陳 淼

(山西蘭花集團(tuán) 東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000)

0 引言

帶式輸送機(jī)是礦山企業(yè)重要的運(yùn)輸設(shè)備，尤其是隨著我國(guó)煤炭企業(yè)各類(lèi)型生產(chǎn)技術(shù)革新與產(chǎn)能的提高，傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)已不能夠滿(mǎn)足企業(yè)發(fā)展的要求。目前帶式輸送機(jī)的運(yùn)量和功率越來(lái)越大，其電控系統(tǒng)急需采用更先進(jìn)的控制技術(shù)來(lái)匹配。采用變頻器驅(qū)動(dòng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是目前長(zhǎng)距離大功率帶式輸送機(jī)常用的技術(shù)方案。

1 帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)

1.1 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，按功能可分為監(jiān)控與報(bào)警、PLC、監(jiān)測(cè)和變頻器電路。監(jiān)控與報(bào)警模塊包括報(bào)警裝置和位于主控室內(nèi)的上位機(jī)；PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、剎車(chē)制動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)速、功率平衡和急停等核心功能；監(jiān)測(cè)模塊包括溫度監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)，變頻器模塊具有多種控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)外部操作、手動(dòng)操作和自動(dòng)操作等。

圖1 帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 電氣控制系統(tǒng)功能

(1) 對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。通過(guò)變頻器改變牽引電機(jī)輸出電壓的頻率進(jìn)行調(diào)速，可選擇分級(jí)調(diào)速或無(wú)級(jí)調(diào)速。

(2) 綜合保護(hù)功能。對(duì)輸送機(jī)的機(jī)械類(lèi)故障和電氣類(lèi)故障具有綜合保護(hù)功能。電氣類(lèi)故障包括過(guò)電壓與欠電壓、過(guò)電流、缺相運(yùn)行、各類(lèi)型接地與短路等；機(jī)械類(lèi)故障包括偏離既定路線、物料堆積、皮帶打滑、運(yùn)行速度過(guò)快和破損等。

2 電控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC選型

系統(tǒng)選用西門(mén)子的S7-300PLC，采用CPU315-2PN/DP型中央處理器。S7-300型PLC可分為電源模塊、處理器模塊、信號(hào)模塊、總線模塊和電纜模塊等，其本質(zhì)安全電源和非本質(zhì)安全電源均為24 V直流電。S7-300具備無(wú)源控制觸點(diǎn)，用戶(hù)可根據(jù)需求對(duì)其常開(kāi)/常閉狀態(tài)以及是否互鎖進(jìn)行選擇：①在自動(dòng)模式下，當(dāng)接收到啟動(dòng)、停止或者切換等信號(hào)時(shí)，可以根據(jù)工藝流程按順序自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停止或者切換抽采泵和相應(yīng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)故障時(shí)真空泵的自動(dòng)切換；②在手動(dòng)模式下，可以對(duì)各設(shè)備實(shí)施分步操作，但是各環(huán)節(jié)之間存在先后順序的閉鎖；③在檢修模式下，可以對(duì)各設(shè)備實(shí)施分別操作，各環(huán)節(jié)之間將不存在先后順序的閉鎖。以上特點(diǎn)說(shuō)明該型號(hào)PLC十分適合本系統(tǒng)的控制要求。

2.2 操縱臺(tái)

操縱臺(tái)是操作站的主要設(shè)備之一，位于電氣控制室。一般的帶式輸送機(jī)操縱臺(tái)有兩個(gè)，分別分布在兩個(gè)電氣控制室，彼此享有同等的操作權(quán)限，即任何一個(gè)操縱臺(tái)即可完成一個(gè)完整的操作。一般操縱臺(tái)的作用是一方面實(shí)現(xiàn)各類(lèi)型控制操作，另一方面監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)。操縱臺(tái)由顯示部分和操作部分構(gòu)成，顯示部分包括各電壓電流等指針式儀表、故障或正常運(yùn)行指示燈；操作部分包括各類(lèi)型切換開(kāi)關(guān)、按鈕等。操縱臺(tái)具有6種工作方式，具體說(shuō)明如表1所示。

