吳志輝

（余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電科，山西 長(zhǎng)治 046103）

引言

智慧型煤礦開采設(shè)備的應(yīng)用是目前煤礦行業(yè)主要的發(fā)展方向，帶式輸送機(jī)作為保障煤炭資源高效生產(chǎn)的重要裝備，帶式輸送機(jī)的節(jié)能控制對(duì)提高設(shè)備的使用壽命具有重要意義。由于帶式輸送機(jī)長(zhǎng)期處于恒定、高速的運(yùn)行狀態(tài)下，皮帶的轉(zhuǎn)速無(wú)法根據(jù)帶式輸送機(jī)上的貨物進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，造成了較大的能源浪費(fèi)，這就需要根據(jù)輸送機(jī)上的運(yùn)載量的大小實(shí)時(shí)對(duì)輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使輸送機(jī)處于一個(gè)比較合理的工作狀態(tài)下。

因此，通過(guò)構(gòu)建一套監(jiān)控系統(tǒng)，以明確獲取帶式輸送機(jī)的工作狀態(tài)。主要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)包括帶式輸送機(jī)的運(yùn)量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電信號(hào)等。此外，依靠電機(jī)上的變頻控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率的無(wú)極化變頻調(diào)控，對(duì)提高設(shè)備的效能具有重要意義[1]。

1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

DTL1500型帶式輸送機(jī)是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、性能可靠的帶式輸送機(jī)，其主要由滾筒、皮帶、以及皮帶張緊裝置構(gòu)成。DTL1500型帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)分布圖如圖1所示，該型帶式輸送機(jī)的機(jī)架將滾筒固定在相應(yīng)的位置上，托輥主要對(duì)皮帶起到支撐作用，卸料漏斗在輸送機(jī)的一端，將物料源源不斷地輸送到輸送機(jī)上，輸送機(jī)利用滾筒驅(qū)動(dòng)皮帶，皮帶運(yùn)輸物料實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的輸送。該型輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置主要包括電機(jī)、減速器、制動(dòng)器、逆止器、高速聯(lián)軸器以及低速聯(lián)軸器。輸送機(jī)的皮帶張緊裝置的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶松緊的調(diào)節(jié)[2]。

圖1 輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 工作原理

輸送機(jī)的工作原理比較簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)兩個(gè)端點(diǎn)的滾筒以及輸送帶配合完成對(duì)物料的運(yùn)輸，皮帶在滾筒上形成一個(gè)封閉的環(huán)形，可以不斷地循環(huán)運(yùn)行，皮帶與滾筒之間依靠摩擦力來(lái)傳遞載荷。張緊裝置的目的是為了調(diào)節(jié)皮帶與滾筒之間的接觸角度，以防止皮帶長(zhǎng)度變化導(dǎo)致皮帶與滾筒之間的摩擦力減小。同時(shí)，在帶式輸送機(jī)的使用過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際工作情況對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行及時(shí)地調(diào)整[3]。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)主要以PLC可編程控制器為核心，系統(tǒng)中主要設(shè)有三臺(tái)電子皮帶秤，電子皮帶秤安裝于帶式輸送機(jī)上，主要是用于監(jiān)測(cè)皮帶上煤流量。該能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

1）變頻器故障檢測(cè)能力。系統(tǒng)對(duì)變頻器出現(xiàn)的各種故障能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，起到對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器的保護(hù)作用，降低設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)。

2）帶式輸送機(jī)自動(dòng)保護(hù)功能。帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)具有對(duì)其常規(guī)故障實(shí)施保護(hù)的功能，如皮帶跑偏報(bào)警、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)載保護(hù)、堆煤保護(hù)等，對(duì)于一般性的帶式輸送機(jī)故障都能起到較好的保護(hù)作用。

3）具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。控制系統(tǒng)可以根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況以及煤礦運(yùn)輸量的大小對(duì)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保輸送機(jī)的輸出功率與載荷之間存在最佳匹配關(guān)系[4]。

3 系統(tǒng)總體方案

該節(jié)能控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下頁(yè)圖2所示，其主要結(jié)構(gòu)由上位機(jī)、信號(hào)交換機(jī)、PLC控制器、各類傳感器等組成。上位機(jī)是控制系統(tǒng)的核心控制部分，具有顯示與分析功能，可顯示輸送機(jī)的狀態(tài)，也可對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作；上位機(jī)與控制器之間的信號(hào)通信依靠交換機(jī)實(shí)現(xiàn)；PLC是對(duì)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析，并得出邏輯控制命令，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)各項(xiàng)功能的控制。

