鑫巖主斜井帶式輸送機電控系統

李艷

摘 要：煤礦用帶式輸送機具有工作環境復雜、運輸量大、承載能力強以及運輸距離較長的特點。輸送機電控系統包括變頻調速系統、PLC控制系統、保護系統、監控系統等，該系統設計實現了煤礦帶式輸送機的啟停控制及監控保護。鑫巖煤礦主斜井設有帶式輸送機一條，擔負礦井井下原煤的運輸任務。本帶式輸送機采用變頻調速系統。系統具有統計、監測、記錄、數據分析對比、打印文件和管理等功能，還具備工程師站的管理等功能。系統具有設備故障自我診斷的能力。當其中某個子系統發生故障時并不影響其他的子系統的運行，也不影響集中控制系統除該子系統之外的其他功能的運行。

關鍵詞：帶式輸送機 變頻器 控制系統

中圖分類號：TD634.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（a）-0089-01

利用工控機組態軟件開發本集控系統上位機的管理、監控和故障報警等功能。通過開發的這款軟件主要實現對現場設備的各種運行狀態、保護、設備故障等的顯示、管理和監控。當控制系統發出報警時，程序將自動轉入報警功能。打開報警窗口，上位機屏幕上顯示報警是哪種設備，哪種類型，并告知生產操作人員報警的類型和報警設備的名稱。同時，各設備立即轉入報警狀態的處理，可即時地打印出報表。對系統的主要生產過程參數可進行查詢、打印出歷史趨勢圖，以供生產管理調度人員對其設備進行查詢和分析。

1 總體技術要求

1.1 電控系統結構

該系統包括0.69 kV變頻調速系統、PLC控制系統、保護系統、監控系統等。

上位計算機監控系統采用臺灣研華工業控制計算機，配17寸顯示器及彩色打印機，與PLC控制柜通過電纜進行數據通訊。利用工控機的顯示器對設備的工做狀態進行模擬，并對每臺現場設備的工作運行情況，設備運行參數進行實時監測。顯示器上各畫面間可以方便地互相進行切換。通過對帶式輸送機的各種數據、參數進行實時在線檢測，利用趨勢圖對其進行顯示，使生產指揮調度人員能夠隨時掌握和控制設備的工作狀態和各種相關參數。

1.2 功能要求

1.2.1 傳動系統要求

本帶式輸送機采用變頻調速系統。變頻系統能夠有效地控制帶式輸送機柔性負載的軟起動/軟停車的動態過程，實現帶式輸送機各個驅動之間的功率平衡，可以靈活的調節帶式輸送機的帶速。由此可以降低直接起動和快速停車過程對機械設備和電氣系統的沖擊，避免撒料與疊帶，有效地抑制帶式輸送機動態張力可能對皮帶和機械設備造成的危害，延長帶式輸送機的使用壽命[1]。

1.2.2 集中控制的控制方式

（1）集中程序控制：設備正常運行時的工作方式，由上位機發出指令來控制設備的啟停。（2）人工就地控制：在就地方式下，操作人員可對設備進行啟停。（3）檢修方式控制：井下設備檢修階段，可跳出設備閉鎖關系，隨時任意的啟停任何一個設備。（4）動方式控制：設備檢修、調試過程中經常要點動啟動電機，此工作方式可實現單個電機的點動啟動。

2 設備選擇

2.1 變頻器

選用西門子630kW變頻器，額定工作電壓Ue=690 V，輸入電壓波動-10%～+10%Ue，額定頻率fe=50 Hz，頻率波動47～63 Hz。輸出電壓為0～Ue，輸出頻率為0～50 Hz。變頻器主要功能如下。

