煤矿胶带输送机防打滑保护改进

赵星杰

(中煤科工集团 储装系统自动化研究院，北京 100013)

煤矿用胶带输送机是煤矿井下和地面进行煤炭运输不可或缺的一部分。其工作原理为：通过电机和减速器来带动胶带滚筒的转动，胶带受到张紧装置的作用，紧紧贴合于滚筒表面，胶带与滚筒间产生足够的压力和静摩擦力，由此静摩擦力完成滚筒对胶带的同步传动，最终实现胶带输送机对块状和粉末状煤炭的输送功能。

然而在日常生产活动中，胶带输送机潜在的事故隐患较多，若不能及时排查和处理，将可能造成火灾、堆煤、胶带侧翻、输送机损坏以及人员伤亡等严重生产事故。因此通常对胶带输送机设有各种报警保护措施，如：拉绳、烟雾、堵煤、纵撕、跑偏、欠速等警报传感器，一旦这些报警传感器动作，则发出信号对操作人员进行警报提醒，同时可自动停止胶带输送机的运转，防止造成更大的事故和损失。当胶带出现打滑等情况时，可能会在物料带动的情况下低速运转甚至倒转，此时会导致物料反向堆积的情况甚至胶带摩擦发热产生火苗，引发火灾。

1 原有胶带防欠速保护的缺陷

以往的情况下，胶带的防欠速保护是由于胶带一旦运行起来，都是定速运行，此时只要在胶带运行稳定后(即胶带启动后，增加3 s延时)将胶带防欠速保护传感器投用到程序中，即可对胶带速度进行监测。此时，只需计算好胶带的额定运行速度，然后将防欠速保护传感器自身对应胶带的额定运行速度来设定其额定报警转速，当欠速保护传感器的实际转速低于其设定的额定报警速度的时候，其内部的常闭点断开，到PLC控制器的欠速报警信号数字量中断，此时认为胶带出现欠速故障，需要停车检查打滑情况和原因。但此防欠速保护的方案若直接套用于对变频器控制胶带的防欠速保护方案中，当胶带在重载低速启动时，或者干脆由于输煤量较小，根本不打算使胶带电机达到满频率(50 Hz)运行时，假如按照传统的欠速保护传感器的话，由于胶带总工作在被认为是低于其额定转速的情况，因此该传感器会发生持续报警，导致胶带刚刚完成启动就会因防欠速保护警报而停车，无法正常投入到生产工作当中去。

2 改进方案

2.1 设计思路

通过对原有预设固定数值进行防欠速保护的方案缺陷，此处采用对胶带实际带速进行精确测量并与预设胶带带速对比的方式，判断胶带是否处于打滑状态。

2.2 技术方案

通过采用胶带测速传感器进行模拟量监控的手段，对胶带速度进行动态跟踪测量，并且通过PLC控制器内部程序进行计算，将在胶带低速以及变速运转过程中的预设胶带速度与真实胶带速度进行对比，实现不同工况下的胶带防欠速保护。方案中所需硬件包含胶带测速传感器、控制电缆、PLC控制器模拟量输入模块。

2.3 工作原理

由于该变频器控制胶带在工作状态下，PLC控制器对变频器的模拟量信号输出4～20 mA电流信号对应与工程量0～50 Hz的设定频率成正比，由胶带输送机设备参数同时可得到，工程量0～50 Hz的设定频率与0～4 m/s的胶带预设运行速度成正比，因此，可以得到此处选用模拟量电流输出信号4～20 mA与0～4 m/s的胶带成正比。另一方面，胶带测速传感器采集到的真实胶带带速，转化为4～20 mA电流信号传输到PLC模拟量输入模块中，在胶带未出现打滑状态且不考虑误差的情况下，反映胶带真实带速反馈信号的4～20 mA电流值应与PLC发送给变频器的模拟量信号输出4～20 mA电流值在理论上相等。由于在实际生产中，直接使用数据为工程量而非电流值，进一步推出，胶带真实带速反馈信号的4～20 mA电流值正比对应与变频器频率给定0～50 Hz的工程量，得到胶带反馈的转速对应的频率比例系数为3.125。由于此时已直接将胶带速度值转换为相应的频率比例的值，因此可以直接在程序中将该反馈频率的数值与PLC输出的频率数值作对比，如果反馈回来的频率值明显低于变频器输出的频率值，即认为是胶带确实出现欠速故障。此时考虑到胶带电机为三相异步电机，与同步转速差大约4%，因此将胶带欠速保护装置反馈的比例频率值乘系数0.96，然后与变频器输出的频率作对比，这样就稳定地解决了胶带在不同频率下工作的过程中，确定何时为真实出现欠速故障的情况，且不存在类似传统胶带在胶带刚启动的过程中欠速保护信号会有一段时间误报警需要延时投用的情况。胶带欠速保护程序设计见图1。

图1 胶带欠速保护程序

2.4 设备调试

首先，将该防欠速保护装置功能编入程序，但仅提供警报而不加入对胶带进行停车的功能，空载启动运行胶带，观察胶带在不同控制频率的工作状态下，是否会误触发欠速警报，进行数据比对。经测试完善，无误动作，投用该程序。

由于工业现场的模拟量电流信号通过控制电缆传输，不可避免地存在阻值误差以及电磁干扰等现象，导致参数略有变化，经过反复现场试验对比和参数细微调整，最终获得最优参数。

2.5 实施效果

本套防欠速保护装置投用于陕西省宝鸡市郭家河煤矿井上胶带输送机，实现了精确判断变频控制胶带在各种运行状态下的打滑现象，该防护装置实现了对变频胶带控制的防欠速防护目的。

3 结 语

本套防欠速保护装置改变了传统防欠速保护控制思路，利用动态情况下的实施胶带带速数据对比与计算，良好地实现了在变频控制胶带稳定低速运行和动态提升胶带带速过程中，精准判断胶带是否出现欠速故障，且胶带运行过程中未出现误警报动作停车，保障了现场生产。