使用PLC對煤礦皮帶機的現代化改造

周游 高鈺東

摘 要：皮帶機以其結構簡單、效率高等特點在煤礦、鐵礦生產中廣泛使用，原有的下運皮帶機由于使用時間長，系統的啟動電流較大且機械沖擊較大，故障多發且維護成本相對較高等因素，急需對這些下運皮帶機進行現代化的電氣改造，使用PLC進行智能化的控制。文章通過對下運皮帶機運行動作進行分析、系統的控制原理、主電路和控制線路以及程序等進行現代化改造，提高了皮帶機的經濟效益。

關鍵詞：PLC；煤礦皮帶機；優化設計

前言

近些年來，我國煤炭業發展迅速，其中，大功率的皮帶機能夠很方便的將煤炭從地底提升到地面，大大提高了煤炭的生產效率，但是現今使用的大功率、自動化程度高的皮帶機大多是國外進口的，其價格和維修成本很高。但是隨著近些年自動化技術的發展，尤其是在交流變頻設備和PLC控制技術日益成熟的今天，通過對原有的皮帶機進行技術改造從而提高皮帶機的使用效率，提高其經濟效益。

1 皮帶機簡介

皮帶機是帶式輸送機的簡稱，有固定式和移動式，結構簡單，效率高。以撓性輸送帶作物料承載和牽引構件的連續輸送機械。一條無端的輸送帶環繞驅動滾筒和改向滾筒。兩滾筒之間的上下分支各以若干托輥支承。物料置于上分支上，利用驅動滾筒與帶之間的摩擦力曳引輸送帶和物料運行。適用于水平和傾斜方向輸送散粒物料和成件物品，也可用于進行一定工藝操作的流水作業線。結構簡單，工作平穩可靠，對物料適應性強，輸送能力較大，功耗小，應用廣泛。

皮帶機的結構形式有槽型皮帶機、平型皮帶機、爬坡皮帶機、轉彎皮帶機、伸縮皮帶機等多種形式，輸送帶上還可增設提升擋板、裙邊等附件，能滿足各種工藝要求。輸送機兩側配以工作臺、加裝燈架，可作為電子儀表裝配，食品包裝等皮帶機裝配線。其驅動方式有：減速電機驅動、電動滾筒驅動，調速方式有：變頻調速、無極變速等。

皮帶輸送機具有的結構簡單、便于維護，能耗較小，使用成本低的特點外，還具有以下特點：（1）可輸送的物料種類繁多，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量較輕的產品，也可用于大型超市收銀處的商品輸送，用途廣泛。（2）皮帶輸送機結構形式多樣，有槽型皮帶機、平型皮帶機、爬坡皮帶機、側傾皮帶機、轉彎皮帶機等多種形式，輸送帶上還可增設推板、側擋板、裙邊等附件、能滿足各種工藝要求。（3）皮帶輸送機采用專用的食品級輸送帶，可滿足食品、制藥、日用化工等行業的要求。（4）輸送平穩，物料與輸送帶間沒有相對運動，能夠避免對輸送物的損壞。（5）與其它輸送機相比噪音較小，適合于工作環境要求比較安靜的場合。

2 PLC控制方案

我國中小型煤礦的皮帶機在皮帶機使用上占據較大比例，雖使用多年但大多現今仍能繼續使用，通過對其進行現代化升級，通過加裝變頻器，PLC控制來提高其的自動化水平。原有的皮帶機的控制方式是：該皮帶機由三節皮帶運送帶組成，而每一節由一臺電機進行驅動，并通過液力偶合器來減速驅動滾筒，通過滾筒與皮帶之間的摩擦來帶動皮帶的運行，對于皮帶的堆料和皮帶的跑偏則是通過使用電機的過載和人工進行處理的，而且由于液力偶合器的傳動效率較低，電機啟動時啟動電流較大，對于皮帶機的正常運轉與使用壽命造成了一定的影響。

2.1 皮帶機的改造方案

對于皮帶機的改造方案如下：整個控制系統主要是由主控臺、交流變頻器、PLC控制器各種傳感器以及驅動電機組成，主控臺通過使用PLC控制器，通過使用壓力傳感器、位置傳感器等進行檢測，通過使用變頻器來帶動電機減少電流沖擊，從而完成這個皮帶機運行過程中的堆料、落料、軟啟動、控制調速等各項難題，通過在皮帶下安裝壓力傳感器來確定皮帶是否超載，一旦超載，壓力傳感器通過將信號發送到PLC中，并通過在皮帶的左右裝上位置開關，確定皮帶是否跑偏，一旦跑偏則通過驅動滾筒的矯正裝置進行自動矯正，同時通過安裝煤位檢測裝置，如果煤位過高，信號發送到PLC中，由PLC處理后輸出驅動清掃器的指令。

