皮帶機(jī)電控系統(tǒng)主要特征與工作原理

楊軍+陳志強(qiáng)

摘 要：在煤礦上，運(yùn)輸系統(tǒng)主要由皮帶機(jī)、刮板輸送機(jī)和提升機(jī)組成，而在數(shù)量上以皮帶機(jī)為主。皮帶機(jī)的運(yùn)行環(huán)境惡劣，運(yùn)輸線路長(zhǎng)，運(yùn)行空間粉塵大、濕度高，用電設(shè)備功率大、電壓高、對(duì)電網(wǎng)沖擊大、對(duì)電控系統(tǒng)的電磁干擾大。因此，煤礦皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的研究一直備受關(guān)注。本文將對(duì)皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的特征、功能、構(gòu)成及原理進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：煤礦；皮帶機(jī)；電控系統(tǒng)

一、皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的主要特征

第一，實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)沿線保護(hù)、各類溫度保護(hù)、張緊裝置、變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的集中統(tǒng)一控制，使皮帶機(jī)原來各自獨(dú)立部分整合為一個(gè)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

第二，利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的監(jiān)控，可以提高電控系統(tǒng)的可靠性，降低成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間互連使信息共享，并且控制系統(tǒng)擴(kuò)展容易、維護(hù)方便。

第三，可以對(duì)變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)提供開關(guān)量和模擬量控制信號(hào)，使所控設(shè)備按要求的最佳曲線進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行，滿足了大功率皮帶機(jī)的起動(dòng)要求，延長(zhǎng)了皮帶的使用壽命。

第四，通過軟件實(shí)現(xiàn)功率平衡，使電機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

第五，控制箱觸摸屏實(shí)現(xiàn)漢化界面，各種狀態(tài)顯示一目了然，便于現(xiàn)場(chǎng)人員隨時(shí)了解系統(tǒng)的狀態(tài)及故障原因。

第六，具備網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以很容易地并入礦井監(jiān)控系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)常見問題的提出

（一）綜合監(jiān)控?zé)o法進(jìn)行

安全保護(hù)系統(tǒng)、軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)張緊系統(tǒng)信息不能共享，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)的綜合監(jiān)控，更不能與礦井其它監(jiān)控系統(tǒng)連接，不能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與煤礦信息系統(tǒng)的集成。

（二）在安全保護(hù)方面存在缺陷

為了提高皮帶機(jī)運(yùn)行的可靠性、安全性，減少故障，多種檢測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、減速器和皮帶機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)故障檢測(cè)。然而這些系統(tǒng)往往是相互獨(dú)立的，沒有實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動(dòng)、輸送機(jī)運(yùn)行過程到運(yùn)行環(huán)境檢測(cè)的信息綜合。

（三）故障檢測(cè)系統(tǒng)不夠完善

故障檢測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)率高，因?yàn)檎`報(bào)將造成皮帶機(jī)不應(yīng)有的停機(jī)，給生產(chǎn)造成損失。

三、皮帶機(jī)電控系統(tǒng)

皮帶機(jī)電控系統(tǒng)主要由控制箱、操作箱、各種傳感器、PROMOS皮帶保護(hù)等組成。

（一）操作箱

操作箱由IS-RPI網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程I/O模塊組成，其功能是采集現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器的信號(hào)。每臺(tái)IS-RPI網(wǎng)關(guān)可帶8路多通道I/O模塊，即8路模擬量輸入、8路模擬量輸出、8路溫度輸入、8路開關(guān)量輸入、8路開關(guān)量輸出、頻率輸入雙通道。IS-RPI網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程I/O模塊均由本安電源供電。

（二）控制箱

控制箱采用AB公司的PLC和2711-710G9觸摸屏，可輸入16組開關(guān)量、2組模擬量，如絞車電機(jī)輸入等隔爆型開關(guān)的狀態(tài)；輸出16組開關(guān)量、2組模擬量，如主電機(jī)控制、張緊絞車控制、閘電機(jī)控制等。其內(nèi)裝有PLC、本安電源、隔離柵和網(wǎng)卡等。控制箱的功能是：①給操作箱提供本安電源；②控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；③在DH+網(wǎng)和通用I/O之間或以太網(wǎng)、ControlNet和DevieceNet之間實(shí)現(xiàn)橋接；④顯示設(shè)備狀態(tài)；⑤與上位機(jī)通訊。

（三）觸摸屏

控制箱上的觸摸屏能夠顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及各種現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行狀態(tài)。

（四）PROMOS皮帶保護(hù)

KJ50型PROMOS皮帶保護(hù)用于電控系統(tǒng)，主要完成皮帶的沿線保護(hù)，如跑偏、堆煤、煙霧、縱撕、急停閉鎖及語音通訊等。其中擴(kuò)音電話除了作為對(duì)講通信外，還作為該系統(tǒng)起車預(yù)警信號(hào)的輸出設(shè)備。

