CN113562429B - 一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统及方法，包括若干煤流量检测传感器，若干速度检测传感器，若干智能煤流防爆控制箱，若干以太网交换机和监控服务器；若干煤流量检测传感器和若干速度检测传感器分别设置于带式输送机上并分别与智能煤流防爆控制箱数据连接，用于检测输送机上的煤量体积及输送机的带速并将数据传输给智能煤流防爆控制箱；若干智能煤流防爆控制箱分别与以太网交换机进行数据连接；若干以太网交换机依次连接构成环形的网络拓扑并与监控服务器进行数据连接；通过监控服务器对数据进行计算并对带式输送机进行调速。本方案能够实时自适应调节主运系统转速，可降低能耗，减少设备磨损，延长设备生命周期。

Description

一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿带式输送机运输系统，具体涉及一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统及方法。

背景技术

由于输送的煤炭开采生产的不均衡性，因此配套电气选型比实际所需的容量要大，实际运行过程中长期处于低负荷运行，效率低。煤流运输系统距离长，运输线设备空载、轻载时间长。目前大多煤矿井下煤流运输系统采用粗放的生产模式(逆煤流启顺煤流停，生产过程中主运带式输送机长期空转)，负载匹配率低、设备空转率高，综合效率低。不仅浪费电能、更是减少传动设备、如滚筒、电机、减速器、托辊等设备的使用寿命。当前针对带式输送机智能调速检测和控制设备在煤矿企业也有尝试性应用，但均未得到普及，存在煤料检测精度不高、调速运行效果不好，易造成打滑、堆料等问题。为实现带式输送机调速运行常态化运行需解决以下两个问题：

(1)本机带式输送机调速时间的临界值

所有采用变频器驱动的带式输送机均可实现0到满速的无极调速，变频器均是采用斜坡线加减速，在空载情况下不频繁调速均不会出现打滑、叠带等问题。所以防止发生打滑、叠带等问题，将带式输送机的调速时间控制在合理范围内。

(2)前级带式输送机堆煤的临界条件

载料运行时调速易发生堆煤、撒料等问题，所以防止堆煤、撒煤才是能否调速，调多少速度的关键。根据前级带式输送机带宽、带速、调速响应时间计算出堆煤的临界值，然后对后续来煤的煤量及煤量加速度，并对煤流量积分和预判，根据调速区间划分，给出本机胶带机运行速度。

由此可见，现急需提供一种可靠性高的带式输送机调速系统来提高带式输送机的运行稳定性为本领域需解决的问题。

发明内容

针对于现有带式输送机智能调速检测和控制设备稳定性低的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其通过带式输送机调速控制系统来测试煤流量和速度值以及搭配煤流量和调速的计算模块来实时自适应调节主运系统转速，在此基础上，还提供了控制方法，很好地克服了现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，包括若干煤流量检测传感器，若干速度检测传感器，若干智能煤流防爆控制箱，若干以太网交换机和监控服务器；所述若干煤流量检测传感器和若干速度检测传感器分别设置于带式输送机上并分别与智能煤流防爆控制箱数据连接，用于检测输送机上的煤量体积及输送机的带速并将数据传输给智能煤流防爆控制箱；所述若干智能煤流防爆控制箱分别与以太网交换机进行数据连接；所述若干以太网交换机依次连接构成环形的网络拓扑并与监控服务器进行数据连接。

进一步地，所述监控服务器包括工控机，监控系统和调速控制单元；所述调速控制单元对煤流量检测传感器和速度检测传感器所测到的数据进行收集及计算，并通过监控系统进行显示以及通过工控机对带式输送机的调速，来防止带式输送机调速过程中打滑和叠带以及堆料。

