鑫巖主斜井帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)

李艷

摘 要：煤礦用帶式輸送機(jī)具有工作環(huán)境復(fù)雜、運(yùn)輸量大、承載能力強(qiáng)以及運(yùn)輸距離較長的特點(diǎn)。輸送機(jī)電控系統(tǒng)包括變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了煤礦帶式輸送機(jī)的啟?？刂萍氨O(jiān)控保護(hù)。鑫巖煤礦主斜井設(shè)有帶式輸送機(jī)一條，擔(dān)負(fù)礦井井下原煤的運(yùn)輸任務(wù)。本帶式輸送機(jī)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)具有統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、記錄、數(shù)據(jù)分析對(duì)比、打印文件和管理等功能，還具備工程師站的管理等功能。系統(tǒng)具有設(shè)備故障自我診斷的能力。當(dāng)其中某個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)并不影響其他的子系統(tǒng)的運(yùn)行，也不影響集中控制系統(tǒng)除該子系統(tǒng)之外的其他功能的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 變頻器 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（a）-0089-01

利用工控機(jī)組態(tài)軟件開發(fā)本集控系統(tǒng)上位機(jī)的管理、監(jiān)控和故障報(bào)警等功能。通過開發(fā)的這款軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)、設(shè)備故障等的顯示、管理和監(jiān)控。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)轉(zhuǎn)入報(bào)警功能。打開報(bào)警窗口，上位機(jī)屏幕上顯示報(bào)警是哪種設(shè)備，哪種類型，并告知生產(chǎn)操作人員報(bào)警的類型和報(bào)警設(shè)備的名稱。同時(shí)，各設(shè)備立即轉(zhuǎn)入報(bào)警狀態(tài)的處理，可即時(shí)地打印出報(bào)表。對(duì)系統(tǒng)的主要生產(chǎn)過程參數(shù)可進(jìn)行查詢、打印出歷史趨勢(shì)圖，以供生產(chǎn)管理調(diào)度人員對(duì)其設(shè)備進(jìn)行查詢和分析。

1 總體技術(shù)要求

1.1 電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)包括0.69 kV變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。

上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用臺(tái)灣研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，配17寸顯示器及彩色打印機(jī)，與PLC控制柜通過電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。利用工控機(jī)的顯示器對(duì)設(shè)備的工做狀態(tài)進(jìn)行模擬，并對(duì)每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作運(yùn)行情況，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。顯示器上各畫面間可以方便地互相進(jìn)行切換。通過對(duì)帶式輸送機(jī)的各種數(shù)據(jù)、參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，利用趨勢(shì)圖對(duì)其進(jìn)行顯示，使生產(chǎn)指揮調(diào)度人員能夠隨時(shí)掌握和控制設(shè)備的工作狀態(tài)和各種相關(guān)參數(shù)。

1.2 功能要求

1.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)要求

本帶式輸送機(jī)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)能夠有效地控制帶式輸送機(jī)柔性負(fù)載的軟起動(dòng)/軟停車的動(dòng)態(tài)過程，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)各個(gè)驅(qū)動(dòng)之間的功率平衡，可以靈活的調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)的帶速。由此可以降低直接起動(dòng)和快速停車過程對(duì)機(jī)械設(shè)備和電氣系統(tǒng)的沖擊，避免撒料與疊帶，有效地抑制帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)張力可能對(duì)皮帶和機(jī)械設(shè)備造成的危害，延長帶式輸送機(jī)的使用壽命[1]。

1.2.2 集中控制的控制方式

（1）集中程序控制：設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的工作方式，由上位機(jī)發(fā)出指令來控制設(shè)備的啟停。（2）人工就地控制：在就地方式下，操作人員可對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟停。（3）檢修方式控制：井下設(shè)備檢修階段，可跳出設(shè)備閉鎖關(guān)系，隨時(shí)任意的啟停任何一個(gè)設(shè)備。（4）動(dòng)方式控制：設(shè)備檢修、調(diào)試過程中經(jīng)常要點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，此工作方式可實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)。

2 設(shè)備選擇

2.1 變頻器

選用西門子630kW變頻器，額定工作電壓Ue=690 V，輸入電壓波動(dòng)-10%～+10%Ue，額定頻率fe=50 Hz，頻率波動(dòng)47～63 Hz。輸出電壓為0～Ue，輸出頻率為0～50 Hz。變頻器主要功能如下。

