1、主井带式输送机实施技术改造的背景
晋城无烟煤矿业集团公司成庄矿主斜井带式运输机，是我国煤炭系统引进的第一条长距离变频驱动的
带式运输机。输送带全长2 667 m，宽度1.4m，带强3500 N/mm．物料提升高度约为184 m，最大倾角130，平均倾角4°，设计运量为1350t/h，运行速度为4 m/s。输送机采用双滚筒三电机驱动方式，其机头驱动滚筒同时又作为卸载滚筒，控制部分采用变频调速技术，实现三台驱动电机的软起动和功率平衡。随着矿井的不断延伸，其运量需进一步提升，这样，系统运行的问题越来越多，输送能力不能满足矿井发展的需要，主要表现在以下几方面：
(1)变频驱动系统控制模式不合理，输送机速度超过3 m/s后，振动会逐渐加大，系统不能稳定运行，致使运量只能控制在1000 t/h，输送机达不到原设计运量。
(2)由于产量提升，输送机运量需提升至1770t/h，不仅原驱动电机的容量必须增大，而且变频器容量也不能满足要求。
(3)原有变频器采用模拟电路进行控制，控制方式落后，且为水冷方式，系统故障率高，不能满足矿井安全生产。
由于以上原因，成庄煤矿必须对现有系统进行改造，必须将系统输送能力提升至1770t/h。根据计算和分析，需将电机容量更换为900 kW，减速器也需要重新选型，同时要更新变频驱动系统，并实现输送机多电机驱动。
确定了合理的主从控制模式后，可达到既实现电机之间功率和力矩平衡，又减小对输送机设备的冲击。
2、技术改造方案
(1)双滚筒三电机驱动模式
带式输送机采用双滚筒三电机驱动的物理模型，其输送机自动张紧装置设在机头回程侧，驱动模型如图1所示。
通过建立输送机变频驱动机电耦合数学模型，为进一步研究双滚筒三电机驱动的输送机系统的加速特性、控制原则和策略等提供了理论基础。
(2)输送机起动过程的抛物线组合加速度控制曲线
输送机起动过程中分为三个阶段：初始起动阶段，由牵动整条输送带所需时间确定；静阻力施加于驱动滚筒的阶段，由静阻力从最后一个托辊组反射回驱动滚筒所需的时间确定；输送机起动到额定速度的阶段。为了使输送机起动过程平稳，减小动张力，输送机的起动有一个预加速及低速爬行阶段和主加速阶段。目前，带式输送机广泛使用的加速度控制曲线有：澳大利亚Harrsion的正弦形加速度控制曲线，美国Nordell的三角形加速度控制曲线等。
通过理论分析与仿真研究发现，采用抛物线、正弦形、三角形加速度曲线与sm(31rt/T)合理组合，可以削平抛物线、正弦形、三角形的峰值，研究发现，其抛物线组合加速度曲线的峰值最小。从限制输送带动张力的角度考虑，抛物线组合加速度曲线为最佳。
(3)确定合理的主从控制模式
通过对输送机的速度控制原则，力矩控制原则，功率控制原则，以及综合控制原则的理论分析，计算机仿真，以及大量的工业实验研究，确定控制原则为：以I级驱动的l#电机为主驱动，按速度给定的2’电机按力矩跟踪；Ⅱ级驱动的3’电机按给定速度的1.1倍跟踪，并进行力矩限制。这种主从控制模式不仅能保证输送机系统正常运行，而且其组合加速度达到最佳状态。
3、具体改造内容
(1)更换电机，变频器及减速器
更换原型号为HM65的3台750 kW水冷电机，全部选用西门子公司生产的型号为ILA4 500-4CV90-2的900 kW风冷式电机。将原CE型3台水冷变频器，全更换为西门子公司生产的6SE8014 -1AAOI-Z型风冷变频器。将原戴维．布朗公司生产的B3-500型3台水冷减速器（速比为26.98），全部更换为德国FLENDER公司生产的B3SH-19型（速比为25.409）风冷减速器。
(2)采用闭环控制技术
西门子公司的6SE8014-1AAOI-Z型变频器采用高精度的矢量控制技术，其控制核心为全数字化SIMADYN D（32位），采用闭环控制。协调3台变频器之间的主从控制及远端控制功能，增设1台西门子S7 -300PLC可编程控制器来完成此项功能。
4、改造完成后的效果分析
(1)技术改造前带式输送机曾出现滚筒因输送带受力分配不均局部过载而造成主驱动滚筒轴承损坏，二次滚筒断轴减速器齿面剥落等故障，通过改造后，采用抛物线组合加速度起动曲线，其输送机启动和停止时张力曲线更加平缓，有效地限制了输送带的动张力和弹性振动，成功解决了起动冲击对输送机造成的损害，有效抑制了输送带的抖动现象，驱动滚筒、改向滚筒、减速器、托辊等部件的机械工况也得到了明显改善。
(2)从多滚筒、多电机的驱动系统和控制系统出发，运用输送机变频驱动矢量控制技术，实现了各驱动滚筒的牵引力和牵引功率的均衡分配，采用以I驱动的14电机为主驱动，按速度给定，I驱动的29电机按力矩跟踪，Ⅱ驱动的34电机按给定速度的1.1倍跟踪，并进行力矩限制的工作模式。这种优化多电机主从控制原则，使3台电机的功率分配更加均匀，保证了输送机系统正常工作。从运行图中可以看出，3台驱动电机启动、停止时电流、速度曲线重合度非常好，组合加速度为最佳状态，极大地减小了系统的弹性振动。
(3)系统改造完成后，主井输送机运量有了很大的提升，运量由1000t/h提升至1770 t/h，运行速度达到4 m/s，系统运行平稳，为成庄矿下一步发展创造了必要条件。
5、经济效益分析
通过运用合理的控制原则，不仅保证了带式输送机系统安全，而且节省了能耗。按可以延长设备寿命为2年计算，每年设备的折旧为100万元，可节约资金为200万元/a；改造完成后，大大提升了矿井主运系统的能力，按每天运行18 h、每年生产日为330 d、每吨净利润为120元计算，每年可创造的经济效益：(1 770 -1 000) x18 x330 x120 =54 885.6万元/a。总的经济效益合计为：200+54 885.6=55335.6万元/a—5.5亿元/a