进一步地，所述调速控制单元包括第一级带式输送机煤流量计算模块、第二级带式输送机煤流量和调速值计算模块。

进一步地，所述第一级带式输送机煤流量计算模块基于如下计算方式：

Q1＝K1*V1*M

其中：Q1为第一级带式输送机煤流量；K1为第一级带式输送机煤流量计算系数；V1为第一级带式输送机带速；M为煤流量检测传感器检测煤量体积。

进一步地，所述第二级带式输送机煤流量计算模块基于如下计算方式：

Q2＝K2*V2*M

其中：Q2为第二级带式输送机煤流量；K2为第二级带式输送机煤流量计算系数；V2为第二级带式输送机带速；M为煤流量检测传感器检测煤量体积。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于载荷分布的带式输送机调速控制方法，通过传感器在带式输送机的输送带上形成检测区域，实时监测带式输送机上的煤量体积和输送机带速的状态信息，将检测到的数据传输至监控服务器，通过监控服务器对数据进行计算以及对带式输送机进行调速。

进一步地，还包括带式输送机调速过程中打滑和叠带的调速方法；通过计算第二级带式输送机上的传感器距离第一级带式输送机机头的位置，来使煤量体积的检测与第二级带式输送机调速有一个时间提前量，从检测到煤量体积变化到煤料到达第二带式输送机的时间，在此时间段内第二级带式输送机可完成加速过程。

进一步地，第二级带式输送机上的传感器距离第一级带式输送机机头的位置的距离基于如下方式计算；

S＝V*t

其中，V为第一级带式输送机的满速值；

T为第二级带式输送机从25％V加速到100％V的时间；

进一步地，还包括带式输送机调速过程中不堆料的调速方法，通过检测带式输送机的带速并通过计算后进行调速，在设定时间内调整带速达到额定带速，以满足运量要求。

进一步地，带式输送机调速过程中不堆料的调速控制方式如下：

Q1＝K1*V1*M

Q2＝K2*V2*M

Q2≥Q1，即第二级带式输送机煤流量大于等于第一级带式输送机煤流量。

本发明提供的基于载荷分布的带式输送机调速控制方案，其通过带式输送机调速控制系统来测试煤流量和速度值以及搭配煤流量和调速的计算模块来实时自适应调节主运系统转速，大大提高了带式输送机在运行时的稳定性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本基于载荷分布的带式输送机调速控制系统的整体结构示意图。

下面为附图中的部件标注说明：

100.第一级带式输送机200.第二级带式输送机300.第三级带式输送机400.煤流量检测传感器500.智能煤流防爆控制箱600.防爆以太网交换机700.服务器800.速度检测传感器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

基于现有带式输送机智能调速检测和控制设备存在稳定性不高的问题，本方案针对于此技术问题提供了一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其通过带式输送机调速控制系统来测试煤流量和速度值以及搭配煤流量和调速的计算来最终实现“煤多快转，煤少慢转”的控制系统。

本方案提供的带式输送机调速控制系统，是由若干煤流量检测传感器400，若干速度检测传感器800，若干智能煤流防爆控制箱500，若干以太网交换机600和监控服务器700组成。

参见图1，首先，本方案针对于带式输送机调速控制系统，示例采用了三级带式输送机；分别为第一级带式输送机100，第二级带式输送机200和第三级带式输送机300；其中，第二级带式输送机100作为本机带式输送机时，第一级带式输送机100为第二级带式输送机200的前级带式输送机；第二级带式输送机200为第三级带式输送机300的前级带式输送机，本方案在应用时，通过两级带式输送机相互配合运行。

其中，若干煤流量检测传感器400与若干速度检测传感器800前分别放置于每级带式输送机的两侧，对带式输送机形成检测区域。其中，煤流量检测传感器400设置于速度检测传感器800的第一方位并靠近前级带式输送机，能够对本机带式输送机的调速可以进行煤流量的预检测。

具体的，煤流量检测传感器400设置于每级带式输送机上煤料所在的区域的一侧，用于对煤流量进行检测。

每个煤流量检测传感器400与智能煤流防爆控制箱500进行线连接，将检测的煤流量数据传输给智能煤流防爆控制箱500进行采集。

本方案中的煤流量检测传感器400优选采用YBM127煤流量检测传感器，其可采用双目视觉三维成像原理，准确的检测出带式输送机上煤料的三维轮廓，通过三维数据点阵计算出区域煤料体积，检测精度误差小于5％，满足煤流量检测精度要求。

