閆新遠(yuǎn)

山西焦煤能源集團(tuán)股份有限公司西銘礦選煤廠 山西 太原 030053

帶式輸送機(jī)是一種常用的煤炭運(yùn)輸設(shè)備，其主要應(yīng)用特點(diǎn)為運(yùn)輸距離長(zhǎng)、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)和管理方便，在前期的煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，發(fā)揮了良好的運(yùn)輸效果。而在現(xiàn)階段的煤礦生產(chǎn)中，由于煤礦產(chǎn)量和矸石量發(fā)生了較大程度的變化，致使帶式輸送機(jī)經(jīng)常性的出現(xiàn)超載或者空載的現(xiàn)象。在超載的情況下，由于其皮帶受重力影響下落很可能與托輥產(chǎn)生摩擦，長(zhǎng)此以往必定會(huì)使其邊緣出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，致使帶式輸送機(jī)的使用壽命被縮短。而在空載情況下，帶式輸送機(jī)也處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這會(huì)造成較大的電力資源浪費(fèi)，這與當(dāng)前的可持續(xù)發(fā)展需求嚴(yán)重不符。因此，需要針對(duì)帶式輸送機(jī)的變頻控制系統(tǒng)展開研究。

1 設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)的必要性

煤礦開采深度加大，為了保障煤礦開采作業(yè)的安全，在其中應(yīng)用了大量的自動(dòng)化控制技術(shù)，使得煤礦開采效率明顯提升，這同時(shí)也對(duì)帶式輸送機(jī)的輸送效率提出了較高的要求。目前的帶式輸送機(jī)已經(jīng)朝向高效率和長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展。我國(guó)最初所使用的帶式輸送機(jī)均選取額定速度，即不會(huì)對(duì)承載煤料的數(shù)量進(jìn)行綜合考慮，帶式輸送機(jī)始終處于高速運(yùn)行狀態(tài)。此種狀況下，就會(huì)存在輕載或者空載等現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)大量電力能源，還會(huì)使帶式輸送機(jī)的部件產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損問題，帶來不必要的設(shè)備維護(hù)成本。在國(guó)外，早些年就已經(jīng)開始研發(fā)帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)，即根據(jù)載量需求對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行合理控制，以達(dá)成降低能耗的目標(biāo)。在近幾年，我國(guó)也針對(duì)帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)展開研究，希望通過變頻控制的方式，結(jié)合煤炭產(chǎn)品的運(yùn)輸需求對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行合理控制，這既可提高煤礦運(yùn)輸效率，也能節(jié)省大量能耗。因此，設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)極為必要[1]。

2 帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

可以將 PLC 可編程系統(tǒng)作為變頻控制系統(tǒng)的控制器，由 PLC 發(fā)布指令控制變頻驅(qū)動(dòng)裝置。PLC技術(shù)因具備可編程的特性，能夠根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行環(huán)境發(fā)出特定的指令，控制變頻驅(qū)動(dòng)裝置，使帶式輸送機(jī)能夠根據(jù)具體的承載需求對(duì)帶速進(jìn)行有效調(diào)整。當(dāng)帶式輸送機(jī)為輕載或者空載狀況時(shí)，可適當(dāng)調(diào)低帶速，重載情況下則可提高帶速，這可有效降低帶式輸送機(jī)各部件的磨損率，使輸送機(jī)設(shè)備的使用壽命得以有效延長(zhǎng)。

3 帶式輸送機(jī)的變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成

主要由檢測(cè)單元、控制單元、執(zhí)行單元和人機(jī)界面共同組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖 1。

圖1 變頻控制系統(tǒng)組成圖

其中的檢測(cè)單元主要由帶速傳感器以及煤量傳感器共同組成，這兩個(gè)傳感器獲取的信息會(huì)直接反饋到控制單元，而控制單元中的 PLC 控制器可根據(jù)前期的編程做出特定的變頻控制指令，由執(zhí)行單元的變頻驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)帶式輸送機(jī)的帶速進(jìn)行有效調(diào)整。執(zhí)行單元中的電機(jī)會(huì)根據(jù)變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)作，做出運(yùn)行、停止或者加速等動(dòng)作。在人機(jī)界面中，相關(guān)人員可以直觀了解帶式輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的故障隱患，有效提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行可靠性[2]。

