基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機控制

趙旭偉

中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司

基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機控制

趙旭偉

中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司

帶式輸送機具有運輸量大、連續(xù)運輸性能好，便于生產(chǎn)集中管理等特點，被廣泛應(yīng)用在煤炭行業(yè)中。隨著煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展以及自動化程度的不斷提高，對輸送機控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、可靠性等方面提出了越來越高的要求。可編程邏輯控制器(PLC)以能耗低、可靠性高、抗干擾能力強、適用性強、維護方便、容易改造等特點，得到了越來越多的應(yīng)用。因此，研究如何應(yīng)用PLC來保證輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是十分重要的。

PLC；實時監(jiān)控；帶式輸送機；控制方案

引言

電耗成本在煤炭企業(yè)其生產(chǎn)成本中占據(jù)很大的比例。研究表明風(fēng)機、空壓機、水泵、輸送機等用電量占煤炭生產(chǎn)用電比例在50%以上。同時，由于很多煤礦開采年限已久，早期這些負(fù)荷在設(shè)計中未考慮節(jié)能部分，通常采用擋板、閥門等來進行調(diào)節(jié)，造成電能的浪費。以帶式輸送機為例運用變頻技術(shù)調(diào)控，實現(xiàn)了電能的節(jié)約，能有效降低了生產(chǎn)成本。

1 變頻調(diào)速技術(shù)原理

變頻調(diào)速技術(shù)的任務(wù)是：用電力電子器件及其控制電路，完成大功率電能的形態(tài)變換，包括頻率、波形、電壓等變換；用形態(tài)變換后的電能驅(qū)動電動機，并通過機械裝置將電能轉(zhuǎn)換成工作系統(tǒng)所需要的機械運動，實現(xiàn)工作系統(tǒng)的運動控制和節(jié)能控制；而要完成上述任務(wù)，必須采用傳感器、電子電路、計算機等組成自動控制電路，實現(xiàn)電機拖動系統(tǒng)運行信息的采集、處理、傳輸和運行狀態(tài)的實時控制，這就是變頻調(diào)速控制。

變頻調(diào)速控制裝置由傳感器、計算機控制器和執(zhí)行器三個主要功能塊組成。(1)傳感器。傳感器安裝在電機拖動系統(tǒng)的某些特定位置，用以感知系統(tǒng)的運行信息，如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等，并以約定的標(biāo)準(zhǔn)信號形式反饋給計算機控制器，作為控制運算的依據(jù)；(2)執(zhí)行器。變頻調(diào)速控制裝置的執(zhí)行器有兩類。一類是閥門、通斷開關(guān)、繼電器等機電裝置。計算機控制器輸出兩種不同電平的開關(guān)量，分別控制這些裝置的通斷或開閉，進而控制對應(yīng)的電機等設(shè)備的投切或流體的運動。另一類執(zhí)行器就是變頻器。計算機控制器輸出模擬量的或數(shù)字量的控制信號給變頻器，使變頻器按要求變換電能形態(tài)即改變電能的頻率、波形、電壓等，進而控制受控電動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)速運行；(3)計算機控制器。基于變頻器內(nèi)置微處理器的調(diào)速控制，如矢量控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，其控制對象是電機的某些運行參數(shù)，控制目的側(cè)重在改善控制過程的動態(tài)品質(zhì)。這個控制閉環(huán)不僅包括變頻器和電動機，還涵蓋了傳感器、機械部件和系統(tǒng)的負(fù)載運動等，控制目的是使系統(tǒng)按要求的工作參數(shù)運行并最大限度地節(jié)約電能。

2 PLC帶式輸送機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

帶式輸送機一般由三相異步電動機驅(qū)動。控制系統(tǒng)主要由信號采集、數(shù)據(jù)處理兩大部分構(gòu)成。信號采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場的開關(guān)量和模擬量，通過信號處理系統(tǒng)對所采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，再通過運算和轉(zhuǎn)換，最后將控制信號顯示在上位機上。PLC皮帶控制系統(tǒng)能夠監(jiān)控以下功能：

