高 昆

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)公司選煤廠原煤車間，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

0 引言

隨著煤炭開采業(yè)務(wù)的不斷增加以及開采難度的不斷加大，很多礦山開采時(shí)間相對較為久遠(yuǎn)，帶式輸送機(jī)的耗能越來越大，在運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)故障，甚至引發(fā)安全事故。為此，要采取必要措施，降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中的能耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低經(jīng)濟(jì)損失。通過將PLC 控制技術(shù)和變頻器技術(shù)應(yīng)用到帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)，可以大大提升帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率和質(zhì)量，達(dá)到節(jié)約能耗，降低成本的目的。

1 控制系統(tǒng)分析

1.1 PLC 控制系統(tǒng)

PLC 控制系統(tǒng)是由微型計(jì)算機(jī)控制，利用傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)進(jìn)行集成整合之后發(fā)展出來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)。該種控制技術(shù)的基本原理是以自動(dòng)化程序控制為基礎(chǔ)，各種電氣回路作為輔助調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)功能，包括邏輯判斷、邏輯計(jì)算、定時(shí)控制、記憶控制和算術(shù)運(yùn)算等。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)﹂_關(guān)量和模擬量進(jìn)行有效控制，可靠性高、控制規(guī)模較大，從幾十個(gè)控制點(diǎn)到上萬個(gè)控制點(diǎn)。PLC 控制技術(shù)能夠完成各種工業(yè)環(huán)境現(xiàn)場控制要求，具有耐高溫、耐高濕、耐沖撞和耐腐蝕的特點(diǎn)，能夠在惡劣環(huán)境中正常運(yùn)行。PLC 控制技術(shù)在流水線生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)中配置了若干個(gè)輸入輸出接點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)屬于數(shù)字邏輯節(jié)點(diǎn)，這就確保了PLC 控制系統(tǒng)擁有可靠的開關(guān)性能，能夠減少各種復(fù)雜的外部接線。PLC 控制系統(tǒng)由于采用邏輯儲(chǔ)存模式，整個(gè)系統(tǒng)的控制程序全部儲(chǔ)存在儲(chǔ)存器，系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性和靈活性，可以依托該系統(tǒng)進(jìn)行有效拓展。對工藝過程和工藝方式改進(jìn)過程中，只需改動(dòng)儲(chǔ)存器中的程序即可。在傳統(tǒng)控制模式下，修改工藝需要調(diào)整硬件設(shè)施各連接線，往往需要配置較多的人力物力，工作難度較大，很容易出現(xiàn)問題。PLC 控制系統(tǒng)由CPU、ROM 和輸入輸出電路組成，它能夠?qū)崿F(xiàn)輸入輸出電路之間的邏輯轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入輸入端經(jīng)過CPU 處理后，進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，最后輸出信號(hào)。PLC 控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是中間轉(zhuǎn)化器，它能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的邏輯轉(zhuǎn)換。在煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程中，工作現(xiàn)場范圍較大，操作過于分散，各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需要集中在中央計(jì)算機(jī)中進(jìn)行集中處理和管理。在PLC 控制系統(tǒng)中，通過采用串行通信模塊對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)傳輸過程中的電磁干擾防護(hù)，保證信號(hào)質(zhì)量。

1.2 變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

變頻器驅(qū)動(dòng)主要是通過改變電機(jī)的電源頻率，進(jìn)一步控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，通過調(diào)控不同的轉(zhuǎn)速，更好滿足轉(zhuǎn)距要求，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)速、低速軟啟等功能?，F(xiàn)階段很多煤炭企業(yè)使用的變頻器技術(shù)主要是矢量控制技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)能夠更好地調(diào)控電機(jī)運(yùn)行和負(fù)載，確保電機(jī)的負(fù)載能力，調(diào)速能力達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)柔性復(fù)雜的軟停車和軟啟動(dòng)，確保各驅(qū)動(dòng)設(shè)備之間的速度配比更加完善、更加科學(xué)。將變頻器技術(shù)應(yīng)用到帶式輸送機(jī)控制體系中，可以確保整個(gè)運(yùn)輸體系運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，延長設(shè)備使用壽命，降低能耗。近年，隨著以微電子為代表的電子技術(shù)不斷發(fā)展，變頻器技術(shù)在應(yīng)用過程中的成本呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，大大提升了變頻控制的性能，各項(xiàng)功能逐步提升。

