閆新遠

山西焦煤能源集團股份有限公司西銘礦選煤廠 山西 太原 030053

帶式輸送機是一種常用的煤炭運輸設(shè)備，其主要應(yīng)用特點為運輸距離長、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、維護和管理方便，在前期的煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，發(fā)揮了良好的運輸效果。而在現(xiàn)階段的煤礦生產(chǎn)中，由于煤礦產(chǎn)量和矸石量發(fā)生了較大程度的變化，致使帶式輸送機經(jīng)常性的出現(xiàn)超載或者空載的現(xiàn)象。在超載的情況下，由于其皮帶受重力影響下落很可能與托輥產(chǎn)生摩擦，長此以往必定會使其邊緣出現(xiàn)嚴重的磨損，致使帶式輸送機的使用壽命被縮短。而在空載情況下，帶式輸送機也處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這會造成較大的電力資源浪費，這與當前的可持續(xù)發(fā)展需求嚴重不符。因此，需要針對帶式輸送機的變頻控制系統(tǒng)展開研究。

1 設(shè)計帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)的必要性

煤礦開采深度加大，為了保障煤礦開采作業(yè)的安全，在其中應(yīng)用了大量的自動化控制技術(shù)，使得煤礦開采效率明顯提升，這同時也對帶式輸送機的輸送效率提出了較高的要求。目前的帶式輸送機已經(jīng)朝向高效率和長距離運輸?shù)姆较虬l(fā)展。我國最初所使用的帶式輸送機均選取額定速度，即不會對承載煤料的數(shù)量進行綜合考慮，帶式輸送機始終處于高速運行狀態(tài)。此種狀況下，就會存在輕載或者空載等現(xiàn)象，不僅浪費大量電力能源，還會使帶式輸送機的部件產(chǎn)生嚴重的磨損問題，帶來不必要的設(shè)備維護成本。在國外，早些年就已經(jīng)開始研發(fā)帶式輸送機的控制系統(tǒng)，即根據(jù)載量需求對帶式輸送機進行合理控制，以達成降低能耗的目標。在近幾年，我國也針對帶式輸送機的控制系統(tǒng)展開研究，希望通過變頻控制的方式，結(jié)合煤炭產(chǎn)品的運輸需求對帶式輸送機運行速度進行合理控制，這既可提高煤礦運輸效率，也能節(jié)省大量能耗。因此，設(shè)計帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)極為必要[1]。

2 帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計思路

可以將 PLC 可編程系統(tǒng)作為變頻控制系統(tǒng)的控制器，由 PLC 發(fā)布指令控制變頻驅(qū)動裝置。PLC技術(shù)因具備可編程的特性，能夠根據(jù)帶式輸送機的運行環(huán)境發(fā)出特定的指令，控制變頻驅(qū)動裝置，使帶式輸送機能夠根據(jù)具體的承載需求對帶速進行有效調(diào)整。當帶式輸送機為輕載或者空載狀況時，可適當調(diào)低帶速，重載情況下則可提高帶速，這可有效降低帶式輸送機各部件的磨損率，使輸送機設(shè)備的使用壽命得以有效延長。

3 帶式輸送機的變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)組成

主要由檢測單元、控制單元、執(zhí)行單元和人機界面共同組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖 1。

圖1 變頻控制系統(tǒng)組成圖

其中的檢測單元主要由帶速傳感器以及煤量傳感器共同組成，這兩個傳感器獲取的信息會直接反饋到控制單元，而控制單元中的 PLC 控制器可根據(jù)前期的編程做出特定的變頻控制指令，由執(zhí)行單元的變頻驅(qū)動裝置對帶式輸送機的帶速進行有效調(diào)整。執(zhí)行單元中的電機會根據(jù)變頻驅(qū)動設(shè)備的動作，做出運行、停止或者加速等動作。在人機界面中，相關(guān)人員可以直觀了解帶式輸送機的運行參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)，同時也能及時發(fā)現(xiàn)帶式輸送機的故障隱患，有效提高帶式輸送機的運行可靠性[2]。