表1 操縱臺(tái)工作方式

2.3 變頻器

本電控系統(tǒng)選用ABB公司生產(chǎn)的ACS800-04系列變頻器，該變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩方式，其控制速度快且精度高。這種控制方式具有矢量控制不具備的優(yōu)點(diǎn)，其定子坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型更容易使電機(jī)磁鏈和電機(jī)轉(zhuǎn)矩得到有效控制。ACS800-04系列變頻器主回路配置有6脈波整流器可將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，電容器組可穩(wěn)定中間回路直流電壓，6脈波IGBT逆變器可將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)行。

此外，這款變頻器還具有下列特點(diǎn)：①系統(tǒng)軟硬件可維護(hù)程度高，具有專(zhuān)業(yè)的抗擾設(shè)計(jì)；②IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)先進(jìn)，智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)使得IGBT和電容的使用壽命延長(zhǎng)；③采用軟充電技術(shù)、相間保護(hù)技術(shù)和快速制動(dòng)技術(shù)等。

3 電控系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)的PLC程序包括拒啟報(bào)警子程序、軟啟動(dòng)子程序、功率平衡子程序和各類(lèi)綜合保護(hù)子程序。綜合保護(hù)子程序以開(kāi)關(guān)量實(shí)現(xiàn)控制，除此以外的所有子程序均是由PLC通過(guò)控制程序輸出頻率信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制。

3.1 拒啟報(bào)警子程序

拒啟報(bào)警子程序流程圖如圖2所示。收到啟車(chē)指令后，PLC程序依次判斷綜合保護(hù)裝置、制動(dòng)閘、主變頻器、從變頻器的狀態(tài)，如果出現(xiàn)非正常狀態(tài)則發(fā)出拒啟報(bào)警信號(hào)。判斷主變頻器和從變頻器正常以后，啟動(dòng)相應(yīng)主電機(jī)或從電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)后采集轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速偏差數(shù)據(jù)，返回變頻器狀態(tài)判斷循環(huán)。

圖2 拒啟報(bào)警子程序

3.2 軟啟動(dòng)子程序

電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)程序，以免啟動(dòng)電流過(guò)大造成啟動(dòng)失敗或燒毀電機(jī)。PLC中編制了啟動(dòng)S曲線，當(dāng)系統(tǒng)收到啟車(chē)指令后校驗(yàn)保護(hù)是否正常，保護(hù)校驗(yàn)完畢后制動(dòng)閘送電打開(kāi)，然后控制變頻器的輸出頻率按照S曲線從零增加，電機(jī)啟動(dòng)完成后發(fā)出給煤機(jī)可啟動(dòng)和輸出運(yùn)行信號(hào)。軟啟動(dòng)子程序如圖3所示。

圖3 帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)子程序

3.3 保護(hù)子程序

帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是獨(dú)立保護(hù)，動(dòng)作后PLC將發(fā)送停機(jī)指令，這類(lèi)型的保護(hù)有縱撕保護(hù)、沿線急停保護(hù)、堆煤保護(hù)三種；還有一類(lèi)保護(hù)不直接停機(jī)，而是多個(gè)保護(hù)信號(hào)綜合判斷動(dòng)作與否，這類(lèi)型的保護(hù)有溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)和自動(dòng)噴水保護(hù)。如果各類(lèi)型保護(hù)都沒(méi)有觸發(fā)，則系統(tǒng)按照預(yù)定啟動(dòng)順序啟動(dòng)，若觸發(fā)不同類(lèi)型保護(hù)，則根據(jù)圖4的邏輯關(guān)系依次執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。

圖4 綜合保護(hù)子程序

4 結(jié)論

帶式輸送機(jī)的發(fā)展方向?yàn)殚L(zhǎng)距離、大功率以及多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，本文對(duì)一種礦用長(zhǎng)距離大功率帶式輸送機(jī)的電控系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)，采用PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)多電機(jī)的電控系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能變頻驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了綜合保護(hù)系統(tǒng)，解決了煤礦帶式輸送機(jī)遇到的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，提高了煤料運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸效率和安全性。