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(yīng)用的運輸設(shè)備。隨著采煤機技術(shù)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(shè)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(yīng)電機的額定功率為160 kW；破碎機的生產(chǎn)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(qū)動，根據(jù)綜采工作面的運輸要求為工作面配置三臺帶式輸送機。

結(jié)合綜采工作面的生產(chǎn)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(shè)計緊急停機開關(guān)；

要求自動保護控制系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場所安裝的傳感器獲取設(shè)備的實時運行參數(shù)，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(shè)備的歷史運行數(shù)據(jù)。

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(xiàn)對帶式輸送機軟啟動，并根據(jù)設(shè)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(wǎng)造成沖擊[1]。

2 帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

鑒于綜采工作面環(huán)境相對惡劣，對設(shè)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(jù)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(shè)計經(jīng)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(shè)計。而且，為響應(yīng)帶式輸送機的節(jié)能及解決啟動階段對電網(wǎng)造成的沖擊問題，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)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(shè)計PLC 控制器、變頻調(diào)速器以及相關(guān)傳感器完成選型設(shè)計。

2.1 PLC 控制器的選型

目前，工業(yè)應(yīng)用中所采用PLC 控制器以西門子廠家的產(chǎn)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(jié)合綜采工作面相對惡劣的工作環(huán)境及綜采設(shè)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(guān)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(jù)為：通過獲取帶式輸送機的實時運行參數(shù)（電機軸承溫度、輸送帶運速等）并結(jié)合設(shè)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(jīng)PLC 控制器傳送至變頻器實現(xiàn)對設(shè)備的控制[3]。此外，自動保護控制系統(tǒng)還需確保設(shè)備的安全性，故要求自動保護控制系統(tǒng)可對設(shè)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(chǎn)品功能性能調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)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(jié)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(shè)備相隔一定距離安裝緊急開關(guān)，具體產(chǎn)品型號為KBW-220L。

2.3 變頻器的選型

變頻器為實現(xiàn)帶式輸送機軟啟動和節(jié)能運行的核心設(shè)備。變頻器選型的主要依據(jù)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(jié)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(shè)計

帶式輸送機自動保護控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計根據(jù)設(shè)備的控制功能，完成對PLC 控制程序的設(shè)計。根據(jù)帶式輸送機的工作模式設(shè)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(xiàn)場傳感器所采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)PLC 處理器對所采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行對比，當與設(shè)定值不符時視為帶式輸送機運行出現(xiàn)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(xiàn)故障應(yīng)停機處理。

4 結(jié)論

1）以PLC 控制器為核心實時獲取帶式輸送機現(xiàn)場運行參數(shù)，并對采集數(shù)據(jù)進行對比分析，判定帶式輸送機運行是否出現(xiàn)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(xiàn)對輸送帶運速的調(diào)整；而且，基于變頻器實現(xiàn)設(shè)備的軟啟動，避免在啟動或者工況突變階段對工作面電網(wǎng)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(shù)進行監(jiān)測。