帶式輸送機自動保護控制系統的研究

張雪鋒

（山西焦煤西山煤電集團西曲礦運輸三隊，山西 古交 030200）

引言

鑒于帶式輸送機運量大、費用低且連續運輸能力強，其成為煤礦綜采工作面廣泛應用的運輸設備。隨著采煤機技術及采煤機截割能力的提升，帶式輸送機朝著大運量、長距離以及大功率的方向發展。由于綜采工作面的環境相對惡劣，對帶式輸送機控制系統的防爆性能和容錯性提出了更高的要求挑戰。

1 帶式輸送機自動控制系統的總體設計

所研究工作面所選用裝載機的型號為SZZ764/160，該型裝載機的運輸能力為1 000 t/h，對應電機的額定功率為160 kW；破碎機的生產能力為1 000 t/h；所匹配帶式輸送機的具體型號為DSJ1000/80，其運輸能力為800 t/h，電機額定功率為75 kW，該輸送機有兩個電機驅動，根據綜采工作面的運輸要求為工作面配置三臺帶式輸送機。

結合綜采工作面的生產情況及帶式輸送機的運行特征，為確保帶式輸送機運行的可靠性和穩定性，要求其自動控制系統具有一定的安全性、靈敏性、節能性等功能。帶式輸送機自動保護控制系統需滿足如圖1 所示的功能要求。

此外，要求自動保護控制系統控制帶式輸送機在檢修模式、集成模式和遠程模式下運行；保證每臺帶式輸送機沿途隔一定距離設計緊急停機開關；

要求自動保護控制系統能夠根據現場所安裝的傳感器獲取設備的實時運行參數，并對故障信息實時報警并緊急停機；

基于自動保護控制系統上位機用戶還可實時查閱設備的歷史運行數據。

圖1 帶式輸送機自動保護控制系統功能需求

要求自動保護控制系統可實現對帶式輸送機軟啟動，并根據設備的運量對其運速進行實時控制，在達到節能效果的同時避免在突變工況下對工作面電網造成沖擊[1]。

2 帶式輸送機自動保護控制系統的硬件設計

鑒于綜采工作面環境相對惡劣，對設備及其自動保護控制系統硬件的防爆性能及可靠性具有較高的要求。根據帶式輸送機自動保護控制系統的功能要求，綜合分析工業自動化控制系統的設計經驗，本文采用PLC 控制器為核心完成自動保護控制系統的設計。而且，為響應帶式輸送機的節能及解決啟動階段對電網造成的沖擊問題，將變頻調速技術應用于自動保護控制系統中。

因此，本文主要針對帶式輸送機自動保護控制系統的硬件設計PLC 控制器、變頻調速器以及相關傳感器完成選型設計。

2.1 PLC 控制器的選型

目前，工業應用中所采用PLC 控制器以西門子廠家的產品居多。故，針對帶式輸送機自動保護控制系統擬采用西門子系列的PLC 控制器[2]。結合綜采工作面相對惡劣的工作環境及綜采設備的電磁兼容性要求，為該自動保護控制系統所配置PLC 控制器為S7-300 系統的S7-315-2DP 控制器，并為其配置如表1 所示的PLC 相關模塊。

表1 PLC 控制器模塊配置

2.2 傳感器的選型

帶式輸送機自動保護控制系統的控制依據為：通過獲取帶式輸送機的實時運行參數（電機軸承溫度、輸送帶運速等）并結合設備所處的工況基于PLC 控制器進行運算后得出最佳控制指令，并將控制指令經PLC 控制器傳送至變頻器實現對設備的控制[3]。此外，自動保護控制系統還需確保設備的安全性，故要求自動保護控制系統可對設備實際運行中常見的故障類型進行監測，包括對輸送帶防跑偏、防堆煤等監測[4]。

綜上所述，在對傳感器產品功能性能調研的基礎上，結合帶式輸送機自動保護控制系統的功能，傳感器的選型結果如表2 所示。

表2 帶式輸送機自動保護控制系統傳感器選型

為進一步提升帶式輸送機運行的安全性，為每臺設備相隔一定距離安裝緊急開關，具體產品型號為KBW-220L。

2.3 變頻器的選型

變頻器為實現帶式輸送機軟啟動和節能運行的核心設備。變頻器選型的主要依據為額定輸出容量和電流以及過載60 s 時所要求的容量及輸出電流[5]。結合帶式輸送機在最高頻率狀態下的電壓及電流值得出變頻器的容量。

綜合分析，針對帶式輸送機自動保護控制系統所選變頻器的具體型號為MICROMASTER440 型變頻器。該型變頻器具備滑差補償、V/F 控制和矢量控制功能。變頻器的主要控制對象為帶式輸送機的電機，其與電機的連接方式如圖2 所示。

圖2 變頻器與電機的連接方式

3 帶式輸送機自動保護控制系統的軟件設計

帶式輸送機自動保護控制系統的軟件設計根據設備的控制功能，完成對PLC 控制程序的設計。根據帶式輸送機的工作模式設計如圖3 所示的總控制流程圖。

圖3 帶式輸送機自動保護控制流程

如圖3 所示，自動保護控制系統實時采集帶式輸送機現場傳感器所采集的數據，經PLC 處理器對所采集數據與設定值進行對比，當與設定值不符時視為帶式輸送機運行出現故障，并進行停機操作；工作面三臺帶式輸送機按照順序依次啟動，若其中一個出現故障應停機處理。

4 結論

1）以PLC 控制器為核心實時獲取帶式輸送機現場運行參數，并對采集數據進行對比分析，判定帶式輸送機運行是否出現故障，并對故障問題及時報警。

2）當檢測到帶式輸送機運速與運量不匹配時，由變頻器實現對輸送帶運速的調整；而且，基于變頻器實現設備的軟啟動，避免在啟動或者工況突變階段對工作面電網造成沖擊。

3）帶式輸送機自動保護控制系統可對輸送帶的跑偏、滑動、堆煤以及電機軸承溫度等參數進行監測。