王 佳

（陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司，陜西榆林 719300）

0 引言

規(guī)模較大煤礦的井下運(yùn)輸工作會(huì)用到皮帶運(yùn)輸機(jī)，能夠有效提高工作效率，在煤礦生產(chǎn)企業(yè)不斷發(fā)展的情況下，此設(shè)備的應(yīng)用地位不斷提高，運(yùn)輸機(jī)的質(zhì)量和性能需要盡可能滿足井下運(yùn)輸?shù)母黜?xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和要求?，F(xiàn)階段，很多企業(yè)所使用的運(yùn)輸設(shè)備都不具備順煤流開(kāi)啟或逆煤流閉鎖功能，因此采煤機(jī)與運(yùn)輸設(shè)備之間的協(xié)調(diào)作用還有很大提升空間，再加上運(yùn)輸機(jī)不能自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障，嚴(yán)重影響企業(yè)正常的運(yùn)行。

1 煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)

我國(guó)常見(jiàn)的煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)是由皮帶運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)和井筒提升機(jī)等設(shè)備組成，其中皮帶運(yùn)輸機(jī)應(yīng)用得最為廣泛，數(shù)量較龐大。該設(shè)備有極強(qiáng)的適用性，能夠在惡劣環(huán)境狀態(tài)下工作，如回采作業(yè)中的粉塵濃度高、回采巷道的運(yùn)輸線路長(zhǎng)、工作面降塵和大濕度環(huán)境等[1]。同時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)力要求比較高，需要各項(xiàng)組成設(shè)備中配有額定功率更高的電機(jī)才能滿足負(fù)載需求。為了減小整個(gè)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(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)，給電控系統(tǒng)造成干擾，甚至可能讓電控系統(tǒng)不受控制，導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)癱瘓。

各煤礦企業(yè)和科研院校等機(jī)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)相關(guān)控制系統(tǒng)的研究力度，為了有效提高此系統(tǒng)工作的效率，主要經(jīng)歷了如下的發(fā)展階段：①使用集成式電路板作為運(yùn)輸機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)，并借助數(shù)字邏輯來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制；②應(yīng)用單片機(jī)來(lái)控制系統(tǒng)的實(shí)際操作；③在超集成電路迅猛發(fā)展的現(xiàn)如今，PLC 控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并獲得了一定的工作成效[2]。

2 煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)的保護(hù)措施

2.1 PLC 技術(shù)

PLC 是能夠?qū)崿F(xiàn)編程功能的邏輯式控制器，可以控制很多工業(yè)制造活動(dòng)，甚至完全取代繼電器進(jìn)行相關(guān)的邏輯控制作業(yè)。此技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，PLC 會(huì)開(kāi)啟順序掃描抑或是無(wú)限循環(huán)工作模式，而CPU 則根據(jù)用戶需求進(jìn)行編制，并將其準(zhǔn)確儲(chǔ)存到程序內(nèi)；然后，在具體指令引導(dǎo)下做好周期掃描工作，當(dāng)?shù)谝粭l指令發(fā)出時(shí)就進(jìn)行逐條掃描，直到最終程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，再重新執(zhí)行第一條指令，如此一直循環(huán)下去[3]。與此同時(shí)，每次掃描器件時(shí)還要采樣、刷新輸入信號(hào)，并可以將掃描周期進(jìn)一步細(xì)分成輸入采樣、執(zhí)行程序以及輸出刷新成果等：①在輸入相關(guān)采樣內(nèi)容時(shí)，可以使用掃描方式讀入鎖存器中存在的端子狀態(tài)信息，并將其寫(xiě)入到輸入型寄存器內(nèi)，這樣刷新輸入工作就完成了；②在執(zhí)行程序時(shí)，要依照用戶指令進(jìn)行掃描，并在處理好運(yùn)算之后，在輸出型寄存器內(nèi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)；③輸出刷新?tīng)顟B(tài)，是在結(jié)束指令的執(zhí)行之后，往鎖存器中送入相應(yīng)的輸出狀態(tài)，不僅完成了輸出工作，還能驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備開(kāi)始運(yùn)作。

