周游 高鈺東

摘 要：皮帶機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高等特點(diǎn)在煤礦、鐵礦生產(chǎn)中廣泛使用，原有的下運(yùn)皮帶機(jī)由于使用時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)的啟動(dòng)電流較大且機(jī)械沖擊較大，故障多發(fā)且維護(hù)成本相對(duì)較高等因素，急需對(duì)這些下運(yùn)皮帶機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代化的電氣改造，使用PLC進(jìn)行智能化的控制。文章通過(guò)對(duì)下運(yùn)皮帶機(jī)運(yùn)行動(dòng)作進(jìn)行分析、系統(tǒng)的控制原理、主電路和控制線路以及程序等進(jìn)行現(xiàn)代化改造，提高了皮帶機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：PLC；煤礦皮帶機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

近些年來(lái)，我國(guó)煤炭業(yè)發(fā)展迅速，其中，大功率的皮帶機(jī)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(chǎn)效率，但是現(xiàn)今使用的大功率、自動(dòng)化程度高的皮帶機(jī)大多是國(guó)外進(jìn)口的，其價(jià)格和維修成本很高。但是隨著近些年自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，尤其是在交流變頻設(shè)備和PLC控制技術(shù)日益成熟的今天，通過(guò)對(duì)原有的皮帶機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造從而提高皮帶機(jī)的使用效率，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

1 皮帶機(jī)簡(jiǎn)介

皮帶機(jī)是帶式輸送機(jī)的簡(jiǎn)稱，有固定式和移動(dòng)式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。以撓性輸送帶作物料承載和牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)械。一條無(wú)端的輸送帶環(huán)繞驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)滾筒與帶之間的摩擦力曳引輸送帶和物料運(yùn)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(jìn)行一定工藝操作的流水作業(yè)線。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)可靠，對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)，輸送能力較大，功耗小，應(yīng)用廣泛。

皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有槽型皮帶機(jī)、平型皮帶機(jī)、爬坡皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)彎皮帶機(jī)、伸縮皮帶機(jī)等多種形式，輸送帶上還可增設(shè)提升擋板、裙邊等附件，能滿足各種工藝要求。輸送機(jī)兩側(cè)配以工作臺(tái)、加裝燈架，可作為電子儀表裝配，食品包裝等皮帶機(jī)裝配線。其驅(qū)動(dòng)方式有：減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)，調(diào)速方式有：變頻調(diào)速、無(wú)極變速等。

皮帶輸送機(jī)具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)，能耗較小，使用成本低的特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)：（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(chǎn)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(jī)結(jié)構(gòu)形式多樣，有槽型皮帶機(jī)、平型皮帶機(jī)、爬坡皮帶機(jī)、側(cè)傾皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)彎皮帶機(jī)等多種形式，輸送帶上還可增設(shè)推板、側(cè)擋板、裙邊等附件、能滿足各種工藝要求。（3）皮帶輸送機(jī)采用專用的食品級(jí)輸送帶，可滿足食品、制藥、日用化工等行業(yè)的要求。（4）輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能夠避免對(duì)輸送物的損壞。（5）與其它輸送機(jī)相比噪音較小，適合于工作環(huán)境要求比較安靜的場(chǎng)合。

2 PLC控制方案

我國(guó)中小型煤礦的皮帶機(jī)在皮帶機(jī)使用上占據(jù)較大比例，雖使用多年但大多現(xiàn)今仍能繼續(xù)使用，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)，通過(guò)加裝變頻器，PLC控制來(lái)提高其的自動(dòng)化水平。原有的皮帶機(jī)的控制方式是：該皮帶機(jī)由三節(jié)皮帶運(yùn)送帶組成，而每一節(jié)由一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)液力偶合器來(lái)減速驅(qū)動(dòng)滾筒，通過(guò)滾筒與皮帶之間的摩擦來(lái)帶動(dòng)皮帶的運(yùn)行，對(duì)于皮帶的堆料和皮帶的跑偏則是通過(guò)使用電機(jī)的過(guò)載和人工進(jìn)行處理的，而且由于液力偶合器的傳動(dòng)效率較低，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流較大，對(duì)于皮帶機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與使用壽命造成了一定的影響。

2.1 皮帶機(jī)的改造方案

對(duì)于皮帶機(jī)的改造方案如下：整個(gè)控制系統(tǒng)主要是由主控臺(tái)、交流變頻器、PLC控制器各種傳感器以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，主控臺(tái)通過(guò)使用PLC控制器，通過(guò)使用壓力傳感器、位置傳感器等進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)使用變頻器來(lái)帶動(dòng)電機(jī)減少電流沖擊，從而完成這個(gè)皮帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的堆料、落料、軟啟動(dòng)、控制調(diào)速等各項(xiàng)難題，通過(guò)在皮帶下安裝壓力傳感器來(lái)確定皮帶是否超載，一旦超載，壓力傳感器通過(guò)將信號(hào)發(fā)送到PLC中，并通過(guò)在皮帶的左右裝上位置開(kāi)關(guān)，確定皮帶是否跑偏，一旦跑偏則通過(guò)驅(qū)動(dòng)滾筒的矯正裝置進(jìn)行自動(dòng)矯正，同時(shí)通過(guò)安裝煤位檢測(cè)裝置，如果煤位過(guò)高，信號(hào)發(fā)送到PLC中，由PLC處理后輸出驅(qū)動(dòng)清掃器的指令。

