帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的研究

張雪鋒

（山西焦煤西山煤電集團西曲礦運輸三隊，山西 古交 030200）

引言

鑒于帶式輸送機運量大、費用低且連續(xù)運輸能力強，其成為煤礦綜采工作面廣泛應用的運輸設備。隨著采煤機技術及采煤機截割能力的提升，帶式輸送機朝著大運量、長距離以及大功率的方向發(fā)展。由于綜采工作面的環(huán)境相對惡劣，對帶式輸送機控制系統(tǒng)的防爆性能和容錯性提出了更高的要求挑戰(zhàn)。

1 帶式輸送機自動控制系統(tǒng)的總體設計

所研究工作面所選用裝載機的型號為SZZ764/160，該型裝載機的運輸能力為1 000 t/h，對應電機的額定功率為160 kW；破碎機的生產能力為1 000 t/h；所匹配帶式輸送機的具體型號為DSJ1000/80，其運輸能力為800 t/h，電機額定功率為75 kW，該輸送機有兩個電機驅動，根據綜采工作面的運輸要求為工作面配置三臺帶式輸送機。

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

此外，要求自動保護控制系統(tǒng)控制帶式輸送機在檢修模式、集成模式和遠程模式下運行；保證每臺帶式輸送機沿途隔一定距離設計緊急停機開關；

要求自動保護控制系統(tǒng)能夠根據現場所安裝的傳感器獲取設備的實時運行參數，并對故障信息實時報警并緊急停機；

基于自動保護控制系統(tǒng)上位機用戶還可實時查閱設備的歷史運行數據。

圖1 帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)功能需求

要求自動保護控制系統(tǒng)可實現對帶式輸送機軟啟動，并根據設備的運量對其運速進行實時控制，在達到節(jié)能效果的同時避免在突變工況下對工作面電網造成沖擊[1]。

2 帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的硬件設計

鑒于綜采工作面環(huán)境相對惡劣，對設備及其自動保護控制系統(tǒng)硬件的防爆性能及可靠性具有較高的要求。根據帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的功能要求，綜合分析工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的設計經驗，本文采用PLC 控制器為核心完成自動保護控制系統(tǒng)的設計。而且，為響應帶式輸送機的節(jié)能及解決啟動階段對電網造成的沖擊問題，將變頻調速技術應用于自動保護控制系統(tǒng)中。

因此，本文主要針對帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的硬件設計PLC 控制器、變頻調速器以及相關傳感器完成選型設計。

2.1 PLC 控制器的選型

目前，工業(yè)應用中所采用PLC 控制器以西門子廠家的產品居多。故，針對帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)擬采用西門子系列的PLC 控制器[2]。結合綜采工作面相對惡劣的工作環(huán)境及綜采設備的電磁兼容性要求，為該自動保護控制系統(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

帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的控制依據為：通過獲取帶式輸送機的實時運行參數（電機軸承溫度、輸送帶運速等）并結合設備所處的工況基于PLC 控制器進行運算后得出最佳控制指令，并將控制指令經PLC 控制器傳送至變頻器實現對設備的控制[3]。此外，自動保護控制系統(tǒng)還需確保設備的安全性，故要求自動保護控制系統(tǒng)可對設備實際運行中常見的故障類型進行監(jiān)測，包括對輸送帶防跑偏、防堆煤等監(jiān)測[4]。

綜上所述，在對傳感器產品功能性能調研的基礎上，結合帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的功能，傳感器的選型結果如表2 所示。

表2 帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)傳感器選型

為進一步提升帶式輸送機運行的安全性，為每臺設備相隔一定距離安裝緊急開關，具體產品型號為KBW-220L。

2.3 變頻器的選型

變頻器為實現帶式輸送機軟啟動和節(jié)能運行的核心設備。變頻器選型的主要依據為額定輸出容量和電流以及過載60 s 時所要求的容量及輸出電流[5]。結合帶式輸送機在最高頻率狀態(tài)下的電壓及電流值得出變頻器的容量。

綜合分析，針對帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)所選變頻器的具體型號為MICROMASTER440 型變頻器。該型變頻器具備滑差補償、V/F 控制和矢量控制功能。變頻器的主要控制對象為帶式輸送機的電機，其與電機的連接方式如圖2 所示。

圖2 變頻器與電機的連接方式

3 帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的軟件設計

帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的軟件設計根據設備的控制功能，完成對PLC 控制程序的設計。根據帶式輸送機的工作模式設計如圖3 所示的總控制流程圖。

圖3 帶式輸送機自動保護控制流程

如圖3 所示，自動保護控制系統(tǒng)實時采集帶式輸送機現場傳感器所采集的數據，經PLC 處理器對所采集數據與設定值進行對比，當與設定值不符時視為帶式輸送機運行出現故障，并進行停機操作；工作面三臺帶式輸送機按照順序依次啟動，若其中一個出現故障應停機處理。

4 結論

1）以PLC 控制器為核心實時獲取帶式輸送機現場運行參數，并對采集數據進行對比分析，判定帶式輸送機運行是否出現故障，并對故障問題及時報警。

2）當檢測到帶式輸送機運速與運量不匹配時，由變頻器實現對輸送帶運速的調整；而且，基于變頻器實現設備的軟啟動，避免在啟動或者工況突變階段對工作面電網造成沖擊。

3）帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)可對輸送帶的跑偏、滑動、堆煤以及電機軸承溫度等參數進行監(jiān)測。