礦用膠帶輸送機自動化控制方案設計

沈 衡

(曲靖富源煤炭工業局安全技術培訓中心，云南 曲靖 655500)

目前在礦井生產中，礦用膠帶輸送機控制系統是基于現場總線結構進行布置的。該結構形式簡單便于進行后期維護，且造價較低，用戶還可以結合自身需求設計與使用不同系統。此外，信息電子技術的發展使得膠帶輸送機控制系統逐步朝著信息化、智能化和自動化方向發展，

1 礦用膠帶輸送機控制系統結構

膠帶運輸機是利用摩擦力輸送物料的裝置，其組成部分主要包括機架、輸送帶與傳動裝置，其不僅可以用來運輸碎散物料，還可以運輸成件商品。這種輸送機的特點在于其機身能夠進行伸縮，且因為設有儲帶倉，故機尾能夠隨著采礦工作深入而拉長，可直接在巷道底板鋪設，拆裝方便，運輸量較大或運輸距離較遠時可在設備中間配置驅動裝置。礦用膠帶傳輸機的工作環境溫度通常在40℃-10℃，在一些有防塵、防爆及防腐蝕要求的場合則應采取一定措施，防止物料被損壞。

2 礦用膠帶輸送機自動化控制方案設計

2.1 整體設計

在本次設計研究中，根據實際需求選取西門子G150變頻器，并設置兩部PLC控制器（S7-300、SC-200），該控制系統主要是由設備層、控制層、信息層組成，其中，設備層的功能是對現場控制儀表的信息進行控制；控制層主要負責系統頭尾兩臺控制柜傳遞控制指令；信息層主要負責接與廠級DCS中控通訊。

2.2 硬件設計

在該控制系統硬件設計中，所選用的G150變頻器使用PROFIBUS-DP的連接方式與PLC系統相連，設計中所選取的G150變頻器內部結構為模塊化設計，可以將不同功率等級和控制性能進行自由組合。此外，西門子G150變頻器的驅動系統在和上位運動控制器連接后不但能夠用來對速度進行閉環控制，還可以有效對轉矩進行閉環的控制。對輸送機的啟閉以及功率平衡控制是核心部分。在控制系統內的輸送機系統設計為中部雙驅模式。由于兩個電機設定的距離相隔較近可按照硬耦合進行分析，輸送機的主驅動電機利用速度閉環滿足設計傳輸速度需求，將主電機的輸出轉矩設定為從電機的給定轉矩，以此達到轉矩閉環控制目的。

2.3 軟件設計

礦用膠帶輸送機中的PLC控制主要是用來對傳輸帶的啟閉以及故障保護進行邏輯控制，并能夠利用網絡系統把整個輸送機的運行狀態傳輸至監控系統。為降低系統主干網的網絡負擔，設置的就地工作站可對該工作站的就地設備運行狀態進行檢測與控制，利用DP通信能夠對變頻器的工作狀態進行檢測。其中，A、B站內設置的觸摸屏均借助SKWorkshopV5.0.0對應用程序進行的編程，顯示屏操作界面內可以對膠帶輸送機的電流、電壓、功率以及變頻器、制動器的運行狀態進行顯示，方便對各部分的監控。另外，觸摸屏也可反映拉繩開關位置，當拉繩開關出現打滑故障時，觸摸屏顯示界面內會自動彈出對話框，以此確保檢測維護人員及時找出故障具體位置，排出故障確保系統運行穩定。在機頭位置分別設置1#、2#從站，控制箱為4#profibus-dp，十六字輸出、十六字輸入[1]。

3 控制功能及操作

礦用膠帶輸送機的控制模式有自動、手動以及遠程DCS控制，其中，輸送機在開車指令發出后，開啟電機風扇，控制系統接收到風扇工作信息后則會將液壓絞車張緊裝置啟動，并在接收到張力信號3s內將變頻器啟動，因為變頻器具有零赫茲制動功能，所以此時輸送機被抱死。PLC控制系統在收到變頻器工作信號后自動將制動器啟動，變頻器按照既定的速度曲線輸出功率。若輸出功率值為零，則輸送機利用制動器進行緊急制動，此時變頻器停止工作，當變頻器停止工作3s左右，液壓絞車張緊裝置會停止運行，此后電機、風機都停止工作。若在膠帶輸送機工作過程中拉繩跑偏或皮帶打滑，則PLC控制系統會自動發出停車命令，在變頻器停止運行后借助制動器將輸送機抱死。若膠帶輸送機的控制模式為遠程DCS控制，則皮帶機的啟閉和行駛速度依靠DCS遠程中控實現，而在DCS遠程中控中，PLC會將大多數的報警信號直接傳輸至遠程中控，并由其來決定是否立即停機，若在膠帶輸送機工作過程中出現拉繩開關，為避免造成人員受傷事故，則PLC會控制皮帶機立刻停止工作。

圖1 控制系統硬件聯系圖

4 效果評價

本文基于西門子G150變頻器與兩PLC控制器（S7-200、S7-300）進行膠帶輸送機自動化控制方案設計是合理可行的。設計方案中用戶操作界面的設置可以極大地減少維護人員查找設備故障部位與原因的時間，使用主從驅動來實現轉矩閉環控制，不僅具有較好的功率平衡效果還可以顯著降低設備功耗，三層網絡架構的設計在提升控制系統以及設備運行安全性的同時，還降低了控制系統硬件的材料成本。

5 結論

礦用膠帶輸送機具有運行安全、工作效率高、經濟成本低等優點，此外，因為其結構形式簡單便于進行后期維護，用戶還可以根據自身需求進行不同系統的設計而被大規模應用于井下運輸中。相信在不久的將來，隨著信息電子技術的發展，礦用膠帶輸送機控制系統必將朝著更加自動化、更加智能化的方向發展。