，對該控制系統中多電機運行控制方法、運行
控制軟件等進行了詳細闡述。經實踐應用表明，該控制系統不僅可解決刮板輸送機重載啟動控制問題，而且可
有效避免刮板輸送機多電機運行不同步問題，在一定程度上提高了煤礦井下刮板輸送機運行效率。該研究成
果可為其他礦井刮板輸送機運行控制提供借鑒。
關鍵詞：刮板輸送機變頻器電動機運行控制功率平衡
中圖分類號:TH222 文獻標識碼:A 文章編號:1003-773X（ 2021 ）11 -0223-02
引言
現階段煤礦井下采掘作業面使用的刮板輸送機
普遍使用變頻器實現軟啟動，但是現場應用過程中
由于運輸的煤、肝石量存在較大差異,使得刮板輸送
機機頭、機尾電動機功率失衡,難以保持同步運行
為此，本文基于PLC設計多電機運行控制系統，其
通過對機頭、機尾變頻器監測與控制,實現多電機均
衡運行，提高了刮板輸送機工作效率。
1多電機運行控制總體方案
多電機運行控制系統總體結構方案如圖1所
示。其主要結構包括電動機、變頻器及PLC等。整個
控制系統以PLC為核心組件，并通過CAN總線與
布置在機頭、機尾的變頻器進行通信,實現運行狀態
監測及控制，并實時顯示刮板輸送機運行狀態Wo
機頭位置的變頻器1、機尾位置的變頻器2分
別作為主機、從機,PLC實時監測變頻器1運行參
數,確定電機轉速、轉矩，并以監測獲取到的參數為
依據通過調整變頻器2運行實現機尾電機轉速、轉
矩與機頭電機一致。
圖1多電機運行控制系統總體結構方案示意圖
收稿日期:2021-05-13
作者簡介：楊耀杰（1989—）,男，山西平遙人，畢業于東北大學
采礦工程專業，本科，助理工程師。
2多電機運行控制方法及程序
2.1多電機運行控制方法
具體工作面多電機運行控制方法如圖2所示。
電機運行控制方法包括轉矩補償控制、變流閉環控
制兩種，具體通過PLC控制機頭、機尾變頻器運行，
最終實現機頭、機尾電機均衡運行旳。使用PI系統反
饋電動機輸入電流情況,并對機頭、機尾電機運行轉
矩進行補充,減少機頭、機尾電動機兩側電壓降給電
機運行控制帶來的不利影響。機頭、機尾電機位置電
壓降主要是由于供電電纜長度差異引起的W
圖2多電機運行控制示意圖
2.1.1刮板輸送機啟動運行控制
在刮板輸送機運行啟動初期，構建完成通信系
統后機頭、機尾電機啟動運行。PLC依據刮板輸送機
上剩余載荷量向變頻器發出轉速指令，具體如圖2
主機部分。當刮板輸送機處于輕載啟動時，即啟動電
流/< 1.5/實（/實表示額定電流），電機以PLC給定的
額定轉矩啟動運行；當刮板輸送機處于沖擊載荷或
者重載荷啟動時，即則給定電流經過限
幅、PI后與實際電流間差異形成反饋，PLC根據反
饋結果對電機啟動速度n進行一定補償（△“）,最
?224« 第36卷
終機頭、機尾電機均按照速度«.(»,=«+An)瞬間進
行啟動。
2.1.2多電機協同控制
刮板輸送機多電機協同控制如圖2中的從機部
分。從機控制基礎為力矩控制，由于電纜線鋪設長度
在500 m以上，因此主、從機運行過程中電流差應控
制在5%以內，以確保刮板鏈不會出現疲勞斷裂問
題。為了確保主、從機功率平衡，具體控制分為以下
兩個部分：
1) 主機轉矩Tlo從機依據PLC監測獲取到的主
機轉矩八為啟動轉矩，從而實現機頭、機尾電機功
率平衡,使得刮板輸送機較為均衡運行。
2) 轉矩調節。刮板輸送機在沖擊載荷、落煤等作
用下，主、從機間電流差往往超過5%,機頭、機尾電
機運行存在較大偏差，嚴重時會導致刮板鏈岀現斷
裂、設備緊急停機等情況。在刮板輸送機運行過程
中，當主、從機間電流差超過5%時，限幅、PI即對電
流進行負反饋調節，使得控制系統具備一定的應急
調整能力，確保機頭、機尾側電機可正常運行。經過
調整后，從機按照£轉矩運行(T2=TMT)°在刮板
