楊軍+陳志強

摘 要：在煤礦上，運輸系統(tǒng)主要由皮帶機、刮板輸送機和提升機組成，而在數(shù)量上以皮帶機為主。皮帶機的運行環(huán)境惡劣，運輸線路長，運行空間粉塵大、濕度高，用電設(shè)備功率大、電壓高、對電網(wǎng)沖擊大、對電控系統(tǒng)的電磁干擾大。因此，煤礦皮帶機電控系統(tǒng)的研究一直備受關(guān)注。本文將對皮帶機電控系統(tǒng)的特征、功能、構(gòu)成及原理進行闡述。

關(guān)鍵詞：煤礦；皮帶機；電控系統(tǒng)

一、皮帶機電控系統(tǒng)的主要特征

第一，實現(xiàn)了皮帶機沿線保護、各類溫度保護、張緊裝置、變頻軟啟動系統(tǒng)的集中統(tǒng)一控制，使皮帶機原來各自獨立部分整合為一個系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

第二，利用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)皮帶機的監(jiān)控，可以提高電控系統(tǒng)的可靠性，降低成本，同時實現(xiàn)了系統(tǒng)間互連使信息共享，并且控制系統(tǒng)擴展容易、維護方便。

第三，可以對變頻軟啟動系統(tǒng)提供開關(guān)量和模擬量控制信號，使所控設(shè)備按要求的最佳曲線進行啟動運行，滿足了大功率皮帶機的起動要求，延長了皮帶的使用壽命。

第四，通過軟件實現(xiàn)功率平衡，使電機正常穩(wěn)定運行。

第五，控制箱觸摸屏實現(xiàn)漢化界面，各種狀態(tài)顯示一目了然，便于現(xiàn)場人員隨時了解系統(tǒng)的狀態(tài)及故障原因。

第六，具備網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以很容易地并入礦井監(jiān)控系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)常見問題的提出

（一）綜合監(jiān)控?zé)o法進行

安全保護系統(tǒng)、軟啟動控制系統(tǒng)、自動張緊系統(tǒng)信息不能共享，不能實現(xiàn)對皮帶機的綜合監(jiān)控，更不能與礦井其它監(jiān)控系統(tǒng)連接，不能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與煤礦信息系統(tǒng)的集成。

（二）在安全保護方面存在缺陷

為了提高皮帶機運行的可靠性、安全性，減少故障，多種檢測系統(tǒng)已應(yīng)用于電動機、減速器和皮帶機運行系統(tǒng)故障檢測。然而這些系統(tǒng)往往是相互獨立的，沒有實現(xiàn)從驅(qū)動、輸送機運行過程到運行環(huán)境檢測的信息綜合。

（三）故障檢測系統(tǒng)不夠完善

故障檢測系統(tǒng)的誤報率高，因為誤報將造成皮帶機不應(yīng)有的停機，給生產(chǎn)造成損失。

三、皮帶機電控系統(tǒng)

皮帶機電控系統(tǒng)主要由控制箱、操作箱、各種傳感器、PROMOS皮帶保護等組成。

（一）操作箱

操作箱由IS-RPI網(wǎng)關(guān)和遠程I/O模塊組成，其功能是采集現(xiàn)場各種傳感器的信號。每臺IS-RPI網(wǎng)關(guān)可帶8路多通道I/O模塊，即8路模擬量輸入、8路模擬量輸出、8路溫度輸入、8路開關(guān)量輸入、8路開關(guān)量輸出、頻率輸入雙通道。IS-RPI網(wǎng)關(guān)和遠程I/O模塊均由本安電源供電。

（二）控制箱

控制箱采用AB公司的PLC和2711-710G9觸摸屏，可輸入16組開關(guān)量、2組模擬量，如絞車電機輸入等隔爆型開關(guān)的狀態(tài)；輸出16組開關(guān)量、2組模擬量，如主電機控制、張緊絞車控制、閘電機控制等。其內(nèi)裝有PLC、本安電源、隔離柵和網(wǎng)卡等。控制箱的功能是：①給操作箱提供本安電源；②控制現(xiàn)場設(shè)備；③在DH+網(wǎng)和通用I/O之間或以太網(wǎng)、ControlNet和DevieceNet之間實現(xiàn)橋接；④顯示設(shè)備狀態(tài)；⑤與上位機通訊。

（三）觸摸屏

控制箱上的觸摸屏能夠顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)及各種現(xiàn)場儀表的運行狀態(tài)。

