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        PLC與變頻器在帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)的應(yīng)用

        2023-10-24 10:03:10張?chǎng)?/span>
        石化技術(shù) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:皮帶機(jī)變頻器礦山

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        西山煤電新產(chǎn)業(yè)公司機(jī)電修造園區(qū)分公司 山西 太原 030053

        隨著礦井采掘生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,礦井帶式輸送機(jī)的運(yùn)載任務(wù)逐步加重,由于帶式輸送機(jī)的運(yùn)載距離遠(yuǎn)、運(yùn)載量大等原因,礦山帶式輸送機(jī)極易發(fā)生空載、停止及重載啟動(dòng)等安全事故。為了解決及降低此類事故的發(fā)生幾率,可編程的以PLC控制器為核心的帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)成為可時(shí)下最為熱門的研究方向。此前劉增環(huán)[1]為了解決皮帶機(jī)出現(xiàn)的問題,對(duì)基于PLC控制器及變頻器的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有操作較為簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好幾低耗等優(yōu)點(diǎn),為礦山實(shí)現(xiàn)智能化開采,提升礦山經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。杜功儒[2]為了實(shí)現(xiàn)礦山的智能化對(duì)皮帶機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),通過對(duì)系統(tǒng)軟件及硬件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)故障報(bào)警及緊急情況處理等功能,為皮帶輸送機(jī)的集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)作出參考。本文基于PLC控制器及變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)的集控系統(tǒng)進(jìn)行了一定的設(shè)計(jì),有效的降低了礦用帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障的幾率,提升了礦山安全。

        1 帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        由于煤礦開采的量越來越大,許多礦山的運(yùn)輸設(shè)備不能滿足其運(yùn)輸?shù)男枨?,所以基于PLC編程控制器為控制系統(tǒng)核心的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文選擇S7-300PLC為帶式輸送機(jī)的集控裝置。利用PLC作為變頻機(jī)及工控機(jī)間的信息交接的媒介,PLC將變頻器的工作信息及工作參數(shù)等信息進(jìn)行匯總,傳輸至工控機(jī),在經(jīng)由工控機(jī)將指令通過PLC傳遞至變頻器,以此來達(dá)到控制變頻器的電機(jī)供電頻率及電機(jī)的轉(zhuǎn)速等。

        帶式輸送機(jī)的集控系統(tǒng)一般由PLC控制器、傳感裝置、變頻器、遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置及以太網(wǎng)等組成。PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接,通過組態(tài)軟監(jiān)控、存儲(chǔ)、報(bào)警燈性能對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行集中控制,以此達(dá)到降低帶式輸送機(jī)發(fā)生故障的幾率。控制單元之間通過通訊接口進(jìn)行連接,以此達(dá)到通訊的及時(shí)性。上位機(jī)與PLC控制器通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接,通訊CPU與變頻器的數(shù)據(jù)量與PLC的CPUDP接口進(jìn)行連接,PLC的數(shù)據(jù)采集和控制指令傳輸通過DP總線實(shí)現(xiàn)[3]。

        皮帶輸送機(jī)采用S-7-300為控制處理器,由中央處理器、接口模塊、通信處理器、電源模塊及功能模塊等組成。其硬件的配置如圖1所示。系統(tǒng)的CPU選擇為CPU315-2DP,其具有較大的存儲(chǔ)及許多I/O接口。此外其同樣具有PROFIBUS-DP的主從接口及RS485接口。

        圖1 硬件的配置示意圖

        圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

        PLC的控制程序主要是用來實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器之間的信息傳遞及故障檢測(cè)的。當(dāng)PLC的控制系統(tǒng)完成初始化后 ,系統(tǒng)收到啟動(dòng)的命令后首先進(jìn)行自我故障的檢測(cè),當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在故障時(shí),系統(tǒng)將會(huì)及時(shí)的進(jìn)行故障報(bào)警。也可以進(jìn)行有效的故障檢測(cè)程序編寫,當(dāng)發(fā)生故障后,系統(tǒng)按照編寫的程序進(jìn)行報(bào)警,及時(shí)的排查系統(tǒng)中的錯(cuò)誤。當(dāng)自我檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)正常運(yùn)行。變頻器調(diào)試時(shí),將電動(dòng)機(jī)的額定電流、額定功率等參數(shù)進(jìn)行輸入,實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的變頻調(diào)速。變頻器利用設(shè)備本身自帶的RS485接口與PLC系統(tǒng)進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方向、運(yùn)行的速度等參數(shù)的調(diào)控。西門子STEP7的編程步驟可以分為:工程建立、設(shè)置輸入及輸出點(diǎn)、設(shè)置I/O通訊的地址表、書寫用戶程序、程序的寫入、程序的最終調(diào)試。

