帶式輸送機變頻控制系統的設計研究

崔世杰， 曹永愛， 郭 凱

（山西科達自控股份有限公司， 山西 太原 030006）

引言

帶式輸送機是一種常用的煤炭運輸設備，其主要應用特點為運輸距離長、設備結構簡單、維護和管理方便，在前期的煤礦生產作業中，發揮了良好的運輸效果。而在現階段的煤礦生產中，由于煤礦產量和矸石量發生了較大程度的變化，致使帶式輸送機經常性的出現超載或者空載的現象。在超載的情況下，由于其皮帶受重力影響下落很可能與托輥產生摩擦，長此以往必定會使其邊緣出現嚴重的磨損，致使帶式輸送機的使用壽命被縮短。而在空載情況下，帶式輸送機也處于高速運轉狀態，這會造成較大的電力資源浪費，這與當前的可持續發展需求嚴重不符。因此，需要針對帶式輸送機的變頻控制系統展開研究。

1 設計帶式輸送機變頻控制系統的必要性

煤礦開采深度加大，為了保障煤礦開采作業的安全，在其中應用了大量的自動化控制技術，使得煤礦開采效率明顯提升，這同時也對帶式輸送機的輸送效率提出了較高的要求。目前的帶式輸送機已經朝向高效率和長距離運輸的方向發展。我國最初所使用的帶式輸送機均選取額定速度，即不會對承載煤料的數量進行綜合考慮，帶式輸送機始終處于高速運行狀態。此種狀況下，就會存在輕載或者空載等現象，不僅浪費大量電力能源，還會使帶式輸送機的部件產生嚴重的磨損問題，帶來不必要的設備維護成本。在國外，早些年就已經開始研發帶式輸送機的控制系統，即根據載量需求對帶式輸送機進行合理控制，以達成降低能耗的目標。在近幾年，我國也針對帶式輸送機的控制系統展開研究，希望通過變頻控制的方式，結合煤炭產品的運輸需求對帶式輸送機運行速度進行合理控制，這既可提高煤礦運輸效率，也能節省大量能耗。因此，設計帶式輸送機變頻控制系統極為必要。

2 帶式輸送機變頻控制系統的設計思路

可以將PLC 可編程系統作為變頻控制系統的控制器，由PLC 發布指令控制變頻驅動裝置。PLC技術因具備可編程的特性，能夠根據帶式輸送機的運行環境發出特定的指令，控制變頻驅動裝置，使帶式輸送機能夠根據具體的承載需求對帶速進行有效調整。當帶式輸送機為輕載或者空載狀況時，可適當調低帶速，重載情況下則可提高帶速，這可有效降低帶式輸送機各部件的磨損率，使輸送機設備的使用壽命得以有效延長[1]。

3 帶式輸送機的變頻控制系統的設計

3.1 系統組成

主要由檢測單元、控制單元、執行單元和人機界面共同組成，系統結構圖見下頁圖1。其中的檢測單元主要由帶速傳感器以及煤量傳感器共同組成，這兩個傳感器獲取的信息會直接反饋到控制單元，而控制單元中的PLC 控制器可根據前期的編程做出特定的變頻控制指令，由執行單元的變頻驅動裝置對帶式輸送機的帶速進行有效調整。執行單元中的電機會根據變頻驅動設備的動作，做出運行、停止或者加速等動作。在人機界面中，相關人員可以直觀了解帶式輸送機的運行參數和系統參數，同時也能及時發現帶式輸送機的故障隱患，有效提高帶式輸送機的運行可靠性。

3.2 軟硬件設計

3.2.1 PLC 技術

PLC 技術屬于帶式輸送機變頻控制系統中的核心控制技術，在系統應用中，主要負責信號指令的處理和監測數據的處理，其主要控制信號有停車、加速、啟動、減速等。為了提高數據傳輸效果，通常采取多元化的數據傳輸手段。在選擇PLC 技術時應優先選擇性價比較高且控制性能穩定的技術，確保其能夠及時反饋設備運行狀態，適應較為復雜的運行工況。

3.2.2 變頻器的有效選擇

在變頻控制系統中，變頻器從屬于PLC，即要求變頻器需要在接受PLC 指令的基礎上才能做出驅動電機的動作。考慮到系統運行中存在電磁干擾的現象，為了降低電磁干擾對變頻器驅動動作的影響，需要采取合理的接線方案。具體需要將PLC 和變頻器連接后再與接地線連接，并且設置抗干擾導線，對干擾信號進行有效的屏蔽處理。在帶式輸送機中的傳動滾軸是影響帶速的關鍵因素。因此，可使變頻器與傳動輥軸的電機相連，對帶速進行有效調節[2]。

3.2.3 軟件程序

軟件程序采用FB 程序，并且與PLC 編程同時作用。在控制系統運行之前，需要先將程序中的變量和定時器初始化，對于各類外部連接軟件和保護裝置的動作進行全面檢查，才能啟動帶式輸送機。帶式輸送機運行的過程中，PLC 控制器需要對傳感器信息進行獲取，并對傳感器參數進行邏輯運算給出控制指令。當檢測到帶式輸送機為輕載狀態時，控制變頻驅動設備驅動低速電機，當檢測到輸送機為超載或者重載運行狀態時，則需驅動高速電動機。系統運行過程中，還會根據帶式輸送機的運行狀態做出保護動作。此時，帶式輸送機將被停機。即當系統出現異常運行參數時，則會做出保護動作，致使帶式輸送機停機，當故障排除后，才能再次啟動帶式輸送機。

3.3 連接方式

帶式輸送機變頻控制系統主要由變頻器、PLC控制器、計算機和中央控制系統等共同組成，各個端口需要同時介入才能保障變頻控制的有效性。對于斜井這種特殊的運輸工況，可以在每個電動機上分別配置專用的變頻控制器，確保在不同的輸送工況中均能實現對輸送機帶速的合理控制，降低電能損耗。

4 結語

已有的應用實踐證明，采取變頻控制的措施對帶式輸送機進行合理控制，能夠在一定程度上降低電能損耗，且能夠提高煤炭資源的運輸效率。相對于傳統的帶式輸送機而言，在變頻控制系統的作用下，帶式輸送機的性價比更高，穩定性也更強，且表現出了較強的適用性，在大部分復雜和惡劣的工況中均可應用。帶式輸送機變頻控制系統的運行效果與PLC 編程和軟件程序設計直接相關，在系統設計中，應優先選用穩定性較好和兼容性較好的軟件程序以及PLC 技術，確保在今后的作業中也能根據煤礦資源的運輸要求對系統功能進行擴展設計，不斷強化控制系統的應用性能。