煤矿用带式输送机电气控制系统的功能及系统保护功能的实现问题研究
2012-08-15孔令成
孔令成
（神华宁夏煤业集团红石湾煤矿有限责任公司 宁夏 灵武 750411）
0 引言
随着采掘技术的发展，带式输送机的使用范围大大增加，不但运输量大，而且运输距离长，其安全性、稳定性、经济性也十分重要，要求选用的控制系统应功能强大、运行稳定、灵敏、可靠。
1 控制系统的原理
带式输送机的电控装置主要由操作台或操作柜、控制箱或控制柜、综合保障系统、各种传感器以及开关组成。PLC为控制核心，能够实现对高压和低压电动机的控制，对系统运行状态的监测以及故障处理等。
以煤矿用带式输送机为例，由PLC、控制回路、状态反馈（各种传感器）、以及执行部件（如洒水控制和声光报警装置）等组成，除实现各设备的连锁控制外，还对带式输送机实现急停、打滑、跑偏、撕带、堆料、烟雾和超温等故障进行保护，以达到带式输送机集中控制和综合保护等要求。电气系统由以下几部分组成：
（1）可编程控制器（PLC）：PLC 是控制系统的核心，其作用是根据控制程序处理输入输出信号，并对有关部分进行控制。
（2）A/D转换模块：A/D转换模块的主要作用是把压力变送器和温度变送器等传送过来的模拟信号转换为数字信号。
（3）D/A转换模块：D/A转换模块的作用是把CPU发出的数字信号转换成模拟信号，送给执行机构，把中央处理器的二进制数字信号转化成4-20mA直流输出信号或1-5V、0-10V的直流电压输出信号，以提供给执行机构。
（4）高速计数模块：其作用是把速度传感器送来的脉冲信号进行计数，并送给CPU进行处理。计数范围为带2进制符号32位或无2进制符号16位，附加功能是由PLC采用参数方式设定及比较数据设定瞬时值，比较结果及出错状态可用PLC加以监视。
（5）速度传感器（电感式传感器）：其作用是把测得的信号转换成脉冲信号，送给高速计数器进行计数，并送给中央处理器进行处理，通过程序来转换成速度。电感式传感器又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花地迅速发出指令，准确反应出运动机构的位置和行程。
（6）JYB压力变送器：其作用是通过压力传感器的应变片将压力信号转化为电信号，并由变送器将此电信号转化为PLC输入端口相匹配的电信号，并送给中央处理单元进行处理。
（7）温度变送器：其作用是将所配套的热电阻信号精确地转换成与被测温度成线性关系的标准电流、电压信号，远距离输送给A/D转换模块进行处理。
（8）液晶显示器：其作用是将带式输送机所有运行状态直观地显示出来。当系统出现故障时还可显示故障部位或部件。
（9）输出信号：输出信号主要包括起动主电动机的信号，此外，还有发声发光的报警信号等。
2 可编程控制器
可编程控制器 （PLC）是一种数学运算与操作的控制装置。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以通过软件来改变控制过程，具有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等特点，因此特别适合在恶劣环境下运行。
由于PLC为非安产品，而油压表、油温表等为本安产品，因此需要配备转换与隔离电路:16路本安开关量信号 （无电位接点）转换成为非安无电位接点输出，再进入PLC输入端。如果不配置本安隔爆转换隔离电路，而将本安信号直接接入PLC输入端，就等于将非安信号串入本安回路，这样不符合煤矿安全规程的规定。通过配置隔离转换板，完成信号隔离、转换与放大，使PLC控制距离大大延长，扩大了PLC输出时的容量。用PLC通过隔离电路直接带动所控制的设备，减少了设备中间环节，提高了设备运行的可靠性。另外，配置了转换器、隔离板后，当外围设备出现故障，造成短路或串入高压时，不会直接损坏PLC，因此保证了主机的运行安全，提高了整个电气系统的可靠性和使用寿命。
PLC主要实现以下几个方面的功能:（l）对带式输送机的速度、电流、压力和温度等信号的监视；（2）对液压站电机、主电机以及比例节阀进行控制；（3）实现对主电机速度、运行平衡以及压力、温度的控制。
3 控制系统的主要功能及系统保护功能的实现
3.1 控制系统的主要功能
3.1.1 在集控方式下，根据输送流程，根据煤流方向和各部带式输送机的带速以及长度按顺序延时起动，以减少运行时间。同样，系统停止时按设备起动的相反顺序延时自动停车。
3.1.2 实现给煤机、振动筛等设备与各部带式输送机之间的闭锁，并具有自动、手动以及检修等控制方式。
3.1.3 带式输送机每隔约100m设置起动预警装置，设备起动前发出预警信号，提示有关人员立即远离设备。
3.1.4 电机电流的实时监测功能可发现一些机械设备的潜在故障隐患，运行中对电机的电流进行实时监测，当发生电流超限或突变时报警，严重时停机检查。
3.1.5 系统可根据设备的故障性质，有选择地进行紧急停车、顺序停车或发出报警声光信号。
3.1.6 传感器和信号线故障诊断模拟量的传感器或信号线发生断线故障时，PLC通过测量值判断故障并发出报警。
3.2 系统保护功能的实现
按技术规定的要求，整个输送系统中的各部带式输送机均装设置急停开关、跑偏保护、超温保护和低速保护等，这些信号接入集控系统，参与设备的紧急停车和闭锁停车。
3.2.1 所有带式输送机上的给煤点均设置堆煤保护和撕带保护，以防止带式输送机故障的扩大。
3.2.2 所有带式输送机均设有两极跑偏开关，每隔约50m设置一对，一级跑偏用于故障报警，二级跑偏用于故障停车。
3.2.3 所有带式输送机均设置拉线急停开关，用于紧急情况下的停车，拉线急停开关的安装间距均按50m进行配置，并可扩展至回程段输送带的跑偏保护，以确保输送设备和人身的安全。
3.2.4 在带式输送机的机头处设置堆煤传感器，防止由于堆煤导致带式输送机的超载以及跑偏等故障。
3.2.5 在带式输送机滚筒或输送带上设置速度传感器，以检测带速，防止超速以及打滑事故的发生。
3.2.6 在带式输送机走廊以及传动滚筒处设置烟雾传感器，以检测烟雾浓度，防止火灾事故的发生。
3.2.7 在带式输送机的传动滚筒处设置温度传感器，随时检测滚筒的温度，并配备自动洒水装置，当输送带在传动滚筒处因打滑而超温时实现自动洒水，对传动滚筒进行降温，防止因摩擦导致温度升高引起火灾事故。
3.2.8 当设备出现异常时实时报警，并有声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。
4 结束语
总之，对此问题的研究有助于完善带式输送机的起动和制动性能，有效监测带式输送机运行过程中出现的各种情况，保证系统更可靠地运行，提高生产企业的经济效益，为社会节约能源。
［1］高炳.几种带式输送机软起动性能比较[J].科学之友,2008,(4):5-6.
［2］孙守德.带式输送机驱动装置的选择和比较[J].电气应用,2008,279(6):39-42.