这里煤流量检测传感器400的组成结构和具体的工作原理为本领域技术人员所熟知，这里就不加以赘述。

速度检测传感器800设置于每部带式输送机的输送带的另一侧上，其用于实时检测每部带式输送机的实际带速。

速度检测传感器800与煤流防爆控制箱500进行线连接，将检测的输送带的输送速度的数据传输给煤流防爆控制箱500进行采集。

本方案中的速度检测传感器800优选采用GSC5000B转速传感器，其检测范围可达到0～6m/s；且每个速度检测传感器800与智能煤流防爆控制箱500的第二端口进行连接，将检测的输送带的带速信号传送给智能煤流防爆控制箱500。

这里的速度检测传感器800的组成结构和具体的工作原理为本领域技术人员所熟知，这里就不加以赘述。

速度检测传感器800与煤流量检测传感器400的配合使用，能够通过煤料的体积及运输煤料的输送带的速度来判断煤料量的位置分别，并传输给智能煤流防爆控制箱500，为自适应调速提供了数据基础。

智能煤流防爆控制箱500用于实现对沿线煤流量检测传感器400、速度检测传感器800和原带式输送机PLC控制箱信号的采集。

智能煤流防爆控制箱500各站点之间通过分别与以太网交换机600和监控服务器700依次连接，可将信息通过以太网交换机600传输到监控服务器700内，实现数据的监视和处理。

以太网交换机600是一种宽带通信设备，用于煤矿井下数据的传输和交换。

由于本方案中的调速控制系统在应用时位于井下，因此，本方案中以太网交换机优选采用防爆以太网交换机600，能够更好适应恶劣的煤矿环境。

本方案中采用的为四个防爆以太网交换机600，其中三台分别与智能煤流防爆控制箱500进行连接；这里的防爆以太网交换机600的数量应不少于三台，其在应用时的具体数量不做限定，可根据实际情况而定。

防爆以太网交换机600符合IEEE802.3、IEEE802.3u以太网标准，提供1000M快速以太网的能力。

本方案通过四台防爆以太网交换机600上均设有两个用于组成环网的端口，依次连接可构成环形的网络拓扑，并与监控服务器700连接；本方案通过将若干台交换机600依次连接构成环形拓扑结构，能够大大可以组成光纤自愈环网，提高了系统可靠性。

监控服务器700为整调速控制系统的核心，可配置在地面也可配置在煤矿井下。监控服务器700配有工控机，监控系统和调速控制单元。

其中，监控系统与交换机600进行线连接，能够将交换机600传输的数据通过监控系统显示出来并随时监控。

调速控制单元与交换机600配合连接，用于对交换机600传输的数据进行相应的对比及处理。

调速单元与工控机进行信号连接；通过调速单元发送指令至工控机，能够驱动工控机对输送带的速度进行相应的调节。

这里工控机的构成方案为本领域技术人员所熟知，这里就不加以赘述；监控系统的构成不做限定，作为举例，可为操控面板或液晶显示屏等。

其中，带式输送机的调速控制单元包括前级带式输送机煤流量计算模块、本机带式输送机煤流量和调速值计算模块。

其中，带式输送机煤流量计算模块需满足如下条件式：

煤流量＝计算系数*带速*检测体积

符号定义如下：

Q1：前级带式输送机煤流量(t/s)

Q2：本级带式输送机煤流量

V1：前级带式输送机带速(m/s)

V2：本级带式输送机带速

M：煤流量检测传感器检测煤量体积(m³)

K1：前级带式输送机煤流量计算系数,K1＝煤散料相对密度/前级带式输送机带宽＝1/D1；

K2：本级带式输送机煤流量计算系数，K2＝煤散料相对密度/本级带式输送机带宽＝1/D2；

其中，V1和V2通过设置在两级带式输送机上的速度检测传感器800测出；M通过设置在煤流量检测传感器400测出；D1为前级带式输送机带宽，D2为本级带式输送机带宽。

