皮帶機電控系統主要特征與工作原理

楊軍+陳志強

摘 要：在煤礦上，運輸系統主要由皮帶機、刮板輸送機和提升機組成，而在數量上以皮帶機為主。皮帶機的運行環境惡劣，運輸線路長，運行空間粉塵大、濕度高，用電設備功率大、電壓高、對電網沖擊大、對電控系統的電磁干擾大。因此，煤礦皮帶機電控系統的研究一直備受關注。本文將對皮帶機電控系統的特征、功能、構成及原理進行闡述。

關鍵詞：煤礦；皮帶機；電控系統

一、皮帶機電控系統的主要特征

第一，實現了皮帶機沿線保護、各類溫度保護、張緊裝置、變頻軟啟動系統的集中統一控制，使皮帶機原來各自獨立部分整合為一個系統，提高了系統的安全性、可靠性。

第二，利用現場總線技術實現皮帶機的監控，可以提高電控系統的可靠性，降低成本，同時實現了系統間互連使信息共享，并且控制系統擴展容易、維護方便。

第三，可以對變頻軟啟動系統提供開關量和模擬量控制信號，使所控設備按要求的最佳曲線進行啟動運行，滿足了大功率皮帶機的起動要求，延長了皮帶的使用壽命。

第四，通過軟件實現功率平衡，使電機正常穩定運行。

第五，控制箱觸摸屏實現漢化界面，各種狀態顯示一目了然，便于現場人員隨時了解系統的狀態及故障原因。

第六，具備網絡通訊功能，可以很容易地并入礦井監控系統。

二、系統常見問題的提出

（一）綜合監控無法進行

安全保護系統、軟啟動控制系統、自動張緊系統信息不能共享，不能實現對皮帶機的綜合監控，更不能與礦井其它監控系統連接，不能實現監控系統與煤礦信息系統的集成。

（二）在安全保護方面存在缺陷

為了提高皮帶機運行的可靠性、安全性，減少故障，多種檢測系統已應用于電動機、減速器和皮帶機運行系統故障檢測。然而這些系統往往是相互獨立的，沒有實現從驅動、輸送機運行過程到運行環境檢測的信息綜合。

（三）故障檢測系統不夠完善

故障檢測系統的誤報率高，因為誤報將造成皮帶機不應有的停機，給生產造成損失。

三、皮帶機電控系統

皮帶機電控系統主要由控制箱、操作箱、各種傳感器、PROMOS皮帶保護等組成。

（一）操作箱

操作箱由IS-RPI網關和遠程I/O模塊組成，其功能是采集現場各種傳感器的信號。每臺IS-RPI網關可帶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路開關量輸入、8路開關量輸出、頻率輸入雙通道。IS-RPI網關和遠程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組開關量、2組模擬量，如絞車電機輸入等隔爆型開關的狀態；輸出16組開關量、2組模擬量，如主電機控制、張緊絞車控制、閘電機控制等。其內裝有PLC、本安電源、隔離柵和網卡等。控制箱的功能是：①給操作箱提供本安電源；②控制現場設備；③在DH+網和通用I/O之間或以太網、ControlNet和DevieceNet之間實現橋接；④顯示設備狀態；⑤與上位機通訊。

（三）觸摸屏

控制箱上的觸摸屏能夠顯示系統的運行狀態及各種現場儀表的運行狀態。

（四）PROMOS皮帶保護

KJ50型PROMOS皮帶保護用于電控系統，主要完成皮帶的沿線保護，如跑偏、堆煤、煙霧、縱撕、急停閉鎖及語音通訊等。其中擴音電話除了作為對講通信外，還作為該系統起車預警信號的輸出設備。

四、皮帶機電控系統的工作原理

（一）基本原理

皮帶機在井下并不是單獨使用，往往是多部輸送機一起工作，因此啟動順序必須是前一級設備啟動后，下一級設備方可啟動。在前級閉鎖解除后，皮帶電控系統對本系統的各部狀態進行檢測判斷，具備起車條件后，才能啟動。起車時，皮帶電控首先對PROMOS傳送過來的信號進行判斷，如跑偏、堆煤、縱撕、急停閉鎖等，若各信號正常才能進入下一程序；其次，根據皮帶機頭各傳感器返回的信號檢測制動閘及各開關狀態是否正常；最后，判斷皮帶張力是否在允許啟動范圍內。當皮帶機各部分都處于正常狀態，具備起車條件，才會發出啟動信號。當發出起車指令后，變頻器得電，給控制箱返回工作信號。控制箱發出變頻運行信號，變頻器按控制箱給定的運行信號輸出頻率和電壓變化的電源，控制電機按給定的“S”形曲線軟啟。與此同時，控制箱發出指令使抱閘打開，并檢測抱閘是否完全打開。若抱閘未打開或未完全打開，將關閉運行信號，使變頻器停止運行，同時在觸摸屏上給出故障信號。

當皮帶達到額定速度，電控系統實時檢測皮帶速度與滾筒速度，當二者速度差值超過規定值，緊急停車，并發出打滑報警信號。同時，系統實時檢測電機溫度、減速器溫度、軸承溫度、皮帶張力、電機電流、抱閘狀態、變頻狀態、PROMOS狀態等，當任一項指標或狀態不正常時，系統緊急停車并報警。

（二）功率平衡原理

隨著科技的發展，煤礦的生產能力得到不斷的提升，因而要求運輸能力也要不斷加強。運量更大的1.2m、1.4m皮帶機相繼應運而生，皮帶機的驅動系統也就由以前的單機驅動，變為雙機驅動甚至多機驅動。隨之而來的功率平衡問題也就產生了。

對于類似由變頻驅動的雙機系統，功率平衡尤為重要。當兩臺電機出力不均勻時，必將導致一臺電機過載而另一臺電機欠載，往往會使驅動的變頻器過壓，嚴重時會使過載的電機燒毀，甚至可能使變頻器主回路的IGBT模塊損壞。

針對這種情況，該電控系統對兩臺變頻器的輸出電流進行采樣比較，以其中的一臺為主機，另一臺為從機，通過改變從機的控制信號，使其始終跟隨主機而變化。當從機的電流大于主機時，降低從機的給定信號，從而使從機的輸出減小，電機轉速降低，負荷減輕，電流變小；當從機的電流小于主機時，提高從機的給定信號，從而使從機的輸出增大，電機轉速升高，負荷加大，電流變大。最終使兩臺電機負荷基本一致，電流在允許的范圍內。采用軟件控制使功率達到平衡這種方法，已經通過實際驗證了其可行性。

五、結束語

綜合多方面的信息，利用智能判斷方法，集成監控網絡，實現了現場網絡、遠程監控、安全保護系統、變頻軟啟動控制系統、自動張緊系統的信息共享，完全滿足井下大功率皮帶機運行環境和生產過程的控制要求，具有很好的推廣價值，更為皮帶機電氣控制系統改造提供了可以借鑒的經驗。