使用PLC对煤矿皮带机的现代化改造

周游 高钰东

摘 要：皮帶机以其结构简单、效率高等特点在煤矿、铁矿生产中广泛使用，原有的下运皮带机由于使用时间长，系统的启动电流较大且机械冲击较大，故障多发且维护成本相对较高等因素，急需对这些下运皮带机进行现代化的电气改造，使用PLC进行智能化的控制。文章通过对下运皮带机运行动作进行分析、系统的控制原理、主电路和控制线路以及程序等进行现代化改造，提高了皮带机的经济效益。

关键词：PLC；煤矿皮带机；优化设计

前言

近些年来，我国煤炭业发展迅速，其中，大功率的皮带机能够很方便的将煤炭从地底提升到地面，大大提高了煤炭的生产效率，但是现今使用的大功率、自动化程度高的皮带机大多是国外进口的，其价格和维修成本很高。但是随着近些年自动化技术的发展，尤其是在交流变频设备和PLC控制技术日益成熟的今天，通过对原有的皮带机进行技术改造从而提高皮带机的使用效率，提高其经济效益。

1 皮带机简介

皮带机是带式输送机的简称，有固定式和移动式，结构简单，效率高。以挠性输送带作物料承载和牵引构件的连续输送机械。一条无端的输送带环绕驱动滚筒和改向滚筒。两滚筒之间的上下分支各以若干托辊支承。物料置于上分支上，利用驱动滚筒与带之间的摩擦力曳引输送带和物料运行。适用于水平和倾斜方向输送散粒物料和成件物品，也可用于进行一定工艺操作的流水作业线。结构简单，工作平稳可靠，对物料适应性强，输送能力较大，功耗小，应用广泛。

皮带机的结构形式有槽型皮带机、平型皮带机、爬坡皮带机、转弯皮带机、伸缩皮带机等多种形式，输送带上还可增设提升挡板、裙边等附件，能满足各种工艺要求。输送机两侧配以工作台、加装灯架，可作为电子仪表装配，食品包装等皮带机装配线。其驱动方式有：减速电机驱动、电动滚筒驱动，调速方式有：变频调速、无极变速等。

皮带输送机具有的结构简单、便于维护，能耗较小，使用成本低的特点外，还具有以下特点：（1）可输送的物料种类繁多，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量较轻的产品，也可用于大型超市收银处的商品输送，用途广泛。（2）皮带输送机结构形式多样，有槽型皮带机、平型皮带机、爬坡皮带机、侧倾皮带机、转弯皮带机等多种形式，输送带上还可增设推板、侧挡板、裙边等附件、能满足各种工艺要求。（3）皮带输送机采用专用的食品级输送带，可满足食品、制药、日用化工等行业的要求。（4）输送平稳，物料与输送带间没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。（5）与其它输送机相比噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合。

2 PLC控制方案

我国中小型煤矿的皮带机在皮带机使用上占据较大比例，虽使用多年但大多现今仍能继续使用，通过对其进行现代化升级，通过加装变频器，PLC控制来提高其的自动化水平。原有的皮带机的控制方式是：该皮带机由三节皮带运送带组成，而每一节由一台电机进行驱动，并通过液力偶合器来减速驱动滚筒，通过滚筒与皮带之间的摩擦来带动皮带的运行，对于皮带的堆料和皮带的跑偏则是通过使用电机的过载和人工进行处理的，而且由于液力偶合器的传动效率较低，电机启动时启动电流较大，对于皮带机的正常运转与使用寿命造成了一定的影响。

2.1 皮带机的改造方案

对于皮带机的改造方案如下：整个控制系统主要是由主控台、交流变频器、PLC控制器各种传感器以及驱动电机组成，主控台通过使用PLC控制器，通过使用压力传感器、位置传感器等进行检测，通过使用变频器来带动电机减少电流冲击，从而完成这个皮带机运行过程中的堆料、落料、软启动、控制调速等各项难题，通过在皮带下安装压力传感器来确定皮带是否超载，一旦超载，压力传感器通过将信号发送到PLC中，并通过在皮带的左右装上位置开关，确定皮带是否跑偏，一旦跑偏则通过驱动滚筒的矫正装置进行自动矫正，同时通过安装煤位检测装置，如果煤位过高，信号发送到PLC中，由PLC处理后输出驱动清扫器的指令。

