PLC控制系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳利群

（陽(yáng)煤集團(tuán)新景公司調(diào)度室， 山西 陽(yáng)泉 045400）

引言

為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)采后的煤炭運(yùn)輸快速、安全、高效，要求輸送機(jī)設(shè)備擁有裝載量大、遠(yuǎn)距離、高運(yùn)速的特點(diǎn)。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在井下惡劣的工作環(huán)境中，有效對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[1-2]，確保輸送機(jī)在運(yùn)載負(fù)荷與運(yùn)行速度達(dá)到最佳狀態(tài)，保證井下煤炭正常生產(chǎn)。

1 輸送機(jī)工作原理

帶式輸送機(jī)由膠帶機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及使用條件等特征可分為不同類(lèi)型。帶式輸送機(jī)是由撓性輸送帶作為物料承載件和牽引件的連續(xù)輸送設(shè)備。輸送帶既是牽引機(jī)構(gòu)又是承載機(jī)構(gòu)，用旋轉(zhuǎn)的托輥支撐，運(yùn)行阻力較小。主動(dòng)滾筒在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，通過(guò)主動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動(dòng)帶及帶上的貨載一同連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)貨載運(yùn)到端部后，由于輸送帶換向而卸載。利用專(zhuān)門(mén)的卸載裝置也可以在中部任意卸載。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件組成

控制裝置、執(zhí)行電機(jī)、變頻器和負(fù)載電流檢測(cè)等幾部分構(gòu)成帶式輸送機(jī)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1）控制裝置為研華UNO-2172-C22E可編程控制器。保持整體連線（主要是輸入輸出接口與現(xiàn)場(chǎng)總線）的通訊暢通，以便實(shí)時(shí)把控帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)開(kāi)車(chē)預(yù)警、停車(chē)、常規(guī)保護(hù)、故障類(lèi)別指示功能。變頻器為4臺(tái)昇森1-90kW變頻器變頻調(diào)速裝置。其主要作用是通過(guò)控制交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，從而達(dá)到電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車(chē)。

2）交流電機(jī)4臺(tái)（4×250 kW）。利用A/D模塊搜集帶式輸送機(jī)的交流信號(hào)，傳輸?shù)絇LC，軟件分析過(guò)后，計(jì)算輸送機(jī)的負(fù)荷情況，將控制信號(hào)輸出到D/A模塊，修正帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，確保輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)處于最佳狀態(tài)。

圖1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

D/A、A/D轉(zhuǎn)換器和PLC共同組成了輸送機(jī)自動(dòng)反饋系統(tǒng)的控制裝置，PLC是專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的裝置，控制著整個(gè)系統(tǒng)，主要用于輸入輸出之間的邏輯轉(zhuǎn)換。下頁(yè)圖3為PLC控制系統(tǒng)軟件的流程圖。

1-90kW變頻器采用就地和遠(yuǎn)程兩種控制方式，而且可以互相切換，兩種控制方式都可以判斷系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí)，變頻器將信號(hào)輸出給控制器，控制器進(jìn)而輸出相應(yīng)的應(yīng)急信號(hào)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

將此系統(tǒng)應(yīng)用于某煤礦的730/1號(hào)、730/2號(hào)帶式輸送機(jī)進(jìn)行工程試驗(yàn)。該礦煤層厚度平均為10.01m，傾角為4°，采用綜合放頂煤法采煤。該礦井西部為煤炭鐵路集運(yùn)站，距該站距離為8 km，東部為井坪鎮(zhèn)，南部為太原市，北側(cè)為大同市，鐵路公路貫通，運(yùn)輸方便，交通便利。

4.1 帶式輸送機(jī)參數(shù)說(shuō)明

730/1號(hào)帶式輸送機(jī)型號(hào)為SJ-44SDJ-44，運(yùn)煤量為850 t/h，輸送帶長(zhǎng)度為600 m，坡度為7°，采用660 V的額定電壓，230 A的額定電流，電機(jī)型號(hào)為S200L-2。730/2號(hào)帶式輸送機(jī)的型號(hào)為STJ-120×2 200，運(yùn)煤量 1 200 t/h，帶長(zhǎng) 600 m，坡度為 8°，相應(yīng)的輸送量額定電壓、額定電流為660 V、230 A，電機(jī)型號(hào)為S300L-2。

圖3 PLC控制系統(tǒng)軟件流程圖

4.2 試驗(yàn)主要控制因素

試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中載荷與電流的關(guān)系；電動(dòng)機(jī)控制頻率對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的影響；根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)控制輸送機(jī)自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)和停車(chē)，再以實(shí)際操作結(jié)果為依據(jù)，驗(yàn)證自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)控制的精確度與靈活性。

4.3 試驗(yàn)控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，把變頻器上控制輸出速度的設(shè)備運(yùn)行頻率穩(wěn)定在0～60 Hz以?xún)?nèi)；控制系統(tǒng)里負(fù)責(zé)開(kāi)始和停止的電動(dòng)機(jī)時(shí)間上限為18 s，而且相應(yīng)的配備對(duì)過(guò)大電流、電壓不足、設(shè)備漏電、載荷過(guò)重、電壓過(guò)大等危險(xiǎn)因素的隱患排除功能。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是獲取750生產(chǎn)線1號(hào)和2號(hào)帶式輸送機(jī)的電流信號(hào)，以此為根據(jù)來(lái)判定帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，相應(yīng)地改變輸送機(jī)的運(yùn)行速度。帶式輸送機(jī)發(fā)出的電流信號(hào)、獲取電流信號(hào)的時(shí)間段，有利于系統(tǒng)靈敏度的調(diào)節(jié)與控制。

4.4 驗(yàn)證結(jié)果分析

通過(guò)將此PLC控制系統(tǒng)安裝在帶式輸送機(jī)控制器上，結(jié)果表明，考核的輸送機(jī)控制頻率、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、載荷與電流等參數(shù)均處于安全域內(nèi)。具體參數(shù)表現(xiàn)如下：輸送機(jī)載荷與皮帶張力在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)摩擦力保持在一定范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生打滑。PLC控制系統(tǒng)將啟車(chē)?yán)o信號(hào)、停車(chē)信號(hào)輸出給液壓拉緊裝置，液壓拉緊裝置將信息反饋回預(yù)張緊信號(hào)、張緊正常信號(hào)、張緊故障信號(hào)等。如果張緊沒(méi)有達(dá)到正常狀態(tài)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出停機(jī)信號(hào)并報(bào)告故障，以免輸送帶過(guò)度損耗。PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用增加了帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性與穩(wěn)定性，降低帶式輸送機(jī)啟車(chē)時(shí)對(duì)其他電氣設(shè)備的干擾，延長(zhǎng)了輸送機(jī)的使用時(shí)間，極大地增長(zhǎng)了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)論

帶式輸送機(jī)自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)在某礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后取得良好的效果。它的主要功能為實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息、監(jiān)測(cè)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、分析自動(dòng)化故障、報(bào)告運(yùn)行參數(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)多項(xiàng)操作和報(bào)警提示等。根據(jù)輸送機(jī)反饋信號(hào)來(lái)針對(duì)性地加快或者減緩輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)速度與載荷的最佳配合。