尹占軍

（華陽南煤集團，山西 陽泉 045000）

引言

煤炭洗選作為煤炭生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，需要皮帶輸送機連續(xù)不斷運行方可完成，因此必須保證皮帶輸送機的運行可靠性，才能確保煤炭洗選的效率和質(zhì)量[1-2]?？刂葡到y(tǒng)作為皮帶輸送機的重要組成部分，其控制技術(shù)較為關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)故障，將會導致整個皮帶輸送機工作的停滯，限制選煤廠的生產(chǎn)產(chǎn)量的提升，嚴重的可能出現(xiàn)安全事故，給企業(yè)帶來不可估量的經(jīng)濟損失[3-5]。傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)應(yīng)用時存在線路復雜、可靠性差、控制精度不高等問題，現(xiàn)已不能夠滿足環(huán)保高效生產(chǎn)的要求[6]，因此開展變頻調(diào)速技術(shù)在皮帶輸送機中的應(yīng)用研究。

1 皮帶輸送機結(jié)構(gòu)組成

皮帶輸送機的主要作用是將待洗選的煤炭輸送至洗選位置之后將洗選完成的煤炭運出，不斷往復循環(huán)保證煤炭洗選的連續(xù)進行。選煤廠使用的某型號皮帶輸送機結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示，包括輸送帶、驅(qū)動電機、滾筒、張緊裝置、托輥等部件。輸送帶在驅(qū)動滾筒、轉(zhuǎn)向滾筒及托輥等的支撐下形成連續(xù)的煤炭輸送承載面；驅(qū)動電機輸出的動力首先傳輸至減速器進行降速增扭，以保證具有足夠的扭矩值實現(xiàn)滾筒的轉(zhuǎn)動；張緊裝置可以為傳送帶提供一定的拉力，使驅(qū)動滾筒與傳送帶之間產(chǎn)生足夠的摩擦力，實現(xiàn)輸送帶連續(xù)前移輸送貨物的目的。

圖1 皮帶輸送機結(jié)構(gòu)組成

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

圖2 為變頻調(diào)速控制系統(tǒng)方案，變頻調(diào)速技術(shù)作為皮帶輸送機控制系統(tǒng)改進的基礎(chǔ)，主要依據(jù)PLC 邏輯控制器設(shè)計而成，控制系統(tǒng)布局設(shè)置為主從結(jié)構(gòu)，采用雙閉環(huán)控制理念，檢測皮帶輸送機驅(qū)動電機的輸出軸端的轉(zhuǎn)速和位置，利用PID 控制器調(diào)節(jié)皮帶輸送機驅(qū)動電機的輸入頻率，達到皮帶輸送機驅(qū)動電機載荷輸出實時調(diào)整的目的。主從結(jié)構(gòu)即主站和從站結(jié)構(gòu)，主站設(shè)計在監(jiān)控室，與上位機配合接收各個從站的信號，記錄顯示皮帶輸送機的實施運行狀態(tài)，滿足監(jiān)控人員的工作需要。一旦皮帶輸送機運行過程中出現(xiàn)故障，變頻調(diào)速系統(tǒng)可以檢測得到故障的位置，啟動故障報警程序，及時停止驅(qū)動電機，使皮帶輸送機停止工作。從站中的核心部件為PLC、各類傳感器及相關(guān)附件，主要完成皮帶輸送機工作現(xiàn)場運行參數(shù)及環(huán)境條件數(shù)據(jù)的采集，也可以實現(xiàn)對皮帶輸送機的直接控制及對異常運行數(shù)據(jù)進行報警保護。

圖2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)方案

新設(shè)計的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有較多的優(yōu)勢：第一是具有實時顯示功能，系統(tǒng)設(shè)計了人性化的交互界面，可以實時顯示皮帶輸送機運行參數(shù)及故障信號，如轉(zhuǎn)速、軸溫、跑偏堆煤等信息；第二是防錯功能，依據(jù)PLC 邏輯控制器設(shè)計的控制系統(tǒng)，具有不同系統(tǒng)功能之間的連鎖閉鎖控制功能，具有很好的防止誤操作的效果；第三是具有軟啟動功能，即皮帶輸送機負載較大時，具備低加速度緩慢啟動的功能，可以保護設(shè)備，節(jié)省能耗；第四是故障保護功能，皮帶輸送機工作過程中一旦出現(xiàn)打滑、跑偏等故障，系統(tǒng)可以自動停車，等待維修。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 PLC 選型

