基于礦山機械設備的電氣自動化控制技術研究及應用

（甘肅畜牧工程職業技術學院，甘肅 武威 733006）

傳統的礦山機械設備的控制系統在采集對象方面的數量和頻率上都比較低。因此，為解決傳統技術存在的問題，有必要采用新型的電氣自動化控制技術對礦山機械設備進行改善。本文設計的電氣自動化控制技術的礦山電氣自動化控制系統，具備分析處理能力，通過調速變頻器、回轉設置、皮帶控制等，根據實際生產情況的變化對應地采取決策。

1 基于礦山機械設備的電氣自動化控制技術研究

基于礦山機械設備的電氣自動化控制技術主要體現在調速變頻器、回轉設置和皮帶控制當中。為了實現高速和低速之間的轉換，將交流電形式轉換為直流電，第二步是轉換為直流頻率。這是通過控制交流電源來實現的。這可以通過使用適用于工況的可變電壓交流電源來實現高低轉換速度。低速-工作速度，高速-分流[2]。使用變頻器可以極大地降低起步，停車時以及高速和低速轉換期間所有機器設備的影響。

這次開發的電路主要分布在電氣室中，并安裝了控制柜和配電柜，電源為低壓交流電源，主要負責電流和電壓互感器的控制和指示任務，通過變壓器轉換電源電壓的任務，三相電源用作備用電路。同時，為采礦設備的PCL控制系統提供了專用的電源設備電路。

（1）調速變頻器。以往的礦山生產中，數據檢測的速度非常慢，效率非常低下，電力能源消耗非常快，導致機械設備經常出現故障，因此需要在電氣自動化控制技術中使用調速變頻器來解決這些問題。在電氣自動化控制技術中使用調速變頻器，在調速變頻器中安裝PLC數據采集系統進行數據采集，根據所采集的數據，對調速變頻器調速方式采用手動、半自動的復合控制模式，無轉速反饋的開環控制。該設備的控制電路圖如圖1所示：

圖1 調速變頻器的控制電路圖

使用變頻器控制多個驅動器，以達到不同工作部件的運行速度，降低能耗，同時檢查采礦機械和設備的模擬壓力信號，然后將該信號反饋到電氣控制設備，以查看模擬定量信號的工作情況。判斷采礦機械設備的實力，降低故障的出現，確保礦山機械設備平穩地運行，再進一步計算出回轉速度。

圖2 回轉控制原理圖

（2）回轉設置。如果機械設備發生故障，則需要手動檢查和維護。這不僅不會產生任何影響，而且還會對礦山生產產生重大影響，并且故障排除可能不夠徹底，從而會導致隱患發生。通過調節電位器和逆變器參數，調節自動裝置的電氣控制裝置的旋轉可實現轉速的調節，用調速來實現料流的恒定速度，對故障進行定位，發生故障即可緊急停止操作，及時排查故障。回轉控制原理如圖2所示。

回轉設置的驅動是采用低速大轉矩液壓馬達來實現的，控制原理是用交流變頻調速方式N/F調速的一個過程。

（3）皮帶控制。傳統礦山機械設備的控制技術中關于皮帶控制方面一直采用的是單向運行的設計，無法針對外界因素的變化進行數據處理。傳統方法在礦山開采期間，外部因素的變化通常會影響生產的質量和效率，并且無法保證產品質量的一致性。為保證生產的穩定性和產品質量的規范性，把控生產質量，在皮帶傳送器中設置預警裝置，要處理有關外部因素變化的信息和數據，及時調整采礦機和設備的運行條件。通過繞過驅動輥和惰輥之間的摩擦力，完成了皮帶控制裝置中的整個輸送帶。它主要由連接到皮帶導向系統的支架支撐。 控制方法是全壓和直接啟動。液壓推桿制動器，動力直接從主鏈傳遞到動臂皮帶。

2 電氣自動化控制技術的應用

傳統的電氣自動化控制技術存在局限性，為了驗證電氣自動化控制技術在實際礦山機械設備中的應用效果，本設計方案在某礦山機械設備上進行了電氣自動化控制技術試驗，并與傳統性能作出對比。考慮系統整體的最優性價比，選用SATGBNS STIC S4-30 PLC，數字量的輸入、輸出模塊和模擬量的輸入輸出模塊選用 S7-300 的模塊，完成各個控制系統硬件配置。

（1）故障出現頻率測試。對照組使用文獻3所使用的傳統控制技術，實驗組利用PLC進行數據采集，控制系統的采樣頻率為50Hz，變頻參數為0.8。對調速變頻器調速方式采用手動、半自動的復合控制模式，無轉速反饋的開環控制。圖3為根據實驗測試得到的故障出現頻率對比圖：

圖3 故障出現頻率對比圖

由上圖實驗結果可以看出，在礦山機械設備中使用調速變頻器，并在調速變頻器中安裝PLC數據采集系統，可以達到采集數據精準的效果，進而降低故障出現頻率，也為下一步針對回轉設置的實驗測試提供依據。

（2）故障定位準確率測試。實驗組中，利用回轉設置的低速大轉矩液壓馬達進行驅動，實現回轉速度的調節，用調速來實現料流的恒定速度，進而對故障進行定位。對照組則采用傳統的控制技術，即不具備速度的調節功能。圖4為故障定位準確率對比圖：

根據實驗結果可知，通過回轉設置可以對故障進行準確定位，以達到加快生產的效率，減少礦山機械設備查找修復故障的時間和精力的目的。

（3）產品質量測試。為確保實驗的準確性，采用控制變量法，以開采鐵礦石的純凈率為例，實驗組和對照組除了皮帶控制裝置不同，其余條件均相同。實驗結果如圖5所示：

圖5 鐵礦石純凈度對比圖

由圖5可知，相比傳統皮帶控制裝置中的單向運行設計，在皮帶沿線區增設應急關機以及在皮帶傳送器中設置預警裝置的雙向設計，能夠有效的對外界因素變化的信息數據進行處理，并起到安全保護作用，保證生產的穩定性和產品質量的規范性，把控生產質量。本設計方案從調速變頻器、回轉設置和皮帶控制幾個方面對礦山機械設備的電氣自動化控制技術進行優化設置。結果證明，電氣自動化控制技術有其自身特有的優勢，更加適用于礦山行業開采。

3 結束語

本章基于礦山機械設備對電氣自動化控制技術進行研究，整個電路的故障出現、故障排查、安全保護、產品質量及生產效率等問題都在本次設計中解決了，這使采礦機械和設備能夠在相對惡劣的條件下實時自動開采，進行遠程控制、減輕勞動強度、減輕工作量、提高運營效率并提高企業的技術管理水平。 通過研究該項目，它可以成為企業的寶貴參考，對國內先進制造來說屬于比較先進的技術水平，與傳統控制技術相比，它自動化程度更高，決策更加科學合理，受外界因素的影響較小，可以確保生產的穩定性和連續性，對同類型的機械設備來說具有很好的推廣價值和示范作用。