2.2 PLC 系統(tǒng)工作的原理

2.2.1 操作模式

（1）自動(dòng)化、智能化的操作。這種模式需要讓PLC 程序與各組態(tài)軟件一起作用，操作者只需要簡(jiǎn)單啟動(dòng)或停止設(shè)備就行。當(dāng)控制系統(tǒng)處于自動(dòng)化工作狀態(tài)時(shí)，能夠在預(yù)先設(shè)定程序的作用下自動(dòng)控制設(shè)備的啟停，同時(shí)仔細(xì)運(yùn)算與研究采集到的各種數(shù)據(jù)信號(hào)，盡可能讓互鎖抑或是報(bào)警功能得以實(shí)現(xiàn)。若是運(yùn)輸機(jī)在正常運(yùn)行中發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)暫停并發(fā)出警報(bào)來(lái)警示工作人員，并將相關(guān)的故障信息儲(chǔ)存到組態(tài)系統(tǒng)中，可在緊急時(shí)刻切斷全部運(yùn)行的設(shè)備。

（2）人工手動(dòng)操作方式?？刂迫藛T有啟動(dòng)設(shè)備的權(quán)力，同時(shí)系統(tǒng)可以按照既定順序進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)的啟停操作。在解鎖狀態(tài)下，相關(guān)人員可以不按照順序進(jìn)行設(shè)備的啟停。

2.2.2 啟動(dòng)方式

皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，有正常啟動(dòng)和帶煤?jiǎn)?dòng)兩種模式，前者用于無(wú)煤情況下，如1#運(yùn)輸機(jī)將煤送到2#運(yùn)輸機(jī)時(shí)，這種方式能夠達(dá)到順煤流啟動(dòng)的效果，避免出現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)空轉(zhuǎn)；當(dāng)往運(yùn)輸機(jī)上放上煤時(shí)，就需要先啟動(dòng)2#設(shè)備，再啟動(dòng)1#設(shè)備，最后啟動(dòng)給煤機(jī)，這樣就實(shí)現(xiàn)了逆煤流的啟動(dòng)作業(yè)。

2.2.3 變頻控制

變頻器能夠讓電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和停止功能，減小電機(jī)啟停工作中帶來(lái)的電網(wǎng)沖擊。將PLC 相關(guān)技術(shù)引入到變頻器中，能夠在很大程度上保證皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度處于恒定狀態(tài)。

2.2.4 檢測(cè)保護(hù)

要讓運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，就要盡可能做好監(jiān)控與保護(hù)工作，可以在運(yùn)輸機(jī)兩端或每隔40 m 位置上安裝跑偏開(kāi)關(guān)，一旦有一級(jí)跑偏問(wèn)題出現(xiàn)就能及時(shí)發(fā)出警報(bào)；若是二級(jí)跑偏故障，就需要停止運(yùn)行。與此同時(shí)，還要在每隔40 m 處設(shè)置拉線開(kāi)關(guān)，對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的溫度與電流展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦溫度和電流出現(xiàn)異常能及時(shí)暫停設(shè)備，保護(hù)皮帶運(yùn)輸機(jī)。還要在系統(tǒng)中增添煙霧、撕裂等傳感器裝置，更好地對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。

2.3 供電選擇

為了確保皮帶運(yùn)輸機(jī)工作的可靠性與安全性，需要在選擇好驅(qū)動(dòng)形式后，設(shè)置合理的供電線路。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，要給運(yùn)輸機(jī)設(shè)立科學(xué)的“三?！本€路，也就是專用式供電變壓器、供電電纜以及變電開(kāi)關(guān)，這樣才能最大限度保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（1）變壓器。皮帶運(yùn)輸機(jī)整個(gè)線路上所具備的功率，就是給煤機(jī)本身變電點(diǎn)的負(fù)荷功率，像運(yùn)輸機(jī)、綜保照明以及回柱絞車等設(shè)備的功率，可以通過(guò)計(jì)算公式得出供電變壓器最低的功率參數(shù)。在此前提下，以設(shè)備實(shí)際的工作環(huán)境為依據(jù)，選用那些比計(jì)算結(jié)果更優(yōu)質(zhì)的變壓器，就能滿足各項(xiàng)要求。