(1)電動機的啟停控制。采用控制按鈕控制電動機的啟動、停止，并有指示燈顯示電動機的運行狀態(tài)。

(2)堆煤保護。堆煤保護開關(guān)設(shè)在機尾，當(dāng)機尾的煤沒有及時運走，在機尾處堆積時觸發(fā)開關(guān)動作，停止皮帶機并報警。

(3)打滑保護。皮帶機啟動一段時間后(約2min)，檢測皮帶機速度，若皮帶速度低于2m/s，速度檢測開關(guān)動作，延時2s停止皮帶機并報警。

(4)跑偏保護。皮帶機頭、機尾和皮帶中部每隔一定距離設(shè)一對跑偏開關(guān)，當(dāng)開關(guān)處皮帶跑偏超過設(shè)定值時，開關(guān)動作，延時10s停止皮帶機并報警。

(5)溫度保護。皮帶機頭、機尾分別設(shè)皮帶溫度開關(guān)，當(dāng)檢測到皮帶溫度超過設(shè)定值時，開關(guān)動作，停止皮帶機并報警。

(6)煙霧保護。皮帶機頭、機尾分別設(shè)煙霧開關(guān)，當(dāng)檢測到煙霧時，延時1.5s停止皮帶機并報警；灑水閥在溫度或煙霧故障延時后開啟并保持，由停止按鈕關(guān)閉。

(7)撕裂保護。皮帶設(shè)撕裂檢測開關(guān)，檢測到皮帶發(fā)生撕裂時，立即停止皮帶機并報警。

(8)急停閉鎖。為預(yù)防緊急情況，每隔150m左右設(shè)拉繩式急停開關(guān)，用于人工緊急停止皮帶機，開關(guān)動作時停止皮帶機并報警。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機中的應(yīng)用

變頻調(diào)速系統(tǒng)的無級調(diào)速特性，實現(xiàn)了運行全過程的制動和速度控制，解決了機械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的沖擊問題，使得啟動和停止過程帶式輸送機的平穩(wěn)運行，有效減少了膠帶跑偏、竄動和灑煤等現(xiàn)象的發(fā)生，保證了生產(chǎn)的有序也減少了人工勞動強度。經(jīng)使用變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸送機有以下優(yōu)點：

(1)變頻調(diào)節(jié)可靠性高、穩(wěn)定性好。

(2)變頻啟動過程為電機軟啟動過程，啟動過程不會有超電流等現(xiàn)象，且起停過程能按PLC跟蹤的速度進行及時調(diào)整，具有自動的轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)和功率平衡調(diào)節(jié)。

(3)啟動過程中，變頻調(diào)節(jié)啟動力矩大于電機工頻啟動時力矩，適合于帶式輸送機啟動負(fù)載變化大的特性，例如在重載及煤炭壓帶這種情況下也能滿足啟動要求。

(4)變頻調(diào)速可以根據(jù)煤量的實際多少和實際運輸路段的特點，根據(jù)PLC速度矢量控制，自動調(diào)整頻率，減少能源損耗。

(5)變頻器自保護功能：過電流限制，過電壓限制，過負(fù)荷預(yù)警，過電流跳閘，功率單元故障跳閘，過負(fù)荷跳閘，接地故障跳閘，過熱跳閘等；

(6)電機在啟動和調(diào)節(jié)過程中，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，電流沒有任何沖擊，消除了大啟動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力，大大降低了日常的維護保養(yǎng)費用。

結(jié)束語

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在煤礦帶式輸送機運輸系統(tǒng)中，可以有效的調(diào)節(jié)帶式輸送機的工作情況，具有相當(dāng)好的節(jié)能效果。一方面減少了電能的消耗，保障了電力系統(tǒng)的正常運行，值得大力推廣。

[1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社.

[2]張炳良，方寶生，杜大勇.PLC技術(shù)在帶式輸送機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J].煤炭工程，2004(6)：69－71.