長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)電氣及控制研究

【摘要】隨著全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的高速發(fā)展，目前港口、煤礦、發(fā)電廠等各行業(yè)對(duì)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求越來(lái)越高，其設(shè)計(jì)理念也在逐步發(fā)展，尤其是在相關(guān)電氣及控制方面。本文將以實(shí)際工程為例針對(duì)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的電氣及控制問(wèn)題進(jìn)行探討分析。

【關(guān)鍵詞】帶式輸送機(jī)；長(zhǎng)距離；大運(yùn)量

1、前言

長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)通常情況下需要多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)除了要考慮單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的要求，例如啟停過(guò)程當(dāng)中盡量減小輸送帶負(fù)荷變化，避免輸送帶所承受的張力突變等；還要解決各電動(dòng)機(jī)啟停和運(yùn)行過(guò)程中的功率平衡。否則，會(huì)造成各電機(jī)的拖動(dòng)電流不平衡，出現(xiàn)其中某臺(tái)電機(jī)過(guò)載或過(guò)流故障，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生電動(dòng)機(jī)或滾筒斷軸、輸送帶崩斷、機(jī)身變形、張緊裝置拉翻等事故，威脅到設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全。因此，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的電氣及控制要解決2個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間或降低啟動(dòng)加速度來(lái)降低輸送帶上張力；二是帶式輸送機(jī)的各驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率平衡問(wèn)題。

2、工程實(shí)踐

下面以山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)泉公司常順礦至上社礦長(zhǎng)度為5km的管狀帶式輸送機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為管帶機(jī)）工程實(shí)踐為例，從幾方面對(duì)其電氣及控制系統(tǒng)進(jìn)行探討分析。

2.1配電系統(tǒng)

管帶機(jī)的10KV供電采用機(jī)頭、機(jī)尾配電點(diǎn)分別供電的方式，由礦方將10KV電源分別引至機(jī)頭、機(jī)尾的高壓進(jìn)線柜。機(jī)頭、機(jī)尾高壓配電系統(tǒng)除高壓進(jìn)線柜外，還分別配置PT柜1臺(tái)、饋線柜3臺(tái)。其中，2臺(tái)饋線柜給高壓變頻器供電，1臺(tái)饋線柜給10KV/0.4KV變壓器供電。變壓器出現(xiàn)引至低壓配電裝置，再由低壓配電裝置配電至所需用電設(shè)備。

管帶機(jī)系統(tǒng)用電為頭、尾分別供電，由此帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題就是，如果頭尾兩路供電中有一路電源失電而另一路電源正常，會(huì)造成機(jī)頭或機(jī)尾電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)。若此情況持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間則會(huì)引起正在運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的高壓變頻器報(bào)過(guò)流、過(guò)負(fù)荷故障；嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸送帶斷帶、管帶機(jī)機(jī)架拉翻等嚴(yán)重后果。必須在控制系統(tǒng)中加以監(jiān)控，做到一路電源失電管帶機(jī)系統(tǒng)整體停車(chē)，以提高系統(tǒng)可靠性。

2.2變頻器系統(tǒng)

如今的長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)使用比較普遍的驅(qū)動(dòng)方式有鼠籠電動(dòng)機(jī)差動(dòng)式輪系液粘調(diào)速裝置（CST）、鼠籠電動(dòng)機(jī)調(diào)速型液力耦合器、變頻調(diào)速裝置加變頻電動(dòng)機(jī)，本管帶機(jī)選用高壓變頻器加高壓變頻電動(dòng)機(jī)的方式，在輕載及重載工況時(shí)，均能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車(chē)過(guò)程、實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率平衡，并且可調(diào)整輸送帶運(yùn)行速度滿足實(shí)際需要。由于管帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用頭2臺(tái)、尾2臺(tái)的方式布置，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，分別在機(jī)頭、機(jī)尾各放置3臺(tái)變頻器，其中各有1臺(tái)變頻器為備用，且在3臺(tái)變頻器中要選擇使用其中任意兩臺(tái)。為更好實(shí)現(xiàn)管帶機(jī)頭部和尾部變頻器的調(diào)速、功率平衡以及各變頻器的投入或切除選擇狀態(tài)，系統(tǒng)在頭部和尾部分別設(shè)置一臺(tái)控制箱，此控制箱以PLC為核心控制周?chē)冾l器，頭部與尾部變頻器控制箱之間通過(guò)光纜連接，讓變頻器成為靈活、有序的一個(gè)整體。