2 基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)

2.1 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)是煤炭企業(yè)運(yùn)行過程中的重要運(yùn)輸系統(tǒng)，它是整個(gè)企業(yè)煤炭運(yùn)輸不可缺少的重要設(shè)備。隨著煤炭生產(chǎn)不斷向前發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，單純依靠輸送機(jī)自身的品質(zhì)和質(zhì)量以及優(yōu)良的性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到提高生產(chǎn)效率的要求，這就需要對現(xiàn)有帶式輸送機(jī)進(jìn)行有效完善。將PLC 控制技術(shù)和變頻器控制技術(shù)應(yīng)用其中，能夠更好地監(jiān)控整個(gè)帶式輸送系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對帶式輸送系統(tǒng)的集中和安全控制。帶式輸送系統(tǒng)的控制系統(tǒng)具有監(jiān)控管理的功能，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，防止帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)損壞，造成電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。在煤炭生產(chǎn)過程中，輸送機(jī)所處環(huán)境十分惡劣，長時(shí)間運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)聯(lián)軸器斷裂、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的安全事故。在輸送系統(tǒng)中配置工業(yè)集成計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測輸送系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對輸送機(jī)運(yùn)行進(jìn)行有效控制，真正達(dá)到低能耗、易維護(hù)、操作簡便和運(yùn)行可靠的要求，可以實(shí)時(shí)采集和控制工作現(xiàn)場的各種信息數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)配置要求

煤炭企業(yè)對帶式輸送系統(tǒng)的長度、運(yùn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定性有著嚴(yán)格要求，這對驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)良性能提出更高要求。一旦驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)問題或者運(yùn)轉(zhuǎn)性能較差，無法滿足運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)速度和功率平衡的要求，很容易造成輸送系統(tǒng)出現(xiàn)斷裂、過載的問題。為滿足煤炭生產(chǎn)的實(shí)際要求，需要從以下方面入手：在整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要滿足曲線要求，對啟動(dòng)時(shí)間做出動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)，并且要滿足滿負(fù)荷啟動(dòng)要求。啟動(dòng)速度可以做出動(dòng)態(tài)化調(diào)整，減少對輸送帶的損傷。啟動(dòng)過程中應(yīng)該盡量保持平穩(wěn)，減少?zèng)_擊力度，避免對各部件造成損害。啟動(dòng)階段和運(yùn)輸階段都應(yīng)該有過載保護(hù)，多臺(tái)驅(qū)動(dòng)時(shí)一定要認(rèn)真計(jì)算功率，做好平衡。另外，在整個(gè)系統(tǒng)中需要配置完善的控制器，以便對帶式輸送系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

2.3 帶式輸送控制系統(tǒng)

結(jié)合帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的配置要求，整個(gè)控制系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制和保護(hù)系統(tǒng)控制兩個(gè)方面。

2.3.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制

在現(xiàn)階段的煤炭生產(chǎn)過程中，長距離大功率輸送系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng)方式主要包括CST 可控啟動(dòng)傳輸控制系統(tǒng)、籠型電機(jī)加載調(diào)速液力偶合器配合減速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、籠型電機(jī)加載調(diào)速液力耦合器配合減速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、變頻器配合變頻電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。上述4 種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有優(yōu)勢，第一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢是啟動(dòng)相對較為平穩(wěn)，整體傳動(dòng)效率較高，保護(hù)功能全面，范圍較廣。但是設(shè)備體積相對較大，安裝不方便，制動(dòng)器在配置過程中存在很大難度，設(shè)備故障后，往往需要投入較高的人力和資金成本。第二種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間相對較短，系統(tǒng)的功率平衡率較高。由于在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用扭矩，可以有效緩解沖擊造成的動(dòng)力過載，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對較為簡單，對環(huán)境要求較低，使用壽命較長。由于這種控制系統(tǒng)不是專門為輸送機(jī)配置的專一系統(tǒng)，運(yùn)行過程中控制精確度相對較差。第三種控制系統(tǒng)在傳動(dòng)性、傳熱性、控制性、使用性能方面都具備很好的工業(yè)性，能達(dá)到煤炭生產(chǎn)相關(guān)要求。第四種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能夠保持驅(qū)動(dòng)之間的功率平衡，空轉(zhuǎn)和復(fù)雜運(yùn)行過程中，都能夠有效控制軟啟停。

