煤礦皮帶運輸機控制系統與保護措施分析

王 佳

（陜煤集團神木紅柳林礦業有限公司，陜西榆林 719300）

0 引言

規模較大煤礦的井下運輸工作會用到皮帶運輸機，能夠有效提高工作效率，在煤礦生產企業不斷發展的情況下，此設備的應用地位不斷提高，運輸機的質量和性能需要盡可能滿足井下運輸的各項標準和要求。現階段，很多企業所使用的運輸設備都不具備順煤流開啟或逆煤流閉鎖功能，因此采煤機與運輸設備之間的協調作用還有很大提升空間，再加上運輸機不能自動監測故障，嚴重影響企業正常的運行。

1 煤礦皮帶運輸機控制系統

我國常見的煤礦運輸系統是由皮帶運輸機、刮板運輸機和井筒提升機等設備組成，其中皮帶運輸機應用得最為廣泛，數量較龐大。該設備有極強的適用性，能夠在惡劣環境狀態下工作，如回采作業中的粉塵濃度高、回采巷道的運輸線路長、工作面降塵和大濕度環境等[1]。同時，皮帶運輸機的動力要求比較高，需要各項組成設備中配有額定功率更高的電機才能滿足負載需求。為了減小整個線路中的電流值，就需要增大傳輸電壓，但在電壓比較高的線路附近會出現磁場，給電控系統造成干擾，甚至可能讓電控系統不受控制，導致整個運輸系統癱瘓。

各煤礦企業和科研院校等機構加強對皮帶運輸機相關控制系統的研究力度，為了有效提高此系統工作的效率，主要經歷了如下的發展階段：①使用集成式電路板作為運輸機的循環系統，并借助數字邏輯來對系統進行控制；②應用單片機來控制系統的實際操作；③在超集成電路迅猛發展的現如今，PLC 控制系統得到了廣泛應用，并獲得了一定的工作成效[2]。

2 煤礦皮帶運輸機控制系統的保護措施

2.1 PLC 技術

PLC 是能夠實現編程功能的邏輯式控制器，可以控制很多工業制造活動，甚至完全取代繼電器進行相關的邏輯控制作業。此技術在實際應用時，PLC 會開啟順序掃描抑或是無限循環工作模式，而CPU 則根據用戶需求進行編制，并將其準確儲存到程序內；然后，在具體指令引導下做好周期掃描工作，當第一條指令發出時就進行逐條掃描，直到最終程序運行結束時，再重新執行第一條指令，如此一直循環下去[3]。與此同時，每次掃描器件時還要采樣、刷新輸入信號，并可以將掃描周期進一步細分成輸入采樣、執行程序以及輸出刷新成果等：①在輸入相關采樣內容時，可以使用掃描方式讀入鎖存器中存在的端子狀態信息，并將其寫入到輸入型寄存器內，這樣刷新輸入工作就完成了；②在執行程序時，要依照用戶指令進行掃描，并在處理好運算之后，在輸出型寄存器內寫入數據；③輸出刷新狀態，是在結束指令的執行之后，往鎖存器中送入相應的輸出狀態，不僅完成了輸出工作，還能驅動相關設備開始運作。

2.2 PLC 系統工作的原理

2.2.1 操作模式

（1）自動化、智能化的操作。這種模式需要讓PLC 程序與各組態軟件一起作用，操作者只需要簡單啟動或停止設備就行。當控制系統處于自動化工作狀態時，能夠在預先設定程序的作用下自動控制設備的啟停，同時仔細運算與研究采集到的各種數據信號，盡可能讓互鎖抑或是報警功能得以實現。若是運輸機在正常運行中發生故障，系統會自動暫停并發出警報來警示工作人員，并將相關的故障信息儲存到組態系統中，可在緊急時刻切斷全部運行的設備。

（2）人工手動操作方式。控制人員有啟動設備的權力，同時系統可以按照既定順序進行運輸機的啟停操作。在解鎖狀態下，相關人員可以不按照順序進行設備的啟停。

2.2.2 啟動方式

皮帶運輸機系統在運行的過程中，有正常啟動和帶煤啟動兩種模式，前者用于無煤情況下，如1#運輸機將煤送到2#運輸機時，這種方式能夠達到順煤流啟動的效果，避免出現運輸機空轉；當往運輸機上放上煤時，就需要先啟動2#設備，再啟動1#設備，最后啟動給煤機，這樣就實現了逆煤流的啟動作業。