（四）PROMOS皮帶保護

KJ50型PROMOS皮帶保護用于電控系統(tǒng)，主要完成皮帶的沿線保護，如跑偏、堆煤、煙霧、縱撕、急停閉鎖及語音通訊等。其中擴音電話除了作為對講通信外，還作為該系統(tǒng)起車預(yù)警信號的輸出設(shè)備。

四、皮帶機電控系統(tǒng)的工作原理

（一）基本原理

皮帶機在井下并不是單獨使用，往往是多部輸送機一起工作，因此啟動順序必須是前一級設(shè)備啟動后，下一級設(shè)備方可啟動。在前級閉鎖解除后，皮帶電控系統(tǒng)對本系統(tǒng)的各部狀態(tài)進行檢測判斷，具備起車條件后，才能啟動。起車時，皮帶電控首先對PROMOS傳送過來的信號進行判斷，如跑偏、堆煤、縱撕、急停閉鎖等，若各信號正常才能進入下一程序；其次，根據(jù)皮帶機頭各傳感器返回的信號檢測制動閘及各開關(guān)狀態(tài)是否正常；最后，判斷皮帶張力是否在允許啟動范圍內(nèi)。當(dāng)皮帶機各部分都處于正常狀態(tài)，具備起車條件，才會發(fā)出啟動信號。當(dāng)發(fā)出起車指令后，變頻器得電，給控制箱返回工作信號?？刂葡浒l(fā)出變頻運行信號，變頻器按控制箱給定的運行信號輸出頻率和電壓變化的電源，控制電機按給定的“S”形曲線軟啟。與此同時，控制箱發(fā)出指令使抱閘打開，并檢測抱閘是否完全打開。若抱閘未打開或未完全打開，將關(guān)閉運行信號，使變頻器停止運行，同時在觸摸屏上給出故障信號。

當(dāng)皮帶達到額定速度，電控系統(tǒng)實時檢測皮帶速度與滾筒速度，當(dāng)二者速度差值超過規(guī)定值，緊急停車，并發(fā)出打滑報警信號。同時，系統(tǒng)實時檢測電機溫度、減速器溫度、軸承溫度、皮帶張力、電機電流、抱閘狀態(tài)、變頻狀態(tài)、PROMOS狀態(tài)等，當(dāng)任一項指標(biāo)或狀態(tài)不正常時，系統(tǒng)緊急停車并報警。

（二）功率平衡原理

隨著科技的發(fā)展，煤礦的生產(chǎn)能力得到不斷的提升，因而要求運輸能力也要不斷加強。運量更大的1.2m、1.4m皮帶機相繼應(yīng)運而生，皮帶機的驅(qū)動系統(tǒng)也就由以前的單機驅(qū)動，變?yōu)殡p機驅(qū)動甚至多機驅(qū)動。隨之而來的功率平衡問題也就產(chǎn)生了。

對于類似由變頻驅(qū)動的雙機系統(tǒng)，功率平衡尤為重要。當(dāng)兩臺電機出力不均勻時，必將導(dǎo)致一臺電機過載而另一臺電機欠載，往往會使驅(qū)動的變頻器過壓，嚴(yán)重時會使過載的電機燒毀，甚至可能使變頻器主回路的IGBT模塊損壞。

針對這種情況，該電控系統(tǒng)對兩臺變頻器的輸出電流進行采樣比較，以其中的一臺為主機，另一臺為從機，通過改變從機的控制信號，使其始終跟隨主機而變化。當(dāng)從機的電流大于主機時，降低從機的給定信號，從而使從機的輸出減小，電機轉(zhuǎn)速降低，負荷減輕，電流變??；當(dāng)從機的電流小于主機時，提高從機的給定信號，從而使從機的輸出增大，電機轉(zhuǎn)速升高，負荷加大，電流變大。最終使兩臺電機負荷基本一致，電流在允許的范圍內(nèi)。采用軟件控制使功率達到平衡這種方法，已經(jīng)通過實際驗證了其可行性。

五、結(jié)束語

綜合多方面的信息，利用智能判斷方法，集成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)、遠程監(jiān)控、安全保護系統(tǒng)、變頻軟啟動控制系統(tǒng)、自動張緊系統(tǒng)的信息共享，完全滿足井下大功率皮帶機運行環(huán)境和生產(chǎn)過程的控制要求，具有很好的推廣價值，更為皮帶機電氣控制系統(tǒng)改造提供了可以借鑒的經(jīng)驗。