吳志輝

（余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司機電科，山西 長治 046103）

引言

智慧型煤礦開采設(shè)備的應(yīng)用是目前煤礦行業(yè)主要的發(fā)展方向，帶式輸送機作為保障煤炭資源高效生產(chǎn)的重要裝備，帶式輸送機的節(jié)能控制對提高設(shè)備的使用壽命具有重要意義。由于帶式輸送機長期處于恒定、高速的運行狀態(tài)下，皮帶的轉(zhuǎn)速無法根據(jù)帶式輸送機上的貨物進行適時調(diào)節(jié)，造成了較大的能源浪費，這就需要根據(jù)輸送機上的運載量的大小實時對輸送機的驅(qū)動電機輸出功率進行調(diào)節(jié)，以使輸送機處于一個比較合理的工作狀態(tài)下。

因此，通過構(gòu)建一套監(jiān)控系統(tǒng)，以明確獲取帶式輸送機的工作狀態(tài)。主要監(jiān)測的數(shù)據(jù)包括帶式輸送機的運量、電機轉(zhuǎn)速、驅(qū)動電機的電信號等。此外，依靠電機上的變頻控制器可實現(xiàn)對帶式輸送機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速、輸出功率的無極化變頻調(diào)控，對提高設(shè)備的效能具有重要意義[1]。

1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)

DTL1500型帶式輸送機是一種結(jié)構(gòu)比較簡單、性能可靠的帶式輸送機，其主要由滾筒、皮帶、以及皮帶張緊裝置構(gòu)成。DTL1500型帶式輸送機的結(jié)構(gòu)分布圖如圖1所示，該型帶式輸送機的機架將滾筒固定在相應(yīng)的位置上，托輥主要對皮帶起到支撐作用，卸料漏斗在輸送機的一端，將物料源源不斷地輸送到輸送機上，輸送機利用滾筒驅(qū)動皮帶，皮帶運輸物料實現(xiàn)對物料的輸送。該型輸送機的驅(qū)動裝置主要包括電機、減速器、制動器、逆止器、高速聯(lián)軸器以及低速聯(lián)軸器。輸送機的皮帶張緊裝置的主要作用是實現(xiàn)對皮帶松緊的調(diào)節(jié)[2]。

圖1 輸送機結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 工作原理

輸送機的工作原理比較簡單，主要是通過兩個端點的滾筒以及輸送帶配合完成對物料的運輸，皮帶在滾筒上形成一個封閉的環(huán)形，可以不斷地循環(huán)運行，皮帶與滾筒之間依靠摩擦力來傳遞載荷。張緊裝置的目的是為了調(diào)節(jié)皮帶與滾筒之間的接觸角度，以防止皮帶長度變化導(dǎo)致皮帶與滾筒之間的摩擦力減小。同時，在帶式輸送機的使用過程中，需要根據(jù)實際工作情況對輸送機進行及時地調(diào)整[3]。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)主要以PLC可編程控制器為核心，系統(tǒng)中主要設(shè)有三臺電子皮帶秤，電子皮帶秤安裝于帶式輸送機上，主要是用于監(jiān)測皮帶上煤流量。該能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)如下：

1）變頻器故障檢測能力。系統(tǒng)對變頻器出現(xiàn)的各種故障能夠及時發(fā)現(xiàn)并報警，起到對驅(qū)動電機變頻器的保護作用，降低設(shè)備的故障風(fēng)險。

2）帶式輸送機自動保護功能。帶式輸送機的控制系統(tǒng)具有對其常規(guī)故障實施保護的功能，如皮帶跑偏報警、驅(qū)動電機過載保護、堆煤保護等，對于一般性的帶式輸送機故障都能起到較好的保護作用。

3）具有自動調(diào)節(jié)功能?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)帶式輸送機的運行情況以及煤礦運輸量的大小對輸送機驅(qū)動電機進行調(diào)節(jié)，以確保輸送機的輸出功率與載荷之間存在最佳匹配關(guān)系[4]。

3 系統(tǒng)總體方案

該節(jié)能控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如下頁圖2所示，其主要結(jié)構(gòu)由上位機、信號交換機、PLC控制器、各類傳感器等組成。上位機是控制系統(tǒng)的核心控制部分，具有顯示與分析功能，可顯示輸送機的狀態(tài)，也可對設(shè)備進行操作；上位機與控制器之間的信號通信依靠交換機實現(xiàn)；PLC是對系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進行計算與分析，并得出邏輯控制命令，從而實現(xiàn)帶式輸送機各項功能的控制。