變頻器系統(tǒng)對(duì)于管帶機(jī)是至關(guān)重要的組成部分，對(duì)管帶機(jī)的啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率平衡兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題均起決定性作用。首先，在管帶機(jī)的啟動(dòng)階段先啟動(dòng)頭部?jī)膳_(tái)變頻器，待延時(shí)一定時(shí)間后啟動(dòng)尾部?jī)膳_(tái)變頻器，然后四臺(tái)變頻器在低速段運(yùn)行一段時(shí)間后再加速至設(shè)定速度，這樣可以有效降低管帶機(jī)啟動(dòng)階段輸送機(jī)上的張力突變、延長(zhǎng)管帶機(jī)使用壽命。其次，在管帶機(jī)啟動(dòng)到停機(jī)的全過(guò)程中，4臺(tái)變頻器均以其中設(shè)為主機(jī)的變頻器為基準(zhǔn)調(diào)整其運(yùn)行頻率，確保各電動(dòng)機(jī)的輸出功率平衡。

2.3控制系統(tǒng)

除變頻器系統(tǒng)的使用PLC以外，常順礦至上社礦管帶機(jī)的控制系統(tǒng)也是以PLC為核心的，在機(jī)頭設(shè)置PLC控制柜一臺(tái)、控制操作臺(tái)一臺(tái)；機(jī)尾設(shè)置PLC控制柜一臺(tái)。

機(jī)頭位置的1#PLC控制柜采用西門(mén)子S7-300 PLC的CPU作為控制器，配置以太網(wǎng)通訊模塊與控制操作臺(tái)工控機(jī)進(jìn)行通訊；通過(guò)Profibus通訊與機(jī)頭變頻器系統(tǒng)柜連接，采集變頻器狀態(tài)信號(hào)、控制變頻器的啟停；與機(jī)頭位置的綜合保護(hù)主機(jī)通過(guò)Modbus通訊采集實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管帶機(jī)的全面保護(hù)；與配電饋線柜通過(guò)硬線連接，控制對(duì)應(yīng)配套設(shè)備的啟停、采集相應(yīng)運(yùn)行信號(hào)；并且采集機(jī)尾附近的主電機(jī)溫度信號(hào)、滾筒溫度等等信號(hào)。控制操作臺(tái)以工控機(jī)、液晶顯示器為主，外加按鈕、選擇開(kāi)關(guān)及指示燈，顯示和控制帶式輸送機(jī)及內(nèi)部各配套設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)，并完成主要的操作任務(wù)。機(jī)尾位置的2# PLC控制柜以西門(mén)子ET200遠(yuǎn)程I/O站為中心，通過(guò)Profibus通訊與機(jī)尾變頻器柜連接，采集變頻器狀態(tài)信號(hào)；與380V低壓饋線柜通過(guò)硬線連接，控制對(duì)應(yīng)配套設(shè)備的啟停、采集相應(yīng)運(yùn)行信號(hào)；并且采集機(jī)尾附近的主電機(jī)溫度信號(hào)、滾筒溫度等等信號(hào)。每臺(tái)PLC控制柜均設(shè)置一臺(tái)UPS不間斷電源，給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PLC控制設(shè)備等設(shè)備供電。UPS電源可向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供30分鐘以上電能，可在斷電情況下完成對(duì)管帶機(jī)其必要的操作。在機(jī)頭的1#PLC控制柜和機(jī)尾的2#PLC控制柜中均配置光電交換機(jī)，交換機(jī)之間通過(guò)光纜連接，將機(jī)頭和機(jī)尾部分的控制、監(jiān)測(cè)統(tǒng)一。