（1）拖動輸送機的2臺電機的驅動變頻器要求具有同步通訊功能，以方便實現2臺變頻器之間的互鎖和速度同步及力矩輸出均衡[4]。（2）帶式輸送機空載、重載軟起動，空載、重載軟停機，低速啟動帶式輸送機、急停設備和突然斷電均應滿足工藝專業的要求。（3）變頻器保護功能如下：變頻器內部故障保護，負載側短路、過流、過壓、欠壓、接地故障、IGBT故障、過熱、預充電故障、外部故障、電機/變頻器過載、超速、網絡通訊故障、控制電源欠壓、輔助24 V故障、主回路斷電、緊急停車、進線電源缺相等。保護動作應能發出硬接線信號[2]。（4）變頻器具有如下報警功能。過流、過壓、欠壓、接地故障、IGBT故障、過熱、預充電故障、外部故障、電機/變頻器過載、超速、網絡通訊故障、并聯運行故障、控制電源欠壓、輔助24 V故障、主回路斷電、緊急停車、進線主回路缺相。（5）變頻器的過載要求 。變頻器應按重載機械選型。變頻器的過載能力應滿足工藝設備的正常運行要求，如：帶式輸送機的滿載啟動等。

2.2 本控制系統[5-6]

（1）配備：本集控系統集中控制采用西門子S7-400 PLC、電源、通訊接口、中間繼電器等系列產品。PLC采用WinCC編程軟件工具軟件包，用來完成PLC應用軟件的開發編制和本控制系統軟、硬件的調試、編程工作。工控機的監控軟件采用中文版的工控組態軟件來實現本控制系統的監控、管理和故障報警。（2）TP系列觸摸屏，可與控制臺PLC系統相連接，安裝在控制柜面板上。（3）可在觸摸屏上通過按鈕設定操作參數。操作人員可通過觸摸屏對皮帶及附屬設備進行控制，并對其工作狀態進行監測。（4）控制柜通訊方式和高壓柜綜保裝置及變頻器連接。（5）具有集控、就地等多種工作方式。（6）配置事故音響，當某一重要參數異常時，可發出聲音報警。（7）系統設置禁止起動的信號，一旦發生緊急情況，現場工作人員和控制室操作人員均可解除設備的起動。

2.3 輸送機保護系統

帶式輸送機保護系統是指井下皮帶的集中控制、監測、保護裝置、通話、語音報警于一體的控制系統。系統采用先進的現場CAN總線技術，皮帶沿線保護裝置均采用總線式，所有檢測信號均進入帶式輸送機保護系統自帶的控制主機內，完成整個系統的集中及分布式控制，兩條控制沿線4+4公里內不需要中繼。

帶式輸送機保護系統自帶的控制主機配有兩個標準串口，串口通訊采用modbus通訊協議，可以與其他控制系統或其他采用modbus通訊方式的設備進行數據傳遞和信息共享。

2.4 配電系統

主斜井配電室內雙回10 kV進線電源取自室外工業場地動照網。高壓配電系統共需KYN28-12型中置式鎧裝移開式金屬封閉高壓開關柜9臺，要求為國內先進、數字式儀表、數字式綜合保護器并具有RS485接口或網絡接口、具有“5防”功能及各種電氣保護和閉鎖裝置齊全的新型高壓配電裝置。

主斜井配電室雙回0.4 kV電源雙回取自所內變壓器。

3 結語

鑫巖主斜井帶式輸送機電控系統于已于2012年12月投入運行，變頻器在交流拖動系統應用過程中呈現良好的控制性，可以實現無級調速，并具有軟起動功能，可對帶式輸送機進行加減速控制，在煤礦實際生產中創造了巨大的經濟效益。

參考文獻

[1] 周滿山.可控傳動裝置的研究[D].青島：山東科技大學，1997.

[2] 肖祥明.變頻調速器應用中的若干問題探討[J].節能技術，2003（6）：37-40.

[3] 趙金.交流調速系統模糊PID控制[J].自動控制，2002（2）：13-16.

[4] 莫麗紅.輸送帶系統多電機平衡模糊控制器的研究[J].煤礦機械，2004（6）：27-28.

[5] 易繼鍇，江祥賢，侯媛彬.電氣傳動自動控制原理與設計[M].北京：北京工業大學出版社，1997.

[6] 李長久.PLC原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2010.