        網(wǎng)絡(luò)通訊的組件的軟件選擇為西門子WinCC6.0來實(shí)現(xiàn)。EM277模塊的人機(jī)界面是實(shí)現(xiàn)人工監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的途徑,CPU315-2PN/DP通過EM277實(shí)現(xiàn)主站和分站的統(tǒng)一,且組成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。EM277上的DP端口與主站的DPMI端口進(jìn)行交換。CPU315-2PN/DP上的PN端用于以太網(wǎng)交換機(jī)和上位以太網(wǎng)進(jìn)行信息的交換。PN端的以太網(wǎng)的IP地址設(shè)定為192.168.0.1,DP為現(xiàn)場(chǎng)的總線路端口,站址為1.5Mbit。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

        圖3 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖

        人機(jī)界面的設(shè)置對(duì)于人員的操縱至關(guān)重要。上位機(jī)的監(jiān)控可以及時(shí)的反應(yīng)皮帶機(jī)的電機(jī)電壓值、機(jī)頭溫度、滾筒速度等參數(shù)。當(dāng)?shù)卿浫藱C(jī)界面后首先顯示的為輸送機(jī)的電壓、電流、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。其次顯示帶式輸送機(jī)故障情況,且當(dāng)帶式輸送機(jī)發(fā)生故障時(shí)能夠遠(yuǎn)程復(fù)位。最后人接界面能夠控制皮帶機(jī)的啟動(dòng)與停止,并能隨時(shí)切換帶式輸送機(jī)的工作模式。當(dāng)用戶進(jìn)入上位機(jī)的監(jiān)控界面時(shí),點(diǎn)擊相應(yīng)的皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)顯示其運(yùn)行狀態(tài),為皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)提供保證。

        2 變頻器設(shè)置及變頻啟動(dòng)系統(tǒng)故障分析

        變頻器的規(guī)模選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦山的實(shí)際需求進(jìn)行選定。確保選定的變頻器可以滿足電機(jī)的輸出功率的額定值。變頻器主回路可將頻率及電壓保持不變的三相交流電轉(zhuǎn)為直流電,也可以將直流電轉(zhuǎn)化為頻率及電壓可以變化的交流電。變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

        MM420是一種常見的變頻器,變頻器配有現(xiàn)場(chǎng)的總線路接口。MM420變電器的主要控制電路包括了數(shù)字型號(hào)的處理器(對(duì)電壓、電流及溫度數(shù)據(jù)的采集工作);輸出及輸入端口;通信的端口,通過上機(jī)位對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)變頻器實(shí)行遠(yuǎn)程操作及監(jiān)控;操作面板是通信端口與操作臺(tái)完成連接的主要途徑,完成監(jiān)測(cè)信號(hào)的輸入輸出。

        變頻啟動(dòng)裝置是控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行的主要系統(tǒng),由于煤礦的地質(zhì)條件較為復(fù)雜,由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行,易發(fā)生如下的故障。PLC的電氣控制箱常常出現(xiàn)接觸器接電發(fā)生熔斷,繼電器發(fā)生過載斷路的現(xiàn)象,變頻器的故障及PLC的故障。在發(fā)生此類故障時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理,本文對(duì)故障的現(xiàn)象及解決方法進(jìn)行研究,當(dāng)變頻器的發(fā)生缺相故障時(shí),此時(shí)發(fā)生此故障的現(xiàn)象是線路電流過大,電機(jī)的發(fā)熱嚴(yán)重,電機(jī)在運(yùn)行的過程中由于故障的原因出現(xiàn)震動(dòng),發(fā)生此類故障的原因是由于三相電路的繼電器及三相的熔斷器熔斷,變頻器產(chǎn)生了缺相的故障,解決此類現(xiàn)象的方法較為簡(jiǎn)單為更換變頻器的熔斷器及斷路器。壓力穿感器在進(jìn)行工作時(shí),由于長(zhǎng)時(shí)間處于受壓的狀態(tài)下極易發(fā)生故障,故障的主要現(xiàn)象為傳感器數(shù)據(jù)失真,產(chǎn)生的原因?yàn)閴好綦娮栌捎陂L(zhǎng)時(shí)間的工作發(fā)生損壞,此時(shí)要做的就是及時(shí)的更換。變頻器的諧波治理裝置的按鈕接觸點(diǎn)極易發(fā)生氧化絕緣故障,急停按鈕及轉(zhuǎn)化開關(guān)等也極易發(fā)生故障,其主要原因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的自身問題,所以盡量選用質(zhì)量好的元件。為了更加有效的維護(hù)系統(tǒng)的安全及設(shè)備的壽命,工作人員需要定期且及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行維修檢測(cè),定期的更換,以此提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        3 結(jié)論

        本文為了有效的提升帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的問題,本文基于PLC控制器及變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)的集控系統(tǒng)進(jìn)行了一定的設(shè)計(jì),對(duì)硬件的配置、人機(jī)界面及變頻器的配置進(jìn)行設(shè)置。并給出了集控系統(tǒng)常見問題的解決方法,有效的降低了礦用帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障的幾率,保證礦山運(yùn)輸安全。

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