帶式輸送機綜合保護裝置原理及應用

安徽省淮南市賽力特工貿有限公司 孫 靜

一、概述

1.用途及使用場所

近年來，隨著煤礦生產控制系統的不斷發展，系統中各種設備的保護裝置也在日趨完善，KJ403-F礦用隔爆兼本安型監控分站(帶式輸送機綜合保護裝置)，以礦用本安型PLC為控制核心，集先進的電子技術、PLC技術、自動化技術、通訊技術、抗干擾技術于一體的新一代礦用控制器（以下簡稱為控制器）。該控制器具有極高的可靠性和性價比、強大的通訊能力、液晶屏漢字顯示、豐富的操作及功能按鍵、語音報警等特點，是一種適用于在煤塵、瓦斯等危險環境中使用的智能控制裝置，其通用性廣、適應性強，能實現各種場合中膠帶運輸機的檢測、監測及控制自動化。

該控制器適用于煤礦井下有瓦斯和煤塵爆炸的危險環境或地面嚴酷環境，也可作為冶金礦山、露天煤礦、港口碼頭、選煤廠、發電廠等惡劣環境中的皮帶運輸機的綜合保護，替代現有的各種皮帶機綜合保護裝置。該控制器不僅可以完成單機設備控制的自動化，還可以以組網的形式組成系統，實現分布分級式遠程監控和管理。

2.主要特點

(1)可靠性高：該控制器以高性能的本安型模塊化PLC為處理器、具有極強的抗干擾能力與極高的可靠性，有力保障控制系統工作穩定可靠、采集數據真實有效，在電磁干擾比較苛刻的環境中使用有明顯的優勢。

(2)文本顯示：該控制器的面板上安裝有文本顯示器，采用漢字液晶屏，被控設備的工況狀態、故障位置與故障性質等信息都能采用漢字、符號或圖表的形式顯示，信息直觀，操作方便；9個功能按鍵，與液晶屏的當前顯示界面組合，可以實現更多功能的操作，滿足各種復雜的控制現場。

(3)強大的通訊能力(可選)：該控制器在通訊接口硬件電路中采用了特有的專利技術，通訊距離遠、抗干擾能力強，通訊協議采用標準的MODBUS-RTU協議，穩定性好、兼容性強，能很方便的組成多級遠程通訊網絡。