2.2 皮带机控制系统的硬件组成

2.2.1 智能型电源模块SLM。由于皮带机的电动机长期处于工作状态，采用12脉整流回馈单元可将电机运动发电产生的电能反馈到电网中，从而节省了电能。

2.2.2 单轴电机模块。选用绝对值编码器、通过DRIVE-CLIQ接口与电机模块和主控单元之间进行快速数据交换，可实现对皮带启停的精确矢量控制，同时出色的过载能力缩短了制动时间，有效的降低了事故停车所带来的危害程度。

2.2.3 控制单元CU320。通过选用CU320作为主控单元，通过其接受指令后再将对驱动模块进行控制，从而对所有的模块进行协调控制，各个轴上的速度和位置反馈则通过线缆输送到控制单元中，由控制单元进行计算处理，任意一根轴能够读取控制单元上其它轴的数据，皮带机上主要用到多轴之间的矢量控制。

2.2.4 S120系统网络的组态。西门子PLC与CU320控制单元之间的通讯采用的是PROFIBUS DP进行通讯。

2.3 皮带机控制系统的性能分析

2.3.1 皮带机的软启动。当下运皮带机的启动需要电机嫩能够输出较低的转速，并且能够具有一定的过载能力，当电机进行启动时，首先启动电机整流环节，待到整流环节启动后，再启动逆变，从而给电机一个较低的速度，通过对电机电流进行检测，待电流达到设定数值后（通常为变频器空载稳定电流值加上额定电流值的五分之一），而后再将制动器打开，从而使皮带开始运转。

2.3.2 皮带机控制的主电路。皮带机主电路主要由两路独立的10kV电源进线，经过母线后再分成两路分别变压，一路经变压器变为380V后为三台变频器进行供电，其中每台变频器有工频/变频转换功能，由变频器接出电源线分别于三台电机进行相连，另一路经过低压变频后为PLC控制电路进行供电。

2.3.3 驱动器之间的功率平衡。通过PLC和变频器进行的高效通讯，实现了多驱动之间的功率平衡，如皮带中部的多点驱动，做转速同步，主电机电流值、转矩值发给其它从属电机；对于尾部、中部驱动，所有电机需要做转速同步，中部位置的多点驱动中主电机的电流、转矩值要发给中部其他从属电机。

2.3.4 皮带机PLC程序编程。现今广泛使用的PLC编程语言有梯形图、指令表、顺序功能流程图和功能块等，梯形图是一种图形化的编程语言，其是由继电器-接触器控制系统的电气原理演化而来的，其继承了常开触点、常闭触点线圈、定时器以及计数器等，同时也添加了一些简单的计算机符号，比较符合电气设计人员的编程习惯。电机启动的顺序设计如下：一旦按下启动按钮，第3节皮带电机启动，而后延时5秒后第2节电机启动，再延时5秒后第1节电机启动，从而整个皮带机进行工作，通过按下停止按钮可停止工作，同时为了避免煤炭在皮带上出现过载，停止时需要从而第一台电机开始各延时5秒后停机。在工作的过程中，如果皮带出现左偏时，位置传感器将采集到的信号发送到PLC中，PLC程序处理后将控制滚筒矫正装置前调，同理，当皮带右偏则通过控制使滚筒后调，同时当煤炭在皮带上堆积到一定的高度时，高度限位开关将检测到的信号发送到PLC中，程序输出为控制驱动清扫器进行工作。

通过对皮带机进行PLC、变频器的现代化改造，极大的降低了启动皮带机时的电流，并将多余的电能返输回电网，并且运行时谐波较少，不会对电网造成污染，同时使用变频器极大的降低了电能消耗，节约能源。

3 结束语

文章通过对使用西门子PLC对皮带机的进行的现代化改造进行了介绍，讲述了PLC在提高设备自动控制方面的重要作用。

参考文献

[1]杨后川，张瑞.西门子S7-200PLC应用100例[Z].2009.