2.2 皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成

2.2.1 智能型電源模塊SLM。由于皮帶機(jī)的電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，采用12脈整流回饋單元可將電機(jī)運(yùn)動(dòng)發(fā)電產(chǎn)生的電能反饋到電網(wǎng)中，從而節(jié)省了電能。

2.2.2 單軸電機(jī)模塊。選用絕對(duì)值編碼器、通過(guò)DRIVE-CLIQ接口與電機(jī)模塊和主控單元之間進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶啟停的精確矢量控制，同時(shí)出色的過(guò)載能力縮短了制動(dòng)時(shí)間，有效的降低了事故停車所帶來(lái)的危害程度。

2.2.3 控制單元CU320。通過(guò)選用CU320作為主控單元，通過(guò)其接受指令后再將對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，從而對(duì)所有的模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，各個(gè)軸上的速度和位置反饋則通過(guò)線纜輸送到控制單元中，由控制單元進(jìn)行計(jì)算處理，任意一根軸能夠讀取控制單元上其它軸的數(shù)據(jù)，皮帶機(jī)上主要用到多軸之間的矢量控制。

2.2.4 S120系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)。西門子PLC與CU320控制單元之間的通訊采用的是PROFIBUS DP進(jìn)行通訊。

2.3 皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的性能分析

2.3.1 皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)。當(dāng)下運(yùn)皮帶機(jī)的啟動(dòng)需要電機(jī)嫩能夠輸出較低的轉(zhuǎn)速，并且能夠具有一定的過(guò)載能力，當(dāng)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)電機(jī)整流環(huán)節(jié)，待到整流環(huán)節(jié)啟動(dòng)后，再啟動(dòng)逆變，從而給電機(jī)一個(gè)較低的速度，通過(guò)對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行檢測(cè)，待電流達(dá)到設(shè)定數(shù)值后（通常為變頻器空載穩(wěn)定電流值加上額定電流值的五分之一），而后再將制動(dòng)器打開(kāi)，從而使皮帶開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3.2 皮帶機(jī)控制的主電路。皮帶機(jī)主電路主要由兩路獨(dú)立的10kV電源進(jìn)線，經(jīng)過(guò)母線后再分成兩路分別變壓，一路經(jīng)變壓器變?yōu)?80V后為三臺(tái)變頻器進(jìn)行供電，其中每臺(tái)變頻器有工頻/變頻轉(zhuǎn)換功能，由變頻器接出電源線分別于三臺(tái)電機(jī)進(jìn)行相連，另一路經(jīng)過(guò)低壓變頻后為PLC控制電路進(jìn)行供電。

2.3.3 驅(qū)動(dòng)器之間的功率平衡。通過(guò)PLC和變頻器進(jìn)行的高效通訊，實(shí)現(xiàn)了多驅(qū)動(dòng)之間的功率平衡，如皮帶中部的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，做轉(zhuǎn)速同步，主電機(jī)電流值、轉(zhuǎn)矩值發(fā)給其它從屬電機(jī)；對(duì)于尾部、中部驅(qū)動(dòng)，所有電機(jī)需要做轉(zhuǎn)速同步，中部位置的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中主電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩值要發(fā)給中部其他從屬電機(jī)。

2.3.4 皮帶機(jī)PLC程序編程?，F(xiàn)今廣泛使用的PLC編程語(yǔ)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(yǔ)言，其是由繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的電氣原理演化而來(lái)的，其繼承了常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)線圈、定時(shí)器以及計(jì)數(shù)器等，同時(shí)也添加了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)符號(hào)，比較符合電氣設(shè)計(jì)人員的編程習(xí)慣。電機(jī)啟動(dòng)的順序設(shè)計(jì)如下：一旦按下啟動(dòng)按鈕，第3節(jié)皮帶電機(jī)啟動(dòng)，而后延時(shí)5秒后第2節(jié)電機(jī)啟動(dòng)，再延時(shí)5秒后第1節(jié)電機(jī)啟動(dòng)，從而整個(gè)皮帶機(jī)進(jìn)行工作，通過(guò)按下停止按鈕可停止工作，同時(shí)為了避免煤炭在皮帶上出現(xiàn)過(guò)載，停止時(shí)需要從而第一臺(tái)電機(jī)開(kāi)始各延時(shí)5秒后停機(jī)。在工作的過(guò)程中，如果皮帶出現(xiàn)左偏時(shí)，位置傳感器將采集到的信號(hào)發(fā)送到PLC中，PLC程序處理后將控制滾筒矯正裝置前調(diào)，同理，當(dāng)皮帶右偏則通過(guò)控制使?jié)L筒后調(diào)，同時(shí)當(dāng)煤炭在皮帶上堆積到一定的高度時(shí)，高度限位開(kāi)關(guān)將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送到PLC中，程序輸出為控制驅(qū)動(dòng)清掃器進(jìn)行工作。

通過(guò)對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行PLC、變頻器的現(xiàn)代化改造，極大的降低了啟動(dòng)皮帶機(jī)時(shí)的電流，并將多余的電能返輸回電網(wǎng)，并且運(yùn)行時(shí)諧波較少，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，同時(shí)使用變頻器極大的降低了電能消耗，節(jié)約能源。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)使用西門子PLC對(duì)皮帶機(jī)的進(jìn)行的現(xiàn)代化改造進(jìn)行了介紹，講述了PLC在提高設(shè)備自動(dòng)控制方面的重要作用。

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