（1）拖動(dòng)輸送機(jī)的2臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)變頻器要求具有同步通訊功能，以方便實(shí)現(xiàn)2臺(tái)變頻器之間的互鎖和速度同步及力矩輸出均衡[4]。（2）帶式輸送機(jī)空載、重載軟起動(dòng)，空載、重載軟停機(jī)，低速啟動(dòng)帶式輸送機(jī)、急停設(shè)備和突然斷電均應(yīng)滿足工藝專業(yè)的要求。（3）變頻器保護(hù)功能如下：變頻器內(nèi)部故障保護(hù)，負(fù)載側(cè)短路、過流、過壓、欠壓、接地故障、IGBT故障、過熱、預(yù)充電故障、外部故障、電機(jī)/變頻器過載、超速、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、控制電源欠壓、輔助24 V故障、主回路斷電、緊急停車、進(jìn)線電源缺相等。保護(hù)動(dòng)作應(yīng)能發(fā)出硬接線信號(hào)[2]。（4）變頻器具有如下報(bào)警功能。過流、過壓、欠壓、接地故障、IGBT故障、過熱、預(yù)充電故障、外部故障、電機(jī)/變頻器過載、超速、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、并聯(lián)運(yùn)行故障、控制電源欠壓、輔助24 V故障、主回路斷電、緊急停車、進(jìn)線主回路缺相。（5）變頻器的過載要求 。變頻器應(yīng)按重載機(jī)械選型。變頻器的過載能力應(yīng)滿足工藝設(shè)備的正常運(yùn)行要求，如：帶式輸送機(jī)的滿載啟動(dòng)等。

2.2 本控制系統(tǒng)[5-6]

（1）配備：本集控系統(tǒng)集中控制采用西門子S7-400 PLC、電源、通訊接口、中間繼電器等系列產(chǎn)品。PLC采用WinCC編程軟件工具軟件包，用來完成PLC應(yīng)用軟件的開發(fā)編制和本控制系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試、編程工作。工控機(jī)的監(jiān)控軟件采用中文版的工控組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)本控制系統(tǒng)的監(jiān)控、管理和故障報(bào)警。（2）TP系列觸摸屏，可與控制臺(tái)PLC系統(tǒng)相連接，安裝在控制柜面板上。（3）可在觸摸屏上通過按鈕設(shè)定操作參數(shù)。操作人員可通過觸摸屏對(duì)皮帶及附屬設(shè)備進(jìn)行控制，并對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（4）控制柜通訊方式和高壓柜綜保裝置及變頻器連接。（5）具有集控、就地等多種工作方式。（6）配置事故音響，當(dāng)某一重要參數(shù)異常時(shí)，可發(fā)出聲音報(bào)警。（7）系統(tǒng)設(shè)置禁止起動(dòng)的信號(hào)，一旦發(fā)生緊急情況，現(xiàn)場(chǎng)工作人員和控制室操作人員均可解除設(shè)備的起動(dòng)。

2.3 輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是指井下皮帶的集中控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)裝置、通話、語音報(bào)警于一體的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)CAN總線技術(shù)，皮帶沿線保護(hù)裝置均采用總線式，所有檢測(cè)信號(hào)均進(jìn)入帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)自帶的控制主機(jī)內(nèi)，完成整個(gè)系統(tǒng)的集中及分布式控制，兩條控制沿線4+4公里內(nèi)不需要中繼。

帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)自帶的控制主機(jī)配有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，串口通訊采用modbus通訊協(xié)議，可以與其他控制系統(tǒng)或其他采用modbus通訊方式的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和信息共享。

2.4 配電系統(tǒng)

主斜井配電室內(nèi)雙回10 kV進(jìn)線電源取自室外工業(yè)場(chǎng)地動(dòng)照網(wǎng)。高壓配電系統(tǒng)共需KYN28-12型中置式鎧裝移開式金屬封閉高壓開關(guān)柜9臺(tái)，要求為國內(nèi)先進(jìn)、數(shù)字式儀表、數(shù)字式綜合保護(hù)器并具有RS485接口或網(wǎng)絡(luò)接口、具有“5防”功能及各種電氣保護(hù)和閉鎖裝置齊全的新型高壓配電裝置。

主斜井配電室雙回0.4 kV電源雙回取自所內(nèi)變壓器。

3 結(jié)語

鑫巖主斜井帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)于已于2012年12月投入運(yùn)行，變頻器在交流拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用過程中呈現(xiàn)良好的控制性，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并具有軟起動(dòng)功能，可對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行加減速控制，在煤礦實(shí)際生產(chǎn)中創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 周滿山.可控傳動(dòng)裝置的研究[D].青島：山東科技大學(xué)，1997.

[2] 肖祥明.變頻調(diào)速器應(yīng)用中的若干問題探討[J].節(jié)能技術(shù)，2003（6）：37-40.

[3] 趙金.交流調(diào)速系統(tǒng)模糊PID控制[J].自動(dòng)控制，2002（2）：13-16.

[4] 莫麗紅.輸送帶系統(tǒng)多電機(jī)平衡模糊控制器的研究[J].煤礦機(jī)械，2004（6）：27-28.

[5] 易繼鍇，江祥賢，侯媛彬.電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制原理與設(shè)計(jì)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

[6] 李長久.PLC原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.