管帶機(jī)控制系統(tǒng)控制各配套設(shè)備自動(dòng)、順序啟停，預(yù)留與上、下游設(shè)備的聯(lián)鎖接口，可實(shí)現(xiàn)“逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止”；在管帶機(jī)內(nèi)部能做到各配套設(shè)備的必要邏輯聯(lián)鎖。同時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)管帶機(jī)輸送線整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中各配電設(shè)備的狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到的異常或超限信號(hào)記錄并報(bào)警。如果出現(xiàn)嚴(yán)重故障或某信號(hào)嚴(yán)重超限，管帶機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警、停機(jī)；還有，系統(tǒng)預(yù)留工業(yè)以太網(wǎng)接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可與全礦網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。

2.4保護(hù)系統(tǒng)

為使管帶機(jī)系統(tǒng)安全生產(chǎn)運(yùn)行，預(yù)防機(jī)械部分的損壞，保護(hù)操作人員的安全，便于集中控制和提高自動(dòng)化水平，設(shè)置了綜合保護(hù)裝置。綜合保護(hù)裝置能對(duì)管帶機(jī)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)：

1、運(yùn)行速度：速度傳感器安裝在管帶機(jī)機(jī)頭、尾的下皮帶，可實(shí)時(shí)檢測(cè)輸送帶的運(yùn)行速度，防止管帶機(jī)出現(xiàn)超速、打滑、斷帶等事故。

2、環(huán)境溫度：溫度傳感器檢測(cè)機(jī)頭位置的環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定值時(shí)會(huì)報(bào)警信號(hào)并接通灑水電磁閥進(jìn)行灑水工作。

3、煙霧：安裝于機(jī)頭卸載滾筒的下風(fēng)處，檢測(cè)環(huán)境煙霧含量；當(dāng)傳感器動(dòng)作后發(fā)出停機(jī)信號(hào)并接通灑水電磁閥進(jìn)行灑水工作。

4、堆煤：安裝于機(jī)頭卸載處，防止卸載處出現(xiàn)堆煤而發(fā)生事故。

5、跑偏：跑偏開(kāi)關(guān)安裝在管帶機(jī)頭部和尾部展開(kāi)段兩側(cè)并成對(duì)安裝，當(dāng)輸送帶發(fā)生跑偏時(shí)發(fā)出跑偏信號(hào)，實(shí)現(xiàn)管帶機(jī)跑偏自動(dòng)報(bào)警或停機(jī)功能，以防管帶機(jī)因過(guò)量跑偏而發(fā)生事故。

6、急停閉鎖：安裝在管帶機(jī)沿線，當(dāng)管帶機(jī)出現(xiàn)意外情況時(shí)，操作人員可在管帶機(jī)的任何部位拉動(dòng)急停閉鎖開(kāi)關(guān)，動(dòng)作后，自鎖并發(fā)出停機(jī)信號(hào)，使管帶機(jī)立即停機(jī)。

7、料流檢測(cè)：用于檢測(cè)管帶機(jī)尾部的上煤量是否發(fā)生超限，當(dāng)煤量超過(guò)允許值時(shí)，立即發(fā)出信號(hào)停機(jī)，以防事故發(fā)生。

8、縱向撕裂：安裝于管帶機(jī)尾部受料點(diǎn)承載膠帶下面，能隨時(shí)檢測(cè)出輸送帶縱向撕裂故障并及時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，防止故障擴(kuò)大，減少損失。

3、結(jié)論

通過(guò)以上探討分析及實(shí)踐證明，本管帶機(jī)電氣及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理且行之有效的，可實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的可控啟停、可靠運(yùn)行。

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