带式输送机变频控制系统的设计研究

闫新远

山西焦煤能源集团股份有限公司西铭矿选煤厂 山西 太原 030053

带式输送机是一种常用的煤炭运输设备，其主要应用特点为运输距离长、设备结构简单、维护和管理方便，在前期的煤矿生产作业中，发挥了良好的运输效果。而在现阶段的煤矿生产中，由于煤矿产量和矸石量发生了较大程度的变化，致使带式输送机经常性的出现超载或者空载的现象。在超载的情况下，由于其皮带受重力影响下落很可能与托辊产生摩擦，长此以往必定会使其边缘出现严重的磨损，致使带式输送机的使用寿命被缩短。而在空载情况下，带式输送机也处于高速运转状态，这会造成较大的电力资源浪费，这与当前的可持续发展需求严重不符。因此，需要针对带式输送机的变频控制系统展开研究。

1 设计带式输送机变频控制系统的必要性

煤矿开采深度加大，为了保障煤矿开采作业的安全，在其中应用了大量的自动化控制技术，使得煤矿开采效率明显提升，这同时也对带式输送机的输送效率提出了较高的要求。目前的带式输送机已经朝向高效率和长距离运输的方向发展。我国最初所使用的带式输送机均选取额定速度，即不会对承载煤料的数量进行综合考虑，带式输送机始终处于高速运行状态。此种状况下，就会存在轻载或者空载等现象，不仅浪费大量电力能源，还会使带式输送机的部件产生严重的磨损问题，带来不必要的设备维护成本。在国外，早些年就已经开始研发带式输送机的控制系统，即根据载量需求对带式输送机进行合理控制，以达成降低能耗的目标。在近几年，我国也针对带式输送机的控制系统展开研究，希望通过变频控制的方式，结合煤炭产品的运输需求对带式输送机运行速度进行合理控制，这既可提高煤矿运输效率，也能节省大量能耗。因此，设计带式输送机变频控制系统极为必要[1]。

2 带式输送机变频控制系统的设计思路

可以将 PLC 可编程系统作为变频控制系统的控制器，由 PLC 发布指令控制变频驱动装置。PLC技术因具备可编程的特性，能够根据带式输送机的运行环境发出特定的指令，控制变频驱动装置，使带式输送机能够根据具体的承载需求对带速进行有效调整。当带式输送机为轻载或者空载状况时，可适当调低带速，重载情况下则可提高带速，这可有效降低带式输送机各部件的磨损率，使输送机设备的使用寿命得以有效延长。

3 带式输送机的变频控制系统的设计

3.1 系统组成

主要由检测单元、控制单元、执行单元和人机界面共同组成，系统结构图见图 1。

图1 变频控制系统组成图

其中的检测单元主要由带速传感器以及煤量传感器共同组成，这两个传感器获取的信息会直接反馈到控制单元，而控制单元中的 PLC 控制器可根据前期的编程做出特定的变频控制指令，由执行单元的变频驱动装置对带式输送机的带速进行有效调整。执行单元中的电机会根据变频驱动设备的动作，做出运行、停止或者加速等动作。在人机界面中，相关人员可以直观了解带式输送机的运行参数和系统参数，同时也能及时发现带式输送机的故障隐患，有效提高带式输送机的运行可靠性[2]。

3.2 系统的软硬件设计

3.2.1 PLC技术

PLC 技术属于带式输送机变频控制系统中的核心控制技术，在系统应用中，主要负责信号指令的处理和监测数据的处理，其主要控制信号有停车、加速启动、减速等。为了提高数据传输效果，通常采取多元化的数据传输手段。在选择PLC 技术时应优先选择性价比较高且控制性能稳定的技术，确保其能够及时反馈设备运行状态，适应较为复杂的运行工况。

3.2.2 变频器的选型

在变频控制系统中，变频器从属于 PLC，即要求变频器需要在接受 PLC 指令的基础上才能做出驱动电机的动作。考虑到系统运行中存在电磁干扰的现象，为了降低电磁干扰对变频器驱动动作的影响，需要采取合理的接线方案。具体需要将 PLC 和变频器连接后再与接地线连接，并且设置抗干扰导线，对干扰信号进行有效的屏蔽处理。在带式输送机中的传动滚轴是影响带速的关键因素。因此，可使变频器与传动辊轴的电机相连，对带速进行有效调节[3]。

3.2.3 软件程序

软件程序采用 FB 程序，并且与 PLC 编程同时作用。在控制系统运行之前，需要先将程序中的变量和定时器初始化，对于各类外部连接软件和保护装置的动作进行全面检查，才能启动带式输送机。带式输送机运行的过程中，PLC 控制器需要对传感器信息进行获取，并对传感器参数进行逻辑运算给出控制指令。当检测到带式输送机为轻载状态时，控制变频驱动设备驱动低速电机，当检测到输送机为超载或者重载运行状态时，则需驱动高速电动机。系统运行过程中，还会根据带式输送机的运行状态做出保护动作。此时，带式输送机将被停机。即当系统出现异常运行参数时，则会做出保护动作，致使带式输送机停机，当故障排除后，才能再次启动带式输送机。

3.3 连接方式

带式输送机变频控制系统主要由变频器、PLC控制器、计算机和中央控制系统等共同组成，各个端口需要同时介入才能保障变频控制的有效性。对于斜井这种特殊的运输工况，可以在每个电动机上分别配置专用的变频控制器，确保在不同的输送工况中均能实现对输送机带速的合理控制，降低电能损耗。

4 结语

已有的应用实践证明，采取变频控制的措施对带式输送机进行合理控制，能够在一定程度上降低电能损耗，且能够提高煤炭资源的运输效率。相对于传统的带式输送机而言，在变频控制系统的作用下，带式输送机的性价比更高，稳定性也更强，且表现出了较强的适用性，在大部分复杂和恶劣的工况中均可应用。带式输送机变频控制系统的运行效果与PLC 编程和软件程序设计直接相关，在系统设计中，应优先选用稳定性较好和兼容性较好的软件程序以及 PLC 技术，确保在今后的作业中也能根据煤矿资源的运输要求对系统功能进行扩展设计，不断强化控制系统的应用性能。