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的可編程邏輯控制器的功能主要包括以下三點：第一是皮帶輸送機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集與控制，如驅(qū)動滾筒的實時溫度、實際運行工況、皮帶運轉(zhuǎn)速度等的運行狀態(tài)參數(shù)的采集，同時也能通過主站發(fā)送控制指令，實現(xiàn)皮帶輸送機的遠程控制；第二是故障診斷功能，可以對采集得到的皮帶輸送機運行參數(shù)實時數(shù)值進行邏輯分析處理，做出是否正常運行的判斷；第三是人機交互功能，主站采集得到的實時數(shù)據(jù)可以顯示在系統(tǒng)的上位機，監(jiān)控人員能夠根據(jù)需要控制皮帶輸送機的啟停等功能。基于系統(tǒng)PLC 的功能要求，選取了西門子公司S7-200 系列的PLC，型號為CPU224XP，具有數(shù)據(jù)采集響應(yīng)迅速、數(shù)據(jù)處理能力強、工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強等特點，與此同時，結(jié)構(gòu)緊湊、指令豐富，足以滿足變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的要求。

3.2 傳感器選型

傳感器作為變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的重要組成部分，是皮帶輸送機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能及其皮帶輸送機的運行狀況，確定了傳感器類型及對應(yīng)滿足要求的型號：速度傳感器型號為GSH4、溫度傳感器型號為GWD100、跑偏傳感器型號為GEJ30、縱撕傳感器型號為GVY1.5。

3.3 通訊方式配置

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)通訊采用RS485 屬于半雙工通信，其傳輸距離長，可達1 km 左右，傳輸速度快，可達10 Mbps，滿足系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的實時傳輸要求。與此同時，RS485 通訊模式的抗干擾能力強、數(shù)據(jù)傳輸準確度高，內(nèi)部同時設(shè)置了平衡驅(qū)動器和差分接收器，共模性很好。圖3 為RS485 通訊串口接線圖。

圖3 RS485 通訊串口接線圖

4 系統(tǒng)主程序設(shè)計

變頻調(diào)速主程序流程如圖4 所示，系統(tǒng)運行時首先進行初始化處理，自檢程序無誤之后開始張緊皮帶，以便為其運轉(zhuǎn)載物提供足夠的摩擦力。開啟系統(tǒng)通訊模塊，使皮帶輸送機工作現(xiàn)場實時采集得到的狀態(tài)信息可以快速傳輸至主站監(jiān)控室，涉及皮帶轉(zhuǎn)速、滾筒溫度等。通過PLC 的數(shù)據(jù)處理及分析，可以實現(xiàn)皮帶輸送機速度的調(diào)整，重載低加速度啟動，輕載高加速度啟動，同時，也可以根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)值判斷皮帶輸送機是否出現(xiàn)故障，若出現(xiàn)故障及時報警停機，等待處理。

圖4 控制系統(tǒng)主程序流程

5 應(yīng)用效果評價

為了驗證變頻調(diào)速技術(shù)在選煤廠皮帶輸送機運行過程中的應(yīng)用效果，完成了某選煤廠皮帶輸送機控制系統(tǒng)的改進，跟蹤記錄了為期半年的系統(tǒng)運行情況。結(jié)果表明，變頻調(diào)速系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，滿足皮帶輸送機在線調(diào)速的要求。統(tǒng)計結(jié)果顯示，相較于皮帶輸送機改進之前，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用降低了近15%的設(shè)備故障率，提高了皮帶輸送機運行的可靠性；減少了近10%的設(shè)備運行維護成本，降低了煤炭遴選成本；節(jié)省了近8%電量消耗，為企業(yè)節(jié)約了能源消耗，增加了相同時間內(nèi)煤炭的運輸總量，預計為企業(yè)新增經(jīng)濟效益近100 萬元/年，取得了很好的應(yīng)用效果。