四、皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理

（一）基本原理

皮帶機(jī)在井下并不是單獨(dú)使用，往往是多部輸送機(jī)一起工作，因此啟動(dòng)順序必須是前一級(jí)設(shè)備啟動(dòng)后，下一級(jí)設(shè)備方可啟動(dòng)。在前級(jí)閉鎖解除后，皮帶電控系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)的各部狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)判斷，具備起車條件后，才能啟動(dòng)。起車時(shí)，皮帶電控首先對(duì)PROMOS傳送過來的信號(hào)進(jìn)行判斷，如跑偏、堆煤、縱撕、急停閉鎖等，若各信號(hào)正常才能進(jìn)入下一程序；其次，根據(jù)皮帶機(jī)頭各傳感器返回的信號(hào)檢測(cè)制動(dòng)閘及各開關(guān)狀態(tài)是否正常；最后，判斷皮帶張力是否在允許啟動(dòng)范圍內(nèi)。當(dāng)皮帶機(jī)各部分都處于正常狀態(tài)，具備起車條件，才會(huì)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)發(fā)出起車指令后，變頻器得電，給控制箱返回工作信號(hào)?？刂葡浒l(fā)出變頻運(yùn)行信號(hào)，變頻器按控制箱給定的運(yùn)行信號(hào)輸出頻率和電壓變化的電源，控制電機(jī)按給定的“S”形曲線軟啟。與此同時(shí)，控制箱發(fā)出指令使抱閘打開，并檢測(cè)抱閘是否完全打開。若抱閘未打開或未完全打開，將關(guān)閉運(yùn)行信號(hào)，使變頻器停止運(yùn)行，同時(shí)在觸摸屏上給出故障信號(hào)。

當(dāng)皮帶達(dá)到額定速度，電控系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)皮帶速度與滾筒速度，當(dāng)二者速度差值超過規(guī)定值，緊急停車，并發(fā)出打滑報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)溫度、減速器溫度、軸承溫度、皮帶張力、電機(jī)電流、抱閘狀態(tài)、變頻狀態(tài)、PROMOS狀態(tài)等，當(dāng)任一項(xiàng)指標(biāo)或狀態(tài)不正常時(shí)，系統(tǒng)緊急停車并報(bào)警。

（二）功率平衡原理

隨著科技的發(fā)展，煤礦的生產(chǎn)能力得到不斷的提升，因而要求運(yùn)輸能力也要不斷加強(qiáng)。運(yùn)量更大的1.2m、1.4m皮帶機(jī)相繼應(yīng)運(yùn)而生，皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也就由以前的單機(jī)驅(qū)動(dòng)，變?yōu)殡p機(jī)驅(qū)動(dòng)甚至多機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨之而來的功率平衡問題也就產(chǎn)生了。

對(duì)于類似由變頻驅(qū)動(dòng)的雙機(jī)系統(tǒng)，功率平衡尤為重要。當(dāng)兩臺(tái)電機(jī)出力不均勻時(shí)，必將導(dǎo)致一臺(tái)電機(jī)過載而另一臺(tái)電機(jī)欠載，往往會(huì)使驅(qū)動(dòng)的變頻器過壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使過載的電機(jī)燒毀，甚至可能使變頻器主回路的IGBT模塊損壞。

針對(duì)這種情況，該電控系統(tǒng)對(duì)兩臺(tái)變頻器的輸出電流進(jìn)行采樣比較，以其中的一臺(tái)為主機(jī)，另一臺(tái)為從機(jī)，通過改變從機(jī)的控制信號(hào)，使其始終跟隨主機(jī)而變化。當(dāng)從機(jī)的電流大于主機(jī)時(shí)，降低從機(jī)的給定信號(hào)，從而使從機(jī)的輸出減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，負(fù)荷減輕，電流變??；當(dāng)從機(jī)的電流小于主機(jī)時(shí)，提高從機(jī)的給定信號(hào)，從而使從機(jī)的輸出增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，負(fù)荷加大，電流變大。最終使兩臺(tái)電機(jī)負(fù)荷基本一致，電流在允許的范圍內(nèi)。采用軟件控制使功率達(dá)到平衡這種方法，已經(jīng)通過實(shí)際驗(yàn)證了其可行性。

五、結(jié)束語

綜合多方面的信息，利用智能判斷方法，集成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全保護(hù)系統(tǒng)、變頻軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)張緊系統(tǒng)的信息共享，完全滿足井下大功率皮帶機(jī)運(yùn)行環(huán)境和生產(chǎn)過程的控制要求，具有很好的推廣價(jià)值，更為皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。