圖2 節(jié)能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該型輸送機由三臺配電柜輸出660 V、50 Hz的交流電機驅(qū)動，每臺驅(qū)動電機上也配置有單獨的變頻控制器，該變頻器采用德國西門子的F5H82型變頻器，可實現(xiàn)過電壓、過電流等各種保護作用。每臺驅(qū)動電機有單獨的配電箱對驅(qū)動電機進行供電，PLC通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與傳感器、檢測儀以及上位機的互聯(lián)互通，從而達(dá)到對帶式輸送機節(jié)能控制[5]。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)節(jié)能控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別對系統(tǒng)的硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計做簡要介紹。帶式輸送機能耗控制系統(tǒng)中的核心是PLC控制器，PLC的可靠性對帶式輸送機整機設(shè)備的可靠性具有重要影響。根據(jù)系統(tǒng)的實際需求，選擇了西門子的SDQ570型PLC控制器，控制系統(tǒng)功能的設(shè)計如圖3所示，集成皮帶速度、運輸量、功率采集模塊等信息。

圖3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計

4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

下面對控制系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備的設(shè)計、選型等做簡要介紹。

1）PLC控制?？紤]到礦井工作環(huán)境惡劣，加上要實現(xiàn)的功能較多，因此在PLC的設(shè)計與選型過程中，利用PLC具有多點信息輸入與輸出的特點，同時處理多路信息。

2）變頻器。變頻器具有良好的調(diào)速控制能力，同時可適應(yīng)井下惡劣的工作環(huán)境，具有較好的可靠性以及電控精度。

3）煤流量監(jiān)測。帶式輸送機上煤炭運輸量監(jiān)測主要依靠布置于輸送機上不同位置的皮帶秤來實現(xiàn)，電子皮帶秤具有較好的安全性與測量精度。

4）功率的監(jiān)測。為了匹配帶式輸送機輸出功率與煤炭流量之間的關(guān)系，必須對驅(qū)動電機的電信號進行監(jiān)測，該控制系統(tǒng)運行選用了EDA380M型三相異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)，為了提高設(shè)備的工作效率，還增加了變頻調(diào)節(jié)器，同時節(jié)能控制系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)載情況對設(shè)備進行調(diào)節(jié)[6]。

4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，由于硬件之間相互獨立，缺乏聯(lián)系與邏輯判斷，因此要想構(gòu)成一個完整的智能控制系統(tǒng)，軟件設(shè)計必不可少。軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)各種控制與操作功能，軟件的具體編程依靠專業(yè)團隊完成，在此不再具體例舉。PLC控制程序是由西門子TIA Portal軟件設(shè)計的，控制系統(tǒng)的上位機軟件采用的是Win CC8.0編程軟件開發(fā)，Win-CC具有實時信息集成與交換的能力，可以提高可視化界面的性能，且具有強大的網(wǎng)絡(luò)管理功能?？刂葡到y(tǒng)軟件集成了眾多的控制程序，在實際操作中可使用調(diào)取，如圖4所示為主程序控制結(jié)構(gòu)圖。

圖4 主程序控制結(jié)構(gòu)圖

5 系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)

在完成系統(tǒng)軟件與硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，需對系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，在啟動控制系統(tǒng)前，需對相關(guān)設(shè)備進行整體檢查，以保證系統(tǒng)的安全運行。若在聯(lián)調(diào)聯(lián)試的過程中，系統(tǒng)中一旦有環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時對故障進行排除，并修復(fù)其功能。該智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)人工遠(yuǎn)程控制以及無人智能控制，每種控制方式都對應(yīng)有手動、檢修和自動三種功能可選擇。一般情況下，若需要帶式輸送機停運，該控制系統(tǒng)可以自動切換其運行模式，保障設(shè)備有足夠的檢修時間。該控制程序的主界面如第294頁圖5所示。

圖5 上位機控制系統(tǒng)界面

6 結(jié)論

為提高帶式輸送機的設(shè)備效能，從帶式輸送機的驅(qū)動電機入手，成功開發(fā)出一套針對其驅(qū)動電機的控制系統(tǒng)，最后對該系統(tǒng)進行測試，測試結(jié)果顯示系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)，上位機的操作系統(tǒng)對節(jié)能控制系統(tǒng)起到了良好的調(diào)控作用，最終實現(xiàn)了帶式輸送機的智能控制，該研究對提高設(shè)備使用壽命與降低設(shè)備的能耗等具有重要意義。