则前级带式输送机的煤流量：

Q1＝K1*V1*M

本级带式输送机的煤流量：

Q2＝K2*V2*M

通过上述的带式输送机自适应调速控制单元可解决下面两个带式输送机在运输过程中所存在的问题。

以下举例说明一下本方案在使用时的工作过程；这里需要说明下述内容只是本方案的一种具体应用示例，并不对本方案构成限定。

(1)解决带式输送机调速过程中打滑或叠带的方法：

带式输送机调速过程中发生打滑、叠带等问题，是由于变频器输出速度调整，而对应的张紧力调整不及时造成。张紧装置的响应时间不易调整，只要将变频器调速时间延长即可解决这个问题。

本发明提出的方法是根据前级带式输送机的带速合理布置煤流量检测传感器400，使煤流量的检测与本机带式输送机调速有一个时间提前量，从检测到煤量变化到煤料到达本机带式输送机的时间t，在时间t内完成带式输送机的加速过程。

煤流量检测传感器所安装的位置可根据以下算式来算出安装位置：

S＝V*t

其中，V为第一级带式输送机的满速值；

T为第二级带式输送机从25％V加速到100％V的时间；

例如：第一级带式输送机的满速值为4.5m/s，t从25％V加速到100％V的时间为50s：

S＝V*t＝4.5m/s*50s＝225m

则在煤量检测传感器400安装距离前级带式输送机机头225m的位置。

(2)解决带式输送机调速过程中堆煤的方法：

运量的调整实际是带速的调整，只要在限定的时间内达到额定带速即可满足运量要求。

则不堆料需满足：

Q1＝K1*V1*M

Q2＝K2*V2*M

Q2≥Q1

即本机带式输送机运量大于等于前级带式输送机运量。

为防止带式输送机频繁调速，对带式输送机机械部件造成冲击，采用分档调速的方法，本方案可分设四档；其中四档的带速分别对应为25％，50％，75％，100％；煤量体积对应带速分别为0～20％，20％～40％，40％～70％，70％～100％。

本方案给出的基于载荷分布的带式输送机调速控制方案，其通过传感器在带式输送机的输送带上形成检测区域，实时监测带式输送机上的煤量体积和输送机带速的状态信息，将检测到的数据传输至监控服务器，通过监控服务器对数据进行计算以及对带式输送机进行调速。

由上述方案构成的带式输送机调速控制方案，其通过带式输送机调速控制系统来测试煤流量和速度值以及搭配煤流量和调速的计算模块来最终实现“煤多快转，煤少慢转”的控制系统，实时自适应调节主运系统转速，可降低能耗，减少设备磨损，延长设备生命周期。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其特征在于，所述带式输送机调速控制系统针对三级带式输送机，分别为第一级带式输送机，第二级带式输送机和第三级带式输送机；所述第二级带式输送机作为本机带式输送机，所述第一级带式输送机为第二级带式输送机的前级带式输送机；所述第二级带式输送机为第三级带式输送机的前级带式输送机，同时通过两级带式输送机相互配合运行；同时，所述带式输送机调速控制系统包括若干煤流量检测传感器，若干速度检测传感器，若干智能煤流防爆控制箱，若干以太网交换机和监控服务器；

若干煤流量检测传感器与若干速度检测传感器分别放置于每级带式输送机的两侧，对带式输送机形成检测区域；其中，煤流量检测传感器设置于速度检测传感器的第一方位并靠近前级带式输送机，能够对本机带式输送机的调速可以进行煤流量的预检测；每个速度检测传感器设置于每部带式输送机的输送带的另一侧上，其用于实时检测每部带式输送机的实际带速，每个煤流量检测传感器与智能煤流防爆控制箱进行线连接，将检测的煤流量数据传输给智能煤流防爆控制箱进行采集；速度检测传感器与煤流防爆控制箱进行线连接，将检测的输送带的输送速度的数据传输给煤流防爆控制箱进行采集；