（2）供電電纜。借助相關(guān)計(jì)算公式，獲得各設(shè)備中的負(fù)荷和工作電流，為讓皮帶運(yùn)輸機(jī)保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，需要盡可能選擇工作電流比計(jì)算結(jié)果大的電纜線路。

（3）變電開(kāi)關(guān)。依據(jù)相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，煤礦生產(chǎn)所用到的皮帶運(yùn)輸機(jī)在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注繼電器中電流的整定值要比電機(jī)額定電流總和大。

2.4 構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

控制系統(tǒng)的軟件部分可以分成人機(jī)界面、控制功能兩部分，在PLC 編程作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)控制功能，確保運(yùn)輸機(jī)、給煤機(jī)都能順利啟動(dòng)，若是系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，便于做好有效應(yīng)對(duì)。WINCC6.0 型的組態(tài)軟件在整個(gè)人機(jī)界面中都占據(jù)著重要位置，能夠有效處理采集到的信號(hào)，并借助聲音、圖像和動(dòng)畫(huà)等手段傳遞到現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備上，讓工作人員能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

此外，可以在皮帶運(yùn)輸機(jī)周圍設(shè)置電氣柜，讓其得到更好的控制與檢修調(diào)試：在電氣控制柜中設(shè)置顯示器，便于巡檢人員隨時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與發(fā)生故障等信息；在電氣柜中安裝PLC控制系統(tǒng)和運(yùn)輸機(jī)的控制開(kāi)關(guān)，將井下電氣柜接入到主干網(wǎng)中，再借助光纜和井上的控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。為了能夠更好地滿足傳感器、PLC 系統(tǒng)、執(zhí)行模塊以及監(jiān)控端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞要求，需要選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，如PROFIBUS-DP，讓PLC 能夠和各輸入、輸出設(shè)備間實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

2.5 皮帶運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)措施

要想讓皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定的運(yùn)行，就需要選擇恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)形式，平衡各電機(jī)的功率，確保整個(gè)供電線路的可靠性，并采取有效措施保護(hù)皮帶。

（1）溫度保護(hù)。皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，皮帶和滾筒會(huì)在互相摩擦中產(chǎn)生很多熱量，需要在各關(guān)鍵部位設(shè)置溫度傳感器。若是皮帶溫度超過(guò)一定范圍就發(fā)出警報(bào)并做好停機(jī)處理，這樣能有效減少設(shè)備損壞的概率。

（2）速度保護(hù)。在合理位置安裝測(cè)量角速度和線速度的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，避免設(shè)備因?yàn)樗俣炔缓侠矶霈F(xiàn)打滑。

（3）急停和禁啟保護(hù)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)候，可以通過(guò)緊急制動(dòng)來(lái)保護(hù)系統(tǒng)；在對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修的過(guò)程中，在此保護(hù)作用下，能夠防止其突然啟動(dòng)而導(dǎo)致事故發(fā)生。

（4）防跑偏保護(hù)。要在恰當(dāng)?shù)奈恢貌贾梅琅芷O(shè)施，以在設(shè)備與中心線間出現(xiàn)較大偏離時(shí)，及時(shí)采取修正措施。

（5）除塵保護(hù)?？梢圆贾靡恍┯糜趪婌F降塵的裝置，盡可能減少因?yàn)榭臻g粉塵過(guò)多而引發(fā)的安全事故，或者給工作人員的身體健康造成嚴(yán)重影響。

3 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行煤礦生產(chǎn)的過(guò)程中，需要使用恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)形式來(lái)平衡皮帶運(yùn)輸機(jī)中各電機(jī)間的功率，最大化體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。選擇合適的供電體系，保證整個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)備能夠穩(wěn)定工作，推動(dòng)采煤行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。