帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的研究

張雪鋒

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)西曲礦運(yùn)輸三隊(duì)，山西 古交 030200）

引言

鑒于帶式輸送機(jī)運(yùn)量大、費(fèi)用低且連續(xù)運(yùn)輸能力強(qiáng)，其成為煤礦綜采工作面廣泛應(yīng)用的運(yùn)輸設(shè)備。隨著采煤機(jī)技術(shù)及采煤機(jī)截割能力的提升，帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及大功率的方向發(fā)展。由于綜采工作面的環(huán)境相對(duì)惡劣，對(duì)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的防爆性能和容錯(cuò)性提出了更高的要求挑戰(zhàn)。

1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

所研究工作面所選用裝載機(jī)的型號(hào)為SZZ764/160，該型裝載機(jī)的運(yùn)輸能力為1 000 t/h，對(duì)應(yīng)電機(jī)的額定功率為160 kW；破碎機(jī)的生產(chǎn)能力為1 000 t/h；所匹配帶式輸送機(jī)的具體型號(hào)為DSJ1000/80，其運(yùn)輸能力為800 t/h，電機(jī)額定功率為75 kW，該輸送機(jī)有兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)綜采工作面的運(yùn)輸要求為工作面配置三臺(tái)帶式輸送機(jī)。

結(jié)合綜采工作面的生產(chǎn)情況及帶式輸送機(jī)的運(yùn)行特征，為確保帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，要求其自動(dòng)控制系統(tǒng)具有一定的安全性、靈敏性、節(jié)能性等功能。帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)需滿足如圖1 所示的功能要求。

此外，要求自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)控制帶式輸送機(jī)在檢修模式、集成模式和遠(yuǎn)程模式下運(yùn)行；保證每臺(tái)帶式輸送機(jī)沿途隔一定距離設(shè)計(jì)緊急停機(jī)開關(guān)；

要求自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所安裝的傳感器獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)故障信息實(shí)時(shí)報(bào)警并緊急停機(jī)；

基于自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)上位機(jī)用戶還可實(shí)時(shí)查閱設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。

圖1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)功能需求

要求自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)，并根據(jù)設(shè)備的運(yùn)量對(duì)其運(yùn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在達(dá)到節(jié)能效果的同時(shí)避免在突變工況下對(duì)工作面電網(wǎng)造成沖擊[1]。

2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

鑒于綜采工作面環(huán)境相對(duì)惡劣，對(duì)設(shè)備及其自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)硬件的防爆性能及可靠性具有較高的要求。根據(jù)帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的功能要求，綜合分析工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文采用PLC 控制器為核心完成自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。而且，為響應(yīng)帶式輸送機(jī)的節(jié)能及解決啟動(dòng)階段對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊問題，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)中。

因此，本文主要針對(duì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)PLC 控制器、變頻調(diào)速器以及相關(guān)傳感器完成選型設(shè)計(jì)。

2.1 PLC 控制器的選型

目前，工業(yè)應(yīng)用中所采用PLC 控制器以西門子廠家的產(chǎn)品居多。故，針對(duì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)擬采用西門子系列的PLC 控制器[2]。結(jié)合綜采工作面相對(duì)惡劣的工作環(huán)境及綜采設(shè)備的電磁兼容性要求，為該自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)所配置PLC 控制器為S7-300 系統(tǒng)的S7-315-2DP 控制器，并為其配置如表1 所示的PLC 相關(guān)模塊。

表1 PLC 控制器模塊配置

2.2 傳感器的選型

帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的控制依據(jù)為：通過獲取帶式輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)（電機(jī)軸承溫度、輸送帶運(yùn)速等）并結(jié)合設(shè)備所處的工況基于PLC 控制器進(jìn)行運(yùn)算后得出最佳控制指令，并將控制指令經(jīng)PLC 控制器傳送至變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制[3]。此外，自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)還需確保設(shè)備的安全性，故要求自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中常見的故障類型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括對(duì)輸送帶防跑偏、防堆煤等監(jiān)測(cè)[4]。

綜上所述，在對(duì)傳感器產(chǎn)品功能性能調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的功能，傳感器的選型結(jié)果如表2 所示。

表2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)傳感器選型

為進(jìn)一步提升帶式輸送機(jī)運(yùn)行的安全性，為每臺(tái)設(shè)備相隔一定距離安裝緊急開關(guān)，具體產(chǎn)品型號(hào)為KBW-220L。

2.3 變頻器的選型

變頻器為實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)和節(jié)能運(yùn)行的核心設(shè)備。變頻器選型的主要依據(jù)為額定輸出容量和電流以及過載60 s 時(shí)所要求的容量及輸出電流[5]。結(jié)合帶式輸送機(jī)在最高頻率狀態(tài)下的電壓及電流值得出變頻器的容量。

綜合分析，針對(duì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)所選變頻器的具體型號(hào)為MICROMASTER440 型變頻器。該型變頻器具備滑差補(bǔ)償、V/F 控制和矢量控制功能。變頻器的主要控制對(duì)象為帶式輸送機(jī)的電機(jī)，其與電機(jī)的連接方式如圖2 所示。

圖2 變頻器與電機(jī)的連接方式

3 帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)備的控制功能，完成對(duì)PLC 控制程序的設(shè)計(jì)。根據(jù)帶式輸送機(jī)的工作模式設(shè)計(jì)如圖3 所示的總控制流程圖。

圖3 帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制流程

如圖3 所示，自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集帶式輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)傳感器所采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)PLC 處理器對(duì)所采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)與設(shè)定值不符時(shí)視為帶式輸送機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障，并進(jìn)行停機(jī)操作；工作面三臺(tái)帶式輸送機(jī)按照順序依次啟動(dòng)，若其中一個(gè)出現(xiàn)故障應(yīng)停機(jī)處理。

4 結(jié)論

1）以PLC 控制器為核心實(shí)時(shí)獲取帶式輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，判定帶式輸送機(jī)運(yùn)行是否出現(xiàn)故障，并對(duì)故障問題及時(shí)報(bào)警。

2）當(dāng)檢測(cè)到帶式輸送機(jī)運(yùn)速與運(yùn)量不匹配時(shí)，由變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶運(yùn)速的調(diào)整；而且，基于變頻器實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟啟動(dòng)，避免在啟動(dòng)或者工況突變階段對(duì)工作面電網(wǎng)造成沖擊。

3）帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)可對(duì)輸送帶的跑偏、滑動(dòng)、堆煤以及電機(jī)軸承溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。