煤礦用帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)的功能及系統(tǒng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)問題研究

孔令成

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)紅石灣煤礦有限責(zé)任公司 寧夏 靈武 750411）

0 引言

隨著采掘技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機(jī)的使用范圍大大增加，不但運(yùn)輸量大，而且運(yùn)輸距離長，其安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性也十分重要，要求選用的控制系統(tǒng)應(yīng)功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏、可靠。

1 控制系統(tǒng)的原理

帶式輸送機(jī)的電控裝置主要由操作臺(tái)或操作柜、控制箱或控制柜、綜合保障系統(tǒng)、各種傳感器以及開關(guān)組成。PLC為控制核心，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓和低壓電動(dòng)機(jī)的控制，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測以及故障處理等。

以煤礦用帶式輸送機(jī)為例，由PLC、控制回路、狀態(tài)反饋（各種傳感器）、以及執(zhí)行部件（如灑水控制和聲光報(bào)警裝置）等組成，除實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的連鎖控制外，還對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)急停、打滑、跑偏、撕帶、堆料、煙霧和超溫等故障進(jìn)行保護(hù)，以達(dá)到帶式輸送機(jī)集中控制和綜合保護(hù)等要求。電氣系統(tǒng)由以下幾部分組成：

（1）可編程控制器（PLC）：PLC 是控制系統(tǒng)的核心，其作用是根據(jù)控制程序處理輸入輸出信號(hào)，并對(duì)有關(guān)部分進(jìn)行控制。

（2）A/D轉(zhuǎn)換模塊：A/D轉(zhuǎn)換模塊的主要作用是把壓力變送器和溫度變送器等傳送過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

（3）D/A轉(zhuǎn)換模塊：D/A轉(zhuǎn)換模塊的作用是把CPU發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，把中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成4-20mA直流輸出信號(hào)或1-5V、0-10V的直流電壓輸出信號(hào)，以提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（4）高速計(jì)數(shù)模塊：其作用是把速度傳感器送來的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并送給CPU進(jìn)行處理。計(jì)數(shù)范圍為帶2進(jìn)制符號(hào)32位或無2進(jìn)制符號(hào)16位，附加功能是由PLC采用參數(shù)方式設(shè)定及比較數(shù)據(jù)設(shè)定瞬時(shí)值，比較結(jié)果及出錯(cuò)狀態(tài)可用PLC加以監(jiān)視。

（5）速度傳感器（電感式傳感器）：其作用是把測得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，送給高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并送給中央處理器進(jìn)行處理，通過程序來轉(zhuǎn)換成速度。電感式傳感器又稱無觸點(diǎn)接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花地迅速發(fā)出指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程。

（6）JYB壓力變送器：其作用是通過壓力傳感器的應(yīng)變片將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并由變送器將此電信號(hào)轉(zhuǎn)化為PLC輸入端口相匹配的電信號(hào)，并送給中央處理單元進(jìn)行處理。

（7）溫度變送器：其作用是將所配套的熱電阻信號(hào)精確地轉(zhuǎn)換成與被測溫度成線性關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)，遠(yuǎn)距離輸送給A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理。

（8）液晶顯示器：其作用是將帶式輸送機(jī)所有運(yùn)行狀態(tài)直觀地顯示出來。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)還可顯示故障部位或部件。

（9）輸出信號(hào)：輸出信號(hào)主要包括起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)的信號(hào)，此外，還有發(fā)聲發(fā)光的報(bào)警信號(hào)等。

2 可編程控制器

可編程控制器 （PLC）是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算與操作的控制裝置。PLC作為傳統(tǒng)繼電器的替代產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。由于PLC可以通過軟件來改變控制過程，具有體積小、組裝靈活、編程簡單、抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，因此特別適合在惡劣環(huán)境下運(yùn)行。

由于PLC為非安產(chǎn)品，而油壓表、油溫表等為本安產(chǎn)品，因此需要配備轉(zhuǎn)換與隔離電路:16路本安開關(guān)量信號(hào) （無電位接點(diǎn)）轉(zhuǎn)換成為非安無電位接點(diǎn)輸出，再進(jìn)入PLC輸入端。如果不配置本安隔爆轉(zhuǎn)換隔離電路，而將本安信號(hào)直接接入PLC輸入端，就等于將非安信號(hào)串入本安回路，這樣不符合煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。通過配置隔離轉(zhuǎn)換板，完成信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換與放大，使PLC控制距離大大延長，擴(kuò)大了PLC輸出時(shí)的容量。用PLC通過隔離電路直接帶動(dòng)所控制的設(shè)備，減少了設(shè)備中間環(huán)節(jié)，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。另外，配置了轉(zhuǎn)換器、隔離板后，當(dāng)外圍設(shè)備出現(xiàn)故障，造成短路或串入高壓時(shí)，不會(huì)直接損壞PLC，因此保證了主機(jī)的運(yùn)行安全，提高了整個(gè)電氣系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