圖2 節(jié)能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該型輸送機(jī)由三臺(tái)配電柜輸出660 V、50 Hz的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上也配置有單獨(dú)的變頻控制器，該變頻器采用德國(guó)西門子的F5H82型變頻器，可實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流等各種保護(hù)作用。每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有單獨(dú)的配電箱對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行供電，PLC通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與傳感器、檢測(cè)儀以及上位機(jī)的互聯(lián)互通，從而達(dá)到對(duì)帶式輸送機(jī)節(jié)能控制[5]。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)節(jié)能控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要介紹。帶式輸送機(jī)能耗控制系統(tǒng)中的核心是PLC控制器，PLC的可靠性對(duì)帶式輸送機(jī)整機(jī)設(shè)備的可靠性具有重要影響。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求，選擇了西門子的SDQ570型PLC控制器，控制系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)如圖3所示，集成皮帶速度、運(yùn)輸量、功率采集模塊等信息。

圖3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

下面對(duì)控制系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)、選型等做簡(jiǎn)要介紹。

1）PLC控制?？紤]到礦井工作環(huán)境惡劣，加上要實(shí)現(xiàn)的功能較多，因此在PLC的設(shè)計(jì)與選型過(guò)程中，利用PLC具有多點(diǎn)信息輸入與輸出的特點(diǎn)，同時(shí)處理多路信息。

2）變頻器。變頻器具有良好的調(diào)速控制能力，同時(shí)可適應(yīng)井下惡劣的工作環(huán)境，具有較好的可靠性以及電控精度。

3）煤流量監(jiān)測(cè)。帶式輸送機(jī)上煤炭運(yùn)輸量監(jiān)測(cè)主要依靠布置于輸送機(jī)上不同位置的皮帶秤來(lái)實(shí)現(xiàn)，電子皮帶秤具有較好的安全性與測(cè)量精度。

4）功率的監(jiān)測(cè)。為了匹配帶式輸送機(jī)輸出功率與煤炭流量之間的關(guān)系，必須對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該控制系統(tǒng)運(yùn)行選用了EDA380M型三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為了提高設(shè)備的工作效率，還增加了變頻調(diào)節(jié)器，同時(shí)節(jié)能控制系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)載情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)[6]。

4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，由于硬件之間相互獨(dú)立，缺乏聯(lián)系與邏輯判斷，因此要想構(gòu)成一個(gè)完整的智能控制系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)必不可少。軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種控制與操作功能，軟件的具體編程依靠專業(yè)團(tuán)隊(duì)完成，在此不再具體例舉。PLC控制程序是由西門子TIA Portal軟件設(shè)計(jì)的，控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件采用的是Win CC8.0編程軟件開發(fā)，Win-CC具有實(shí)時(shí)信息集成與交換的能力，可以提高可視化界面的性能，且具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能?？刂葡到y(tǒng)軟件集成了眾多的控制程序，在實(shí)際操作中可使用調(diào)取，如圖4所示為主程序控制結(jié)構(gòu)圖。

圖4 主程序控制結(jié)構(gòu)圖

5 系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)

在完成系統(tǒng)軟件與硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，在啟動(dòng)控制系統(tǒng)前，需對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行整體檢查，以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。若在聯(lián)調(diào)聯(lián)試的過(guò)程中，系統(tǒng)中一旦有環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排除，并修復(fù)其功能。該智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)程控制以及無(wú)人智能控制，每種控制方式都對(duì)應(yīng)有手動(dòng)、檢修和自動(dòng)三種功能可選擇。一般情況下，若需要帶式輸送機(jī)停運(yùn)，該控制系統(tǒng)可以自動(dòng)切換其運(yùn)行模式，保障設(shè)備有足夠的檢修時(shí)間。該控制程序的主界面如第294頁(yè)圖5所示。

圖5 上位機(jī)控制系統(tǒng)界面

6 結(jié)論

為提高帶式輸送機(jī)的設(shè)備效能，從帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)入手，成功開發(fā)出一套針對(duì)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)，最后對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，上位機(jī)的操作系統(tǒng)對(duì)節(jié)能控制系統(tǒng)起到了良好的調(diào)控作用，最終實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的智能控制，該研究對(duì)提高設(shè)備使用壽命與降低設(shè)備的能耗等具有重要意義。