2.3.2 保護(hù)系統(tǒng)

煤炭生產(chǎn)過程中，由于輸送機(jī)長期處于惡劣環(huán)境，工作強(qiáng)度較大，長時(shí)間運(yùn)行很容易出現(xiàn)多種問題。因此為確保整個(gè)輸送系統(tǒng)的安全性，需要加裝保護(hù)裝置。通過在整個(gè)傳輸系統(tǒng)中安裝溫度、防撕裂、打滑和跑偏等傳感器，動(dòng)態(tài)化監(jiān)測帶式輸送機(jī)的整體運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警。在出現(xiàn)重大事故之前，立即停運(yùn)設(shè)備，防止事故擴(kuò)大，造成嚴(yán)重傷亡。帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中在驅(qū)動(dòng)部分加裝灑水管，配置溫度保護(hù)傳感器，利用灑水降溫的方式進(jìn)行超溫控制和防塵處理，避免溫度升高和塵土飛揚(yáng)，影響帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過將傳感器和煙霧報(bào)警器有效結(jié)合，能夠在輸送帶出現(xiàn)燃燒情況時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，然后噴水滅火。另外，這種模式還能夠有效處理運(yùn)輸機(jī)因異常運(yùn)轉(zhuǎn)造成的溫度升高問題。溫度傳感器的探頭通常由鉛錫等金屬組成，探頭高度略高于輸送帶。一旦輸送帶的溫度升高探頭融化，此時(shí)水管噴水降溫，防止輸送帶溫度過高出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于受到異物、尖銳凸起物的擠壓或者刺入造成輸送帶撕裂，應(yīng)該立即將機(jī)械停止。避免輸送帶的撕裂面積過大，影響煤炭正常運(yùn)輸，帶來更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。輸送帶斷裂保護(hù)過程中經(jīng)常選擇使用監(jiān)測保護(hù)，在輸送帶中預(yù)埋交替線圈，有效采集斷帶信號(hào)。在輸送帶的上下方設(shè)置磁場探頭，檢測輸送帶磁場的變化。一旦輸送帶出現(xiàn)斷裂，探頭就能夠檢測到斷裂位置的磁場變化，發(fā)出信號(hào)，并將信號(hào)回傳到PLC 系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。因此，通過在輸送帶上加裝速度傳感器。一旦輸送帶速度下降到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，傳感器就會(huì)發(fā)出下限警報(bào)，此時(shí)輸送帶會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，相應(yīng)技術(shù)人員要及時(shí)檢修。輸送帶運(yùn)輸?shù)拿禾慨a(chǎn)品中會(huì)夾雜大量雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)堵塞輸送機(jī)的溜槽，造成輸送帶向前運(yùn)轉(zhuǎn)受到影響，甚至?xí)斐奢斔蛶У臄嗔?。通過在機(jī)械設(shè)備頭部加裝堵料開關(guān)，一旦出現(xiàn)堵塞或者滯留情況，探針能夠?qū)⑾鄳?yīng)的信號(hào)傳輸給PLC 控制系統(tǒng)，通過光信號(hào)報(bào)警，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

3 PLC 控制系統(tǒng)和變頻技術(shù)在帶式輸送機(jī)控制中的具體應(yīng)用

PLC 控制系統(tǒng)和變頻技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的具體應(yīng)用，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況和實(shí)際參數(shù)，保證應(yīng)用流程的完整性，確保兩種技術(shù)能夠發(fā)揮各自優(yōu)勢，更好地控制輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在應(yīng)用過程中主要包括操作平臺(tái)和故障處理。

3.1 操作臺(tái)

帶式輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要通過操作平臺(tái)對輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)操作，以確保整個(gè)操作的穩(wěn)定性。操作平臺(tái)的操作選擇主要?jiǎng)澐譃? 個(gè)擋位，具體操作流程如下：