3.2 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

3.2.1 PLC技術(shù)

PLC 技術(shù)屬于帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)中的核心控制技術(shù)，在系統(tǒng)應(yīng)用中，主要負責信號指令的處理和監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理，其主要控制信號有停車、加速啟動、減速等。為了提高數(shù)據(jù)傳輸效果，通常采取多元化的數(shù)據(jù)傳輸手段。在選擇PLC 技術(shù)時應(yīng)優(yōu)先選擇性價比較高且控制性能穩(wěn)定的技術(shù)，確保其能夠及時反饋設(shè)備運行狀態(tài)，適應(yīng)較為復(fù)雜的運行工況。

3.2.2 變頻器的選型

在變頻控制系統(tǒng)中，變頻器從屬于 PLC，即要求變頻器需要在接受 PLC 指令的基礎(chǔ)上才能做出驅(qū)動電機的動作。考慮到系統(tǒng)運行中存在電磁干擾的現(xiàn)象，為了降低電磁干擾對變頻器驅(qū)動動作的影響，需要采取合理的接線方案。具體需要將 PLC 和變頻器連接后再與接地線連接，并且設(shè)置抗干擾導線，對干擾信號進行有效的屏蔽處理。在帶式輸送機中的傳動滾軸是影響帶速的關(guān)鍵因素。因此，可使變頻器與傳動輥軸的電機相連，對帶速進行有效調(diào)節(jié)[3]。

3.2.3 軟件程序

軟件程序采用 FB 程序，并且與 PLC 編程同時作用。在控制系統(tǒng)運行之前，需要先將程序中的變量和定時器初始化，對于各類外部連接軟件和保護裝置的動作進行全面檢查，才能啟動帶式輸送機。帶式輸送機運行的過程中，PLC 控制器需要對傳感器信息進行獲取，并對傳感器參數(shù)進行邏輯運算給出控制指令。當檢測到帶式輸送機為輕載狀態(tài)時，控制變頻驅(qū)動設(shè)備驅(qū)動低速電機，當檢測到輸送機為超載或者重載運行狀態(tài)時，則需驅(qū)動高速電動機。系統(tǒng)運行過程中，還會根據(jù)帶式輸送機的運行狀態(tài)做出保護動作。此時，帶式輸送機將被停機。即當系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行參數(shù)時，則會做出保護動作，致使帶式輸送機停機，當故障排除后，才能再次啟動帶式輸送機。

3.3 連接方式

帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)主要由變頻器、PLC控制器、計算機和中央控制系統(tǒng)等共同組成，各個端口需要同時介入才能保障變頻控制的有效性。對于斜井這種特殊的運輸工況，可以在每個電動機上分別配置專用的變頻控制器，確保在不同的輸送工況中均能實現(xiàn)對輸送機帶速的合理控制，降低電能損耗。

4 結(jié)語

已有的應(yīng)用實踐證明，采取變頻控制的措施對帶式輸送機進行合理控制，能夠在一定程度上降低電能損耗，且能夠提高煤炭資源的運輸效率。相對于傳統(tǒng)的帶式輸送機而言，在變頻控制系統(tǒng)的作用下，帶式輸送機的性價比更高，穩(wěn)定性也更強，且表現(xiàn)出了較強的適用性，在大部分復(fù)雜和惡劣的工況中均可應(yīng)用。帶式輸送機變頻控制系統(tǒng)的運行效果與PLC 編程和軟件程序設(shè)計直接相關(guān)，在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)優(yōu)先選用穩(wěn)定性較好和兼容性較好的軟件程序以及 PLC 技術(shù)，確保在今后的作業(yè)中也能根據(jù)煤礦資源的運輸要求對系統(tǒng)功能進行擴展設(shè)計，不斷強化控制系統(tǒng)的應(yīng)用性能。