3.2 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.2.1 PLC技術(shù)

PLC 技術(shù)屬于帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的核心控制技術(shù)，在系統(tǒng)應(yīng)用中，主要負(fù)責(zé)信號(hào)指令的處理和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，其主要控制信號(hào)有停車、加速啟動(dòng)、減速等。為了提高數(shù)據(jù)傳輸效果，通常采取多元化的數(shù)據(jù)傳輸手段。在選擇PLC 技術(shù)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇性價(jià)比較高且控制性能穩(wěn)定的技術(shù)，確保其能夠及時(shí)反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，適應(yīng)較為復(fù)雜的運(yùn)行工況。

3.2.2 變頻器的選型

在變頻控制系統(tǒng)中，變頻器從屬于 PLC，即要求變頻器需要在接受 PLC 指令的基礎(chǔ)上才能做出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)行中存在電磁干擾的現(xiàn)象，為了降低電磁干擾對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)動(dòng)作的影響，需要采取合理的接線方案。具體需要將 PLC 和變頻器連接后再與接地線連接，并且設(shè)置抗干擾導(dǎo)線，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行有效的屏蔽處理。在帶式輸送機(jī)中的傳動(dòng)滾軸是影響帶速的關(guān)鍵因素。因此，可使變頻器與傳動(dòng)輥軸的電機(jī)相連，對(duì)帶速進(jìn)行有效調(diào)節(jié)[3]。

3.2.3 軟件程序

軟件程序采用 FB 程序，并且與 PLC 編程同時(shí)作用。在控制系統(tǒng)運(yùn)行之前，需要先將程序中的變量和定時(shí)器初始化，對(duì)于各類外部連接軟件和保護(hù)裝置的動(dòng)作進(jìn)行全面檢查，才能啟動(dòng)帶式輸送機(jī)。帶式輸送機(jī)運(yùn)行的過程中，PLC 控制器需要對(duì)傳感器信息進(jìn)行獲取，并對(duì)傳感器參數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算給出控制指令。當(dāng)檢測(cè)到帶式輸送機(jī)為輕載狀態(tài)時(shí)，控制變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)低速電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到輸送機(jī)為超載或者重載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則需驅(qū)動(dòng)高速電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，還會(huì)根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)做出保護(hù)動(dòng)作。此時(shí)，帶式輸送機(jī)將被停機(jī)。即當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)行參數(shù)時(shí)，則會(huì)做出保護(hù)動(dòng)作，致使帶式輸送機(jī)停機(jī)，當(dāng)故障排除后，才能再次啟動(dòng)帶式輸送機(jī)。

3.3 連接方式

帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)主要由變頻器、PLC控制器、計(jì)算機(jī)和中央控制系統(tǒng)等共同組成，各個(gè)端口需要同時(shí)介入才能保障變頻控制的有效性。對(duì)于斜井這種特殊的運(yùn)輸工況，可以在每個(gè)電動(dòng)機(jī)上分別配置專用的變頻控制器，確保在不同的輸送工況中均能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)帶速的合理控制，降低電能損耗。

4 結(jié)語(yǔ)

已有的應(yīng)用實(shí)踐證明，采取變頻控制的措施對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行合理控制，能夠在一定程度上降低電能損耗，且能夠提高煤炭資源的運(yùn)輸效率。相對(duì)于傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)而言，在變頻控制系統(tǒng)的作用下，帶式輸送機(jī)的性價(jià)比更高，穩(wěn)定性也更強(qiáng)，且表現(xiàn)出了較強(qiáng)的適用性，在大部分復(fù)雜和惡劣的工況中均可應(yīng)用。帶式輸送機(jī)變頻控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果與PLC 編程和軟件程序設(shè)計(jì)直接相關(guān)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先選用穩(wěn)定性較好和兼容性較好的軟件程序以及 PLC 技術(shù)，確保在今后的作業(yè)中也能根據(jù)煤礦資源的運(yùn)輸要求對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，不斷強(qiáng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用性能。