（1）閉鎖擋位。該擋位模式下，控制柜中的PLC 控制系統(tǒng)模塊處于停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)操作電源和系統(tǒng)進(jìn)行隔離操作，保證各控制系統(tǒng)單元之間的獨(dú)立性。

（2）就地?fù)跷?。這個(gè)擋位主要是司機(jī)在操作臺(tái)上對設(shè)備進(jìn)行自主控制，它能夠在很大程度上確保設(shè)備處于啟停操作環(huán)節(jié)。使用過程中，操作人員只需要對相關(guān)模塊進(jìn)行預(yù)處理，選擇相應(yīng)擋位，就能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行有效控制。在這個(gè)擋位接入到輸送機(jī)中的所有保護(hù)功能都能夠處于有效保護(hù)狀態(tài)。帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)按照PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)流程和相關(guān)指令完成操作，滿足煤炭生產(chǎn)需求。

（3）檢修擋位。當(dāng)開關(guān)處于檢修擋位時(shí)，輸送機(jī)會(huì)處于停止操作的狀態(tài)。由于整個(gè)設(shè)備切除了外來故障保護(hù)的功能，僅僅保留拉線開關(guān)。開關(guān)處于這個(gè)擋位主要是因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障，或者可能出現(xiàn)故障，需要停機(jī)檢查。在檢修過程中，尤其應(yīng)該注重傳感器的保護(hù)和異常情況檢查，嚴(yán)格檢修整個(gè)控制系統(tǒng)，對故障做出綜合處理，保證帶式輸送機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）集控?fù)跷弧．?dāng)開關(guān)處于集控?fù)跷粫r(shí)，要求機(jī)械設(shè)備按照一定的輸送流程。一般按照煤流原則，依據(jù)前后級帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)逆煤流啟車、順煤流停車，此時(shí)操作臺(tái)的啟停按鈕無效，急停按鈕有效。

（5）單動(dòng)擋位。當(dāng)開關(guān)處于單動(dòng)擋位時(shí)，打滑保護(hù)被切除，其他保護(hù)項(xiàng)目依然正常運(yùn)行。在整個(gè)帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，只需要借助操作臺(tái)對外設(shè)啟動(dòng)按鈕進(jìn)行處理，就能夠保證整體處理效果?？傊?，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)管理機(jī)制建立完成后，需要利用該處理系統(tǒng)進(jìn)行有效調(diào)試，確保能夠在規(guī)定環(huán)境中完成單獨(dú)操作，確保調(diào)試的有效性。

3.2 變頻啟動(dòng)裝置故障處理

PLC 系統(tǒng)故障主要包括變頻器故障、過載、繼電器故障、變頻器故障和PLC 系統(tǒng)故障等。變頻器的典型故障是缺相，主要表現(xiàn)為電流顯著增大，電機(jī)發(fā)熱明顯，電機(jī)運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。故障原因是斷路器引發(fā)故障后，變頻器出現(xiàn)輸入缺相現(xiàn)象。應(yīng)該及時(shí)更換熔斷器、斷路器和接觸器，做好接觸器的檢查工作。壓力傳感器在運(yùn)行過程中，由于長期受到壓力影響，會(huì)造成壓敏電阻疲勞損壞，運(yùn)行期間需要對壓力傳感器進(jìn)行定期維護(hù)更換。變頻器的諧波治理裝置有一定壽命，需要定期更換?？刂瓢粹o常見的故障主要是按鈕觸點(diǎn)氧化、絕緣故障、轉(zhuǎn)換開關(guān)運(yùn)行故障、急停按鈕出現(xiàn)故障。這些故障主要原因是內(nèi)部機(jī)構(gòu)不靈活、不能夠正常復(fù)位，要盡量選擇質(zhì)量過硬的產(chǎn)品。

4 結(jié)語

在煤炭開采/煤炭運(yùn)輸過程中，帶式輸送機(jī)具有運(yùn)載量大、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦、鋼鐵、水泥、港口、船舶等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)發(fā)展，一大批先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行功能提出了更高要求。通過在帶式輸送機(jī)中應(yīng)用PLC 控制技術(shù)和變頻器技術(shù)，能夠進(jìn)一步簡化帶式輸送機(jī)的控制程序，切實(shí)提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟(jì)利益。