若干智能煤流防爆控制箱用于实现对沿线煤流量检测传感器、速度检测传感器和原带式输送机PLC控制箱信号的采集；智能煤流防爆控制箱各站点之间通过分别与以太网交换机和监控服务器依次连接，可将信息通过以太网交换机传输到监控服务器内，实现数据的监视和处理；

监控服务器对数据进行处理并对带式输送机进行调速；

所述速度检测传感器与煤流量检测传感器配合使用，能够通过煤料的体积及运输煤料的输送带的速度来判断煤料量的位置，并传输给智能煤流防爆控制箱，为自适应调速提供了数据基础；

所述监控服务器中的调速控制单元根据前级带式输送机的带速合理布置煤流量检测传感器，使煤流量的检测与本机带式输送机调速有一个时间提前量，从检测到煤量变化到煤料到达本机带式输送机的时间t，并在时间t内完成带式输送机的加速过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其特征在于，所述监控服务器包括工控机，监控系统和调速控制单元；所述调速控制单元对煤流量检测传感器和速度检测传感器所测到的数据进行收集及计算，并通过监控系统进行显示以及通过工控机对带式输送机的调速，来防止带式输送机调速过程中打滑和叠带以及堆料。

3.根据权利要求2所述的一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其特征在于，所述调速控制单元包括第一级带式输送机煤流量计算模块、第二级带式输送机煤流量和调速值计算模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其特征在于，所述第一级带式输送机煤流量计算模块基于如下计算方式：

Q1＝K1*V1*M

其中：Q1为第一级带式输送机煤流量；K1为第一级带式输送机煤流量计算系数；V1为第一级带式输送机带速；M为煤流量检测传感器检测煤量体积。

5.根据权利要求3所述的一种基于载荷分布的带式输送机调速控制系统，其特征在于，所述第二级带式输送机煤流量计算模块基于如下计算方式：

Q2＝K2*V2*M

其中：Q2为第二级带式输送机煤流量；K2为第二级带式输送机煤流量计算系数；V2为第二级带式输送机带速；M为煤流量检测传感器检测煤量体积。

6.一种基于载荷分布的带式输送机调速控制方法，其特征在于，所述带式输送机调速控制方法基于权利要求1-5中任一项所述的带式输送机调速控制系统，通过传感器在带式输送机的输送带上形成检测区域，实时监测带式输送机上的煤量体积和输送机带速的状态信息，将检测到的数据传输至监控服务器，通过监控服务器对数据进行计算以及对带式输送机进行调速。

7.根据权利要求6所述基于载荷分布的带式输送机调速控制方法，其特征在于，还包括带式输送机调速过程中防止打滑和叠带的调速方法；通过计算第二级带式输送机上的传感器距离第一级带式输送机机头的位置，来使煤量体积的检测与第二级带式输送机调速有一个时间提前量，从检测到煤量体积变化到煤料到达第二带式输送机的时间，在此时间段内第二级带式输送机可完成加速过程。

8.根据权利要求7所述基于载荷分布的带式输送机调速控制方法，其特征在于，第二级带式输送机上的传感器距离第一级带式输送机机头的位置的距离基于如下方式计算；

S＝V*t

其中，V为第一级带式输送机的满速值；

T为第二级带式输送机从25％V加速到100％V的时间。

9.根据权利要求6所述基于载荷分布的带式输送机调速控制方法，其特征在于，还包括带式输送机调速过程中不堆料的调速方法，通过检测带式输送机的带速并通过计算后进行调速，在设定时间段内调整带速达到额定带速，以满足运量要求。

10.根据权利要求9所述基于载荷分布的带式输送机调速控制方法，其特征在于，带式输送机调速过程中不堆料的调速控制方式如下：

Q1＝K1*V1*M

Q2＝K2*V2*M

Q2≥Q1，即第二级带式输送机煤流量大于等于第一级带式输送机煤流量。

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