牛萬春

（西山煤電晉興公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

隨著采煤技術(shù)、采煤工藝以及綜采設(shè)備水平的不斷提升，膠帶運輸機作為煤礦綜采工作面生產(chǎn)的主要運輸設(shè)備，也需提升其運輸能力，朝著大運量、長距離以及大功率的方向發(fā)展，以確保其能夠與其他綜采設(shè)備的生產(chǎn)能力相匹配[1]。當前，膠帶運輸機還是僅依靠單臺電機進行驅(qū)動，無法滿足實際運輸需求；而增加為多臺電機驅(qū)動后盡管能夠為設(shè)備提供足夠的牽引力，但是無法保證各個電機的功率分配相穩(wěn)定，進而導致膠帶的張力分配不均，加劇了膠帶的磨損。因此，針對多電機驅(qū)動的膠帶機需對其進行集中控制，以提高膠帶的可靠性和穩(wěn)定性。

1 工程概況

本文所研究的膠帶運輸機主要被應(yīng)用于地面原煤的運輸，該礦工作面的生產(chǎn)能力為180 萬t/年，由五部順序搭接的皮帶所組成，其中：1 號、2 號、4 號膠帶機均為落地式鋼架膠帶機；3 號為圓振動篩；5號膠帶機為鋼絲繩芯強力膠帶機。該膠帶機的原煤的運輸流程如下：綜采工作面的原煤由5 號膠帶機運送至地面，而后經(jīng)由4 號、3 號、2 號、1 號膠帶機運輸至地面儲煤場。5 部皮帶機的運輸流程如圖1所示。

該膠帶運輸系統(tǒng)中，5 部皮帶機的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

目前，該膠帶機主要通過繼電器、接觸器對其運輸參數(shù)進行控制，存在響應(yīng)速度慢、故障率高以及保護動作延后的問題[2]。因此，急需對該膠帶機控制系統(tǒng)進行改造，并基于當前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的PLC 控制器進行改造。

圖1 5 號皮帶機運輸流程

表1 膠帶機相關(guān)參數(shù)一覽表

2 膠帶機運行狀態(tài)的分析

針對該膠帶運輸系統(tǒng)中膠帶機的集中控制，需明確各個膠帶機的運行狀態(tài)及各個膠帶機運行時的相互聯(lián)系。因此，本節(jié)對單個膠帶機及膠帶機運輸系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行分析。

2.1 單臺膠帶機的運輸

單臺膠帶機需經(jīng)歷啟動- 加速- 勻速- 下部設(shè)備運行- 停機- 減速- 制動閘上閘- 電機斷電- 停機完畢的工作流程。

其中，為確保生產(chǎn)的安全性，啟動前10 s 需發(fā)出報；報警結(jié)束后逐臺啟動膠帶機中的各個電機，且保證各個電機的啟動時間間隔大于3 s。當停機按鈕被按下時，工作面的給煤設(shè)備立即停止向膠帶機供煤，膠帶機開始減速運行直至制動閘上閘后將其電機斷電[3]。

此外，當生產(chǎn)中遇緊急情況需緊急停車時，作業(yè)人員按下急停機按鈕，此時膠帶機電機會立即斷電并將制動閘上閘。各個膠帶機均配置有堆煤、超溫、煙霧、縱撕以及跑偏等傳感器，實現(xiàn)對膠帶機的保護。

2.2 多臺膠帶機的集中控制

多臺膠帶機集中控制時，需經(jīng)歷啟動- 加速- 運速聯(lián)鎖運行- 停機- 減速- 停機完畢的工作流程。

其中，多臺膠帶機同時啟動時，需首先打開開機信號，確保每臺膠帶機的作業(yè)人員確認各個設(shè)備具備啟動條件；確認完畢后在設(shè)備啟動前10 s 發(fā)出信號報警，并采用逆煤流的方向依次間隔6 s 啟動各臺膠帶機。多臺膠帶機集中停機時，需采用順煤流的方向?qū)υO(shè)備進行停機操作，各臺設(shè)備停機前需確保其皮帶處于空膠帶狀態(tài)[4]。

當生產(chǎn)中遇緊急情況需緊急停車時，作業(yè)人員按下急停機按鈕，此時膠帶機電機會立即斷電并將制動閘上閘。各個膠帶機均配置有堆煤、超溫、煙霧、縱撕以及跑偏等傳感器，實現(xiàn)對膠帶機的保護。

3 膠帶機集中控制系統(tǒng)的原理分析與設(shè)計方案

3.1 控制原理

目前，工業(yè)生產(chǎn)中所采用的響應(yīng)速度快、超調(diào)量小以及控制精度較高的控制算法為模糊控制算法[5]。因此，本文中膠帶機集中控制系統(tǒng)采用PLC+模糊控制算法相結(jié)合的控制方式。模糊控制算法的控制原理框圖如圖2 所示。

圖2 模糊控制算法原理框圖

如圖2 所示，模糊控制器為該控制器的核心，現(xiàn)場工作面?zhèn)鞲衅鲗δz帶機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測并將所得數(shù)據(jù)與給定值進行對比，通過模糊控制器得出相應(yīng)的控制策略，經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后給執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)的控制指令。

3.2 設(shè)計方案

對于單臺膠帶機而言，要求既能夠進行手動控制，又能進行自動控制。手動控制模式僅適用于對膠帶機保護裝置的控制，且設(shè)備停機時必須由人工操作進行手動控制，并依據(jù)2.1 所述的控制流程進行設(shè)計。對于多臺膠帶機而言，要求其既能夠?qū)崿F(xiàn)手動聯(lián)機控制也能夠?qū)崿F(xiàn)自動聯(lián)機控制，并依據(jù)2.2 所述的控制流程進行設(shè)計。

針對該膠帶運輸系統(tǒng)中多臺膠帶機的控制要求，1 號、2 號、4 號膠帶機以及3 號圓形振篩為一臺PLC 完成控制；5 號膠帶機工作環(huán)境惡劣，保護裝置多且安全性高等要求，由另一臺PLC 控制。經(jīng)統(tǒng)計單臺和多臺膠帶機控制的開關(guān)量數(shù)量如表2 所示。

表2 單臺和多臺膠帶機控制系統(tǒng)開關(guān)量的數(shù)量統(tǒng)計

根據(jù)上述開關(guān)量的統(tǒng)計結(jié)果，選用三菱FX2N-48MT 型PLC 對5 號膠帶機進行控制；選用三菱FX2N-32MT 型PLC 對1 號、2 號、4 號膠帶機以及3 號圓形振篩進行控制。此外，根據(jù)控制要求為各個膠帶機配置相應(yīng)的傳感器實現(xiàn)對設(shè)備的速度、堆煤、跑偏、撕裂以及溫度等參數(shù)的保護，各保護裝置選型結(jié)果如表3 所示。

表3 保護裝置選型結(jié)果

4 結(jié)語

膠帶機作為當前煤礦生產(chǎn)的主要運輸設(shè)備，在實際生產(chǎn)中往往由多臺膠帶機組成膠帶機運輸系統(tǒng)，為確保膠帶運輸系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，需對傳統(tǒng)基于繼電器的控制系統(tǒng)進行改造，從而提升膠帶運輸控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和安全性。為此，將PLC控制器和模糊控制算法應(yīng)用于其中，達到提升煤礦運輸效率及煤礦生產(chǎn)效率的目的。