(4)接線方便：該控制器采用通用控制箱布線方式，端子號標注清晰，接線空間大，用戶接線輕松、方便，不會有接線困難等問題。

(5)體積小、重量輕：該控制器的機芯采用模塊化設計，結構緊湊，占用空間小，整個裝置體積和重量比較小，安裝、運輸非常方便。

(6)適用范圍廣：該控制器可以根據用戶的不同需求定制PLC程序，滿足各種現場的要求。

(7)多種起車控制方式：該控制器具有單臺操作，單臺點動，開車信號控制與遠程通訊控制等多種運行方式，適應各種情況使用。

(8)功能完善：該控制器除了具有常用的保護功能外，還具有手動灑水、參數設置等多種功能。

(9)信息共享(可選)：一“系統”中控制器的信息相互之間可以共享，在每臺控制器的界面上能顯示其他各臺綜保的故障狀況、運行方式、運行狀態等信息。

(10)參數現場設置：皮帶臺號、皮帶停車延時時間等參數可以根據實際情況進行現場設置，真實有效。

(11)故障手動復位：皮帶發生故障時，即使現場發生的故障排除，還需手動復位才能起車，否則起車無效，以免誤起車發生事故，保障生產安全。

(12)系統參數設置需密碼進入，避免人為隨意更改，具有高保密性。

(13)故障信息保留：發生過的故障信息，在故障排除后仍然能夠查詢，直到手動復位才消除，便于尋找故障原因。

(14)手動與開車灑水功能：在沒有發生超溫、冒煙等故障情況下，也可以啟動電磁閥進行手動灑水降溫消塵，而且灑水時間可以設定，灑水也可以隨時取消。

(15)雙電機驅動：能適應雙電機拖動的皮帶。

(16)消音功能：若發生故障時不讓有語音輸出，將采用消音功能，取消故障報警。

(17)分支閉鎖集控(可選)：對于有分支的物料流，該控制器也能實現起車、停車、故障閉鎖運行。

(18)參起設置(可選)：可以設置在任意控制器上操作“起車”與“停車”鍵實現集控起車與集控停車。

圖1 控制器工作原理框圖

二、結構特征

1.總體結構

控制器為礦用隔爆兼本質安全型，標志為“Exd[ib]I”。分為本安腔和隔爆腔兩大部分，通過多芯電纜連接。

上部為本安腔，內部安裝有礦用本安型PLC、接線端子、線槽等；兩側共有10個喇叭口用于連接本安信號；本安腔面板上嵌入有語音報警用的揚聲器與人機對話的文本顯示器。

隔爆腔內有本安電源、大功率繼電器與非安型開關量輸入接口等，兩側安裝4個喇叭口。

控制器使用本安型模塊化PLC為控制核心，易于組合，易于擴展。

2.PLC模塊

該控制器的控制核心為本安型模塊化PLC，用于開關量的數據采集、頻率量的數據采集，繼電器輸出控制，語音報警、遠程網絡通訊等。本安型模塊化PLC由CPU模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、通訊模塊、語音模塊等功能模塊組成。

3.文本顯示器

該控制器的面板上安裝一個文本顯示器，畫面為128×64點陣，帶背景光STN液晶顯示，可顯示16個英文字符×4行或8個漢字×4行；9只薄膜按鍵。設備的運行狀態、故障類型與位置、參數設置等信息都通過該液晶屏實現漢字顯示，操作人員能較直觀了解被控設備在運行時的工作狀態。薄膜按鍵用于對被控設備的控制及參數設定。

三、工作原理

1.控制器工作原理

控制器工作原理框圖如圖1所示。控制核心由礦用本安型可編程控制器組成。

外部本安型開關量輸入、開關量輸出、頻率量輸入、遠程通訊與其他信號通過接線端子連接于PLC模塊；文本顯示器通過文本連接模塊連接于PLC模塊。揚聲器連接于語音模塊。PLC模塊、文本顯示器與外部傳感器需要的本安電壓通過隔爆腔的本安電源供給，本安輸出信號通過控制隔爆腔的大功率繼電器去控制非安的被控設備，非安型開關量輸入通過光耦隔離給本安型輸入接口。

2.保護系統組成

本裝置主要由以下各部分組成：速度傳感器：采用采用霍爾元件作為速度傳感器檢測膠帶輸送機速度，如果從動輪運行速度均在50-70%Va﹙Va額定帶速﹚，或輸送帶速小于等于50%Va或速度大于等于110%Va，經過（5-10）秒的延時，本控制器能自動切斷皮帶機電源，使皮帶機停轉，實現速度保護。跑偏傳感器：其常態為斷開狀態，動作時閉合，本能自動切斷皮帶機電源，使皮帶機停轉。堆煤傳感器：它是通過兩電極導通，經引線將煤位反應給保護裝置，對煤煤倉或煤漏斗的煤位情況進行監控，在滿倉或機頭堆煤時能自動切斷皮帶機的電源，實現滿煤保護。急停保護：每臺控制器的控制面板與皮帶沿線裝有拉線急停開關，用于故障緊急停車保護。超溫保護：采用溫度傳感器對皮帶機的軸承溫度或其它部件溫度或周圍環境溫度進行監控，當監視點溫度超過設定值時，本控制器能自動切斷皮帶機電源，實現超溫保護，同時啟動灑水裝置進行降溫。煙霧傳感器：當采用煙霧傳感器檢測到皮帶或煤有煙霧產生時，控制器實現停車保護并啟動灑水滅塵裝置。撕裂傳感器：當皮帶發生縱向撕裂故障時，煤落在傳感器上面，傳感器動作，控制器切斷皮帶機電源，使皮帶機停轉。

自動滅塵滅火灑水：當皮帶出現超溫或冒煙時，可控制電磁閥開啟實現自動灑水滅火滅塵。

四、結束語

KJ403-F礦用隔爆兼本安型監控分站本身及其保護性能安全可靠，在規定的壽命期內有足夠的強度、剛度、穩定性、耐磨及抗疲勞性等。且保護裝置具備自保和自檢功能，避免因失效而喪失監控作用，引發事故。本裝置設計成本低，功能強大，運行可靠，且在井下的實際生產中取得了良好的使用交果，具有廣闊的市場前景和經濟效益。