輸送機運行過程中PLC實時獲取機頭、機尾位置電
機轉矩、轉速差，以便判定主、從電機運行協同情況。
若監測發現轉矩或者轉速差超過允許值時，則按照
上述調整方法對從電機運行進行調整，但是在調整
前應對刮板輸送機上運輸的煤量進行監測。
2.2多電機運行控制程序
機頭、機尾變頻器與PLC間使用可靠性較強、
通信效率較高的CAN總線方式，完成接線后，在確
保變頻器可正常運行基礎上對變頻器運行參數進行
設定。在對變頻器通信參數進行設定時，將通信協
議、機頭變頻器、機尾變頻器、控制命令來源等分別
設定為01、02、03 .06,CAN總線的通信速度設定為
1 Mb/so在對變頻器通信參數設定完成后，設定PLC
通信參數。首先在CAN Builder中將機頭變頻器、機
尾變頻器通信地址分別設定為02,03,并對變頻器
進行映像關系配置，將PLC控制、監測地址分別配
置為 RxPDO、TxPD0。
具體刮板輸送機多電機運行控制流程如圖3所
示。運行時首先完成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向變頻器發出0640控制至變頻
器開始啟動運行；變頻器啟動后,PLC從TxPDO獲
取變頻器運行數據，并通過內置的多級運行控制程
圖3多電機運行控制流程
序確保機頭、機尾電機均衡運行。當變頻器運行出現
故障時,采集刮板輸送機上煤炭量及主、從電機運行
參數進行綜合比對，并對運行故障進行自動修復。
3結論
1) 刮板輸送機是采掘作業面重要的運輸設備之
一。隨著礦井生產能力不斷提升，刮板輸送機裝機功
率不斷提升。刮板輸送機驅動電機數量也由以往的
1臺逐漸增加至3臺甚至4臺以上。多電機雖然可
滿足刮板輸送機運行需要，但是存在功率不平衡問
題，從而給刮板輸送機正常運行帶來一定影響。
2) 提岀綜合使用PLC.CAN總線對刮板輸送機
電動機運行進行控制，將機頭、機尾電動機分別設定
為主、從機,PLC對機頭、機尾位置變頻器運行情況
進行監測，并依據主電機運行情況對從電機運行進
行控制。提出的多電機控制系統可在一定程度上提
升刮板輸送機運行效率。
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(編輯:李俊慧)
(下轉第227頁)
2021年第11期
張曉靜:基于無功補償技術的煤礦變電站系統研究
?227-
當過零檢測不合格時，重新計算系統輸出頻率，當頻 率適合時,執行RBF計算等后續流程;當頻率不適 合時，程序結束。系統初始化模塊主要用于配置時鐘 及外設、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信號采樣模 塊完成系統信號的采集、啟動中斷并完成數據存儲。 過零檢測模塊觸發CAP中斷后，設置過零標志位, 當系統頻率值位于區間時，將過零標志位置位。控制 模塊用于對系統電壓、補償電壓等進行RBF神經網 絡預測，并對補償電壓值及逆行PR、PI調節,提高系 統精度。保護模塊用于封鎖PWM信號，當系統電流 過大、頻率不符時,觸發并運行保護模塊。
5結語
該無功補償裝置在某煤礦變電站系統中投入應 用后，結果表明,在煤礦變電站系統中加入無功補償 裝置,對于穩定煤礦井下供電電壓、抑制諧波、提高 設備功率因素等方面都取得了較好的效果，使得煤
礦井下變電站設備運行更加平穩、安全、節能，提高 供電質量，保障了煤礦供電系統的安全性。
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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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