基于PLC及变频器技术的带式输送机控制

赵旭伟

中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司

基于PLC及变频器技术的带式输送机控制

赵旭伟

中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司

带式输送机具有运输量大、连续运输性能好，便于生产集中管理等特点，被广泛应用在煤炭行业中。随着煤矿安全生产的发展以及自动化程度的不断提高，对输送机控制系统运行稳定性、经济性、可靠性等方面提出了越来越高的要求。可编程逻辑控制器(PLC)以能耗低、可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、维护方便、容易改造等特点，得到了越来越多的应用。因此，研究如何应用PLC来保证输送系统的稳定运行是十分重要的。

PLC；实时监控；带式输送机；控制方案

引言

电耗成本在煤炭企业其生产成本中占据很大的比例。研究表明风机、空压机、水泵、输送机等用电量占煤炭生产用电比例在50%以上。同时，由于很多煤矿开采年限已久，早期这些负荷在设计中未考虑节能部分，通常采用挡板、阀门等来进行调节，造成电能的浪费。以带式输送机为例运用变频技术调控，实现了电能的节约，能有效降低了生产成本。

1 变频调速技术原理

变频调速技术的任务是：用电力电子器件及其控制电路，完成大功率电能的形态变换，包括频率、波形、电压等变换；用形态变换后的电能驱动电动机，并通过机械装置将电能转换成工作系统所需要的机械运动，实现工作系统的运动控制和节能控制；而要完成上述任务，必须采用传感器、电子电路、计算机等组成自动控制电路，实现电机拖动系统运行信息的采集、处理、传输和运行状态的实时控制，这就是变频调速控制。

变频调速控制装置由传感器、计算机控制器和执行器三个主要功能块组成。(1)传感器。传感器安装在电机拖动系统的某些特定位置，用以感知系统的运行信息，如温度、压力、流量、转速、转矩等，并以约定的标准信号形式反馈给计算机控制器，作为控制运算的依据；(2)执行器。变频调速控制装置的执行器有两类。一类是阀门、通断开关、继电器等机电装置。计算机控制器输出两种不同电平的开关量，分别控制这些装置的通断或开闭，进而控制对应的电机等设备的投切或流体的运动。另一类执行器就是变频器。计算机控制器输出模拟量的或数字量的控制信号给变频器，使变频器按要求变换电能形态即改变电能的频率、波形、电压等，进而控制受控电动机转速实现调速运行；(3)计算机控制器。基于变频器内置微处理器的调速控制，如矢量控制、转差频率控制和直接转矩控制，其控制对象是电机的某些运行参数，控制目的侧重在改善控制过程的动态品质。这个控制闭环不仅包括变频器和电动机，还涵盖了传感器、机械部件和系统的负载运动等，控制目的是使系统按要求的工作参数运行并最大限度地节约电能。

2 PLC带式输送机控制系统实现的功能

带式输送机一般由三相异步电动机驱动。控制系统主要由信号采集、数据处理两大部分构成。信号采集系统负责采集现场的开关量和模拟量，通过信号处理系统对所采集的数据进行数字化，再通过运算和转换，最后将控制信号显示在上位机上。PLC皮带控制系统能够监控以下功能：

(1)电动机的启停控制。采用控制按钮控制电动机的启动、停止，并有指示灯显示电动机的运行状态。

(2)堆煤保护。堆煤保护开关设在机尾，当机尾的煤没有及时运走，在机尾处堆积时触发开关动作，停止皮带机并报警。

(3)打滑保护。皮带机启动一段时间后(约2min)，检测皮带机速度，若皮带速度低于2m/s，速度检测开关动作，延时2s停止皮带机并报警。

(4)跑偏保护。皮带机头、机尾和皮带中部每隔一定距离设一对跑偏开关，当开关处皮带跑偏超过设定值时，开关动作，延时10s停止皮带机并报警。

(5)温度保护。皮带机头、机尾分别设皮带温度开关，当检测到皮带温度超过设定值时，开关动作，停止皮带机并报警。

(6)烟雾保护。皮带机头、机尾分别设烟雾开关，当检测到烟雾时，延时1.5s停止皮带机并报警；洒水阀在温度或烟雾故障延时后开启并保持，由停止按钮关闭。

(7)撕裂保护。皮带设撕裂检测开关，检测到皮带发生撕裂时，立即停止皮带机并报警。

(8)急停闭锁。为预防紧急情况，每隔150m左右设拉绳式急停开关，用于人工紧急停止皮带机，开关动作时停止皮带机并报警。

3 变频调速技术在带式输送机中的应用

变频调速系统的无级调速特性，实现了运行全过程的制动和速度控制，解决了机械系统及电气系统的冲击问题，使得启动和停止过程带式输送机的平稳运行，有效减少了胶带跑偏、窜动和洒煤等现象的发生，保证了生产的有序也减少了人工劳动强度。经使用变频调速系统的输送机有以下优点：

(1)变频调节可靠性高、稳定性好。

(2)变频启动过程为电机软启动过程，启动过程不会有超电流等现象，且起停过程能按PLC跟踪的速度进行及时调整，具有自动的转差调节和功率平衡调节。

(3)启动过程中，变频调节启动力矩大于电机工频启动时力矩，适合于带式输送机启动负载变化大的特性，例如在重载及煤炭压带这种情况下也能满足启动要求。

(4)变频调速可以根据煤量的实际多少和实际运输路段的特点，根据PLC速度矢量控制，自动调整频率，减少能源损耗。

(5)变频器自保护功能：过电流限制，过电压限制，过负荷预警，过电流跳闸，功率单元故障跳闸，过负荷跳闸，接地故障跳闸，过热跳闸等；

(6)电机在启动和调节过程中，转速平稳变化，电流没有任何冲击，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低了日常的维护保养费用。

结束语

将变频调速技术应用在煤矿带式输送机运输系统中，可以有效的调节带式输送机的工作情况，具有相当好的节能效果。一方面减少了电能的消耗，保障了电力系统的正常运行，值得大力推广。

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].第3版.北京：机械工业出版社.

[2]张炳良，方宝生，杜大勇.PLC技术在带式输送机自动控制系统中的应用与研究[J].煤炭工程，2004(6)：69－71.