2.2 皮帶機控制系統的硬件組成

2.2.1 智能型電源模塊SLM。由于皮帶機的電動機長期處于工作狀態，采用12脈整流回饋單元可將電機運動發電產生的電能反饋到電網中，從而節省了電能。

2.2.2 單軸電機模塊。選用絕對值編碼器、通過DRIVE-CLIQ接口與電機模塊和主控單元之間進行快速數據交換，可實現對皮帶啟停的精確矢量控制，同時出色的過載能力縮短了制動時間，有效的降低了事故停車所帶來的危害程度。

2.2.3 控制單元CU320。通過選用CU320作為主控單元，通過其接受指令后再將對驅動模塊進行控制，從而對所有的模塊進行協調控制，各個軸上的速度和位置反饋則通過線纜輸送到控制單元中，由控制單元進行計算處理，任意一根軸能夠讀取控制單元上其它軸的數據，皮帶機上主要用到多軸之間的矢量控制。

2.2.4 S120系統網絡的組態。西門子PLC與CU320控制單元之間的通訊采用的是PROFIBUS DP進行通訊。

2.3 皮帶機控制系統的性能分析

2.3.1 皮帶機的軟啟動。當下運皮帶機的啟動需要電機嫩能夠輸出較低的轉速，并且能夠具有一定的過載能力，當電機進行啟動時，首先啟動電機整流環節，待到整流環節啟動后，再啟動逆變，從而給電機一個較低的速度，通過對電機電流進行檢測，待電流達到設定數值后（通常為變頻器空載穩定電流值加上額定電流值的五分之一），而后再將制動器打開，從而使皮帶開始運轉。

2.3.2 皮帶機控制的主電路。皮帶機主電路主要由兩路獨立的10kV電源進線，經過母線后再分成兩路分別變壓，一路經變壓器變為380V后為三臺變頻器進行供電，其中每臺變頻器有工頻/變頻轉換功能，由變頻器接出電源線分別于三臺電機進行相連，另一路經過低壓變頻后為PLC控制電路進行供電。

2.3.3 驅動器之間的功率平衡。通過PLC和變頻器進行的高效通訊，實現了多驅動之間的功率平衡，如皮帶中部的多點驅動，做轉速同步，主電機電流值、轉矩值發給其它從屬電機；對于尾部、中部驅動，所有電機需要做轉速同步，中部位置的多點驅動中主電機的電流、轉矩值要發給中部其他從屬電機。

2.3.4 皮帶機PLC程序編程。現今廣泛使用的PLC編程語言有梯形圖、指令表、順序功能流程圖和功能塊等，梯形圖是一種圖形化的編程語言，其是由繼電器-接觸器控制系統的電氣原理演化而來的，其繼承了常開觸點、常閉觸點線圈、定時器以及計數器等，同時也添加了一些簡單的計算機符號，比較符合電氣設計人員的編程習慣。電機啟動的順序設計如下：一旦按下啟動按鈕，第3節皮帶電機啟動，而后延時5秒后第2節電機啟動，再延時5秒后第1節電機啟動，從而整個皮帶機進行工作，通過按下停止按鈕可停止工作，同時為了避免煤炭在皮帶上出現過載，停止時需要從而第一臺電機開始各延時5秒后停機。在工作的過程中，如果皮帶出現左偏時，位置傳感器將采集到的信號發送到PLC中，PLC程序處理后將控制滾筒矯正裝置前調，同理，當皮帶右偏則通過控制使滾筒后調，同時當煤炭在皮帶上堆積到一定的高度時，高度限位開關將檢測到的信號發送到PLC中，程序輸出為控制驅動清掃器進行工作。

通過對皮帶機進行PLC、變頻器的現代化改造，極大的降低了啟動皮帶機時的電流，并將多余的電能返輸回電網，并且運行時諧波較少，不會對電網造成污染，同時使用變頻器極大的降低了電能消耗，節約能源。

3 結束語

文章通過對使用西門子PLC對皮帶機的進行的現代化改造進行了介紹，講述了PLC在提高設備自動控制方面的重要作用。

參考文獻

[1]楊后川，張瑞.西門子S7-200PLC應用100例[Z].2009.