2.2.3 變頻控制

變頻器能夠讓電機實現軟啟動和停止功能，減小電機啟停工作中帶來的電網沖擊。將PLC 相關技術引入到變頻器中，能夠在很大程度上保證皮帶運輸機轉動的速度處于恒定狀態。

2.2.4 檢測保護

要讓運輸機系統的運行更加穩定，就要盡可能做好監控與保護工作，可以在運輸機兩端或每隔40 m 位置上安裝跑偏開關，一旦有一級跑偏問題出現就能及時發出警報；若是二級跑偏故障，就需要停止運行。與此同時，還要在每隔40 m 處設置拉線開關，對運輸系統的溫度與電流展開實時監測，一旦溫度和電流出現異常能及時暫停設備，保護皮帶運輸機。還要在系統中增添煙霧、撕裂等傳感器裝置，更好地對系統運行情況進行監控。

2.3 供電選擇

為了確保皮帶運輸機工作的可靠性與安全性，需要在選擇好驅動形式后，設置合理的供電線路。根據相關規定，要給運輸機設立科學的“三專”線路，也就是專用式供電變壓器、供電電纜以及變電開關，這樣才能最大限度保障系統運行的穩定性。

（1）變壓器。皮帶運輸機整個線路上所具備的功率，就是給煤機本身變電點的負荷功率，像運輸機、綜保照明以及回柱絞車等設備的功率，可以通過計算公式得出供電變壓器最低的功率參數。在此前提下，以設備實際的工作環境為依據，選用那些比計算結果更優質的變壓器，就能滿足各項要求。

（2）供電電纜。借助相關計算公式，獲得各設備中的負荷和工作電流，為讓皮帶運輸機保持穩定的運行狀態，需要盡可能選擇工作電流比計算結果大的電纜線路。

（3）變電開關。依據相關的規范標準，煤礦生產所用到的皮帶運輸機在選擇開關時，需要重點關注繼電器中電流的整定值要比電機額定電流總和大。

2.4 構建監控網絡

控制系統的軟件部分可以分成人機界面、控制功能兩部分，在PLC 編程作用下，能夠實現各項控制功能，確保運輸機、給煤機都能順利啟動，若是系統在運行過程中出現故障，會及時發出警報，便于做好有效應對。WINCC6.0 型的組態軟件在整個人機界面中都占據著重要位置，能夠有效處理采集到的信號，并借助聲音、圖像和動畫等手段傳遞到現場的設備上，讓工作人員能夠進行實時監控。

此外，可以在皮帶運輸機周圍設置電氣柜，讓其得到更好的控制與檢修調試：在電氣控制柜中設置顯示器，便于巡檢人員隨時查看設備運行狀態與發生故障等信息；在電氣柜中安裝PLC控制系統和運輸機的控制開關，將井下電氣柜接入到主干網中，再借助光纜和井上的控制系統進行連接。為了能夠更好地滿足傳感器、PLC 系統、執行模塊以及監控端之間的數據信息傳遞要求，需要選擇恰當的通信協議，如PROFIBUS-DP，讓PLC 能夠和各輸入、輸出設備間實現信息傳輸。

2.5 皮帶運輸機的保護措施

要想讓皮帶運輸系統能夠保持穩定的運行，就需要選擇恰當的驅動形式，平衡各電機的功率，確保整個供電線路的可靠性，并采取有效措施保護皮帶。

（1）溫度保護。皮帶運輸機運轉時，皮帶和滾筒會在互相摩擦中產生很多熱量，需要在各關鍵部位設置溫度傳感器。若是皮帶溫度超過一定范圍就發出警報并做好停機處理，這樣能有效減少設備損壞的概率。

（2）速度保護。在合理位置安裝測量角速度和線速度的傳感器，實時監控系統運行的狀態，避免設備因為速度不合理而出現打滑。

（3）急停和禁啟保護。當設備發生故障的時候，可以通過緊急制動來保護系統；在對設備進行維修的過程中，在此保護作用下，能夠防止其突然啟動而導致事故發生。

（4）防跑偏保護。要在恰當的位置布置防跑偏設施，以在設備與中心線間出現較大偏離時，及時采取修正措施。

（5）除塵保護。可以布置一些用于噴霧降塵的裝置，盡可能減少因為空間粉塵過多而引發的安全事故，或者給工作人員的身體健康造成嚴重影響。

3 結語

在進行煤礦生產的過程中，需要使用恰當的驅動形式來平衡皮帶運輸機中各電機間的功率，最大化體現經濟效益。選擇合適的供電體系，保證整個系統中的設備能夠穩定工作，推動采煤行業的健康可持續發展。