PLC主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能:（l）對(duì)帶式輸送機(jī)的速度、電流、壓力和溫度等信號(hào)的監(jiān)視；（2）對(duì)液壓站電機(jī)、主電機(jī)以及比例節(jié)閥進(jìn)行控制；（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)主電機(jī)速度、運(yùn)行平衡以及壓力、溫度的控制。

3 控制系統(tǒng)的主要功能及系統(tǒng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 控制系統(tǒng)的主要功能

3.1.1 在集控方式下，根據(jù)輸送流程，根據(jù)煤流方向和各部帶式輸送機(jī)的帶速以及長度按順序延時(shí)起動(dòng)，以減少運(yùn)行時(shí)間。同樣，系統(tǒng)停止時(shí)按設(shè)備起動(dòng)的相反順序延時(shí)自動(dòng)停車。

3.1.2 實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)、振動(dòng)篩等設(shè)備與各部帶式輸送機(jī)之間的閉鎖，并具有自動(dòng)、手動(dòng)以及檢修等控制方式。

3.1.3 帶式輸送機(jī)每隔約100m設(shè)置起動(dòng)預(yù)警裝置，設(shè)備起動(dòng)前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示有關(guān)人員立即遠(yuǎn)離設(shè)備。

3.1.4 電機(jī)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能可發(fā)現(xiàn)一些機(jī)械設(shè)備的潛在故障隱患，運(yùn)行中對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生電流超限或突變時(shí)報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)停機(jī)檢查。

3.1.5 系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)備的故障性質(zhì)，有選擇地進(jìn)行緊急停車、順序停車或發(fā)出報(bào)警聲光信號(hào)。

3.1.6 傳感器和信號(hào)線故障診斷模擬量的傳感器或信號(hào)線發(fā)生斷線故障時(shí)，PLC通過測量值判斷故障并發(fā)出報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

按技術(shù)規(guī)定的要求，整個(gè)輸送系統(tǒng)中的各部帶式輸送機(jī)均裝設(shè)置急停開關(guān)、跑偏保護(hù)、超溫保護(hù)和低速保護(hù)等，這些信號(hào)接入集控系統(tǒng)，參與設(shè)備的緊急停車和閉鎖停車。

3.2.1 所有帶式輸送機(jī)上的給煤點(diǎn)均設(shè)置堆煤保護(hù)和撕帶保護(hù)，以防止帶式輸送機(jī)故障的擴(kuò)大。

3.2.2 所有帶式輸送機(jī)均設(shè)有兩極跑偏開關(guān)，每隔約50m設(shè)置一對(duì)，一級(jí)跑偏用于故障報(bào)警，二級(jí)跑偏用于故障停車。

3.2.3 所有帶式輸送機(jī)均設(shè)置拉線急停開關(guān)，用于緊急情況下的停車，拉線急停開關(guān)的安裝間距均按50m進(jìn)行配置，并可擴(kuò)展至回程段輸送帶的跑偏保護(hù)，以確保輸送設(shè)備和人身的安全。

3.2.4 在帶式輸送機(jī)的機(jī)頭處設(shè)置堆煤傳感器，防止由于堆煤導(dǎo)致帶式輸送機(jī)的超載以及跑偏等故障。

3.2.5 在帶式輸送機(jī)滾筒或輸送帶上設(shè)置速度傳感器，以檢測帶速，防止超速以及打滑事故的發(fā)生。

3.2.6 在帶式輸送機(jī)走廊以及傳動(dòng)滾筒處設(shè)置煙霧傳感器，以檢測煙霧濃度，防止火災(zāi)事故的發(fā)生。

3.2.7 在帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)滾筒處設(shè)置溫度傳感器，隨時(shí)檢測滾筒的溫度，并配備自動(dòng)灑水裝置，當(dāng)輸送帶在傳動(dòng)滾筒處因打滑而超溫時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灑水，對(duì)傳動(dòng)滾筒進(jìn)行降溫，防止因摩擦導(dǎo)致溫度升高引起火災(zāi)事故。

3.2.8 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警，并有聲光提示。一般故障只報(bào)警，現(xiàn)場非正常停車或嚴(yán)重故障時(shí)，故障設(shè)備及其上游設(shè)備緊急停車，下游設(shè)備順煤流延時(shí)閉鎖停車。

4 結(jié)束語

總之，對(duì)此問題的研究有助于完善帶式輸送機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)性能，有效監(jiān)測帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種情況，保證系統(tǒng)更可靠地運(yùn)行，提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為社會(huì)節(jié)約能源。

［1］高炳.幾種帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)性能比較[J].科學(xué)之友,2008,(4):5-6.

［2］孫守德.帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的選擇和比較[J].電氣應(yīng)用,2008,279(6):39-42.