長距離大功率帶式輸送機的電控設計

陳 淼

(山西蘭花集團 東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000)

0 引言

帶式輸送機是礦山企業重要的運輸設備，尤其是隨著我國煤炭企業各類型生產技術革新與產能的提高，傳統的帶式輸送機已不能夠滿足企業發展的要求。目前帶式輸送機的運量和功率越來越大，其電控系統急需采用更先進的控制技術來匹配。采用變頻器驅動多電機驅動系統是目前長距離大功率帶式輸送機常用的技術方案。

1 帶式輸送機電氣控制系統

1.1 電氣控制系統結構

帶式輸送機電控系統的結構如圖1所示，按功能可分為監控與報警、PLC、監測和變頻器電路。監控與報警模塊包括報警裝置和位于主控室內的上位機；PLC實現電機軟啟動、剎車制動、無級調速、功率平衡和急停等核心功能；監測模塊包括溫度監測和轉速監測，變頻器模塊具有多種控制方式，能夠實現外部操作、手動操作和自動操作等。

圖1 帶式輸送機電控系統結構圖

1.2 電氣控制系統功能

(1) 對牽引電機進行調速。通過變頻器改變牽引電機輸出電壓的頻率進行調速，可選擇分級調速或無級調速。

(2) 綜合保護功能。對輸送機的機械類故障和電氣類故障具有綜合保護功能。電氣類故障包括過電壓與欠電壓、過電流、缺相運行、各類型接地與短路等；機械類故障包括偏離既定路線、物料堆積、皮帶打滑、運行速度過快和破損等。

2 電控系統硬件設計

2.1 PLC選型

系統選用西門子的S7-300PLC，采用CPU315-2PN/DP型中央處理器。S7-300型PLC可分為電源模塊、處理器模塊、信號模塊、總線模塊和電纜模塊等，其本質安全電源和非本質安全電源均為24 V直流電。S7-300具備無源控制觸點，用戶可根據需求對其常開/常閉狀態以及是否互鎖進行選擇：①在自動模式下，當接收到啟動、停止或者切換等信號時，可以根據工藝流程按順序自動啟動、自動停止或者切換抽采泵和相應設備，實現故障時真空泵的自動切換；②在手動模式下，可以對各設備實施分步操作，但是各環節之間存在先后順序的閉鎖；③在檢修模式下，可以對各設備實施分別操作，各環節之間將不存在先后順序的閉鎖。以上特點說明該型號PLC十分適合本系統的控制要求。

2.2 操縱臺

操縱臺是操作站的主要設備之一，位于電氣控制室。一般的帶式輸送機操縱臺有兩個，分別分布在兩個電氣控制室，彼此享有同等的操作權限，即任何一個操縱臺即可完成一個完整的操作。一般操縱臺的作用是一方面實現各類型控制操作，另一方面監視其運行狀態。操縱臺由顯示部分和操作部分構成，顯示部分包括各電壓電流等指針式儀表、故障或正常運行指示燈；操作部分包括各類型切換開關、按鈕等。操縱臺具有6種工作方式，具體說明如表1所示。

表1 操縱臺工作方式

2.3 變頻器

本電控系統選用ABB公司生產的ACS800-04系列變頻器，該變頻器采用直接轉矩方式，其控制速度快且精度高。這種控制方式具有矢量控制不具備的優點，其定子坐標下的數學模型更容易使電機磁鏈和電機轉矩得到有效控制。ACS800-04系列變頻器主回路配置有6脈波整流器可將三相交流電壓轉換為直流電壓，電容器組可穩定中間回路直流電壓，6脈波IGBT逆變器可將直流電壓轉換為交流電壓，進而控制電機運行。

此外，這款變頻器還具有下列特點：①系統軟硬件可維護程度高，具有專業的抗擾設計；②IGBT驅動技術先進，智能驅動技術使得IGBT和電容的使用壽命延長；③采用軟充電技術、相間保護技術和快速制動技術等。

3 電控系統PLC程序設計

電控系統的PLC程序包括拒啟報警子程序、軟啟動子程序、功率平衡子程序和各類綜合保護子程序。綜合保護子程序以開關量實現控制，除此以外的所有子程序均是由PLC通過控制程序輸出頻率信號實現控制。

3.1 拒啟報警子程序

拒啟報警子程序流程圖如圖2所示。收到啟車指令后，PLC程序依次判斷綜合保護裝置、制動閘、主變頻器、從變頻器的狀態，如果出現非正常狀態則發出拒啟報警信號。判斷主變頻器和從變頻器正常以后，啟動相應主電機或從電機，電機啟動后采集轉矩和轉速偏差數據，返回變頻器狀態判斷循環。

圖2 拒啟報警子程序

3.2 軟啟動子程序

電動機的啟動需要設計專門的啟動程序，以免啟動電流過大造成啟動失敗或燒毀電機。PLC中編制了啟動S曲線，當系統收到啟車指令后校驗保護是否正常，保護校驗完畢后制動閘送電打開，然后控制變頻器的輸出頻率按照S曲線從零增加，電機啟動完成后發出給煤機可啟動和輸出運行信號。軟啟動子程序如圖3所示。

圖3 帶式輸送機軟啟動子程序

3.3 保護子程序

帶式輸送機綜合保護系統的保護分為兩類：一類是獨立保護，動作后PLC將發送停機指令，這類型的保護有縱撕保護、沿線急停保護、堆煤保護三種；還有一類保護不直接停機，而是多個保護信號綜合判斷動作與否，這類型的保護有溫度保護、煙霧保護和自動噴水保護。如果各類型保護都沒有觸發，則系統按照預定啟動順序啟動，若觸發不同類型保護，則根據圖4的邏輯關系依次執行相關動作。

圖4 綜合保護子程序

4 結論

帶式輸送機的發展方向為長距離、大功率以及多點驅動，本文對一種礦用長距離大功率帶式輸送機的電控系統進行了軟硬件設計，采用PLC控制變頻器驅動多電機的電控系統，在實現節能變頻驅動的基礎上，設計了綜合保護系統，解決了煤礦帶式輸送機遇到的現實問題，提高了煤料運輸的運輸效率和安全性。