带式输送机自动保护控制系统的研究

张雪锋

（山西焦煤西山煤电集团西曲矿运输三队，山西 古交 030200）

引言

鉴于带式输送机运量大、费用低且连续运输能力强，其成为煤矿综采工作面广泛应用的运输设备。随着采煤机技术及采煤机截割能力的提升，带式输送机朝着大运量、长距离以及大功率的方向发展。由于综采工作面的环境相对恶劣，对带式输送机控制系统的防爆性能和容错性提出了更高的要求挑战。

1 带式输送机自动控制系统的总体设计

所研究工作面所选用装载机的型号为SZZ764/160，该型装载机的运输能力为1 000 t/h，对应电机的额定功率为160 kW；破碎机的生产能力为1 000 t/h；所匹配带式输送机的具体型号为DSJ1000/80，其运输能力为800 t/h，电机额定功率为75 kW，该输送机有两个电机驱动，根据综采工作面的运输要求为工作面配置三台带式输送机。

结合综采工作面的生产情况及带式输送机的运行特征，为确保带式输送机运行的可靠性和稳定性，要求其自动控制系统具有一定的安全性、灵敏性、节能性等功能。带式输送机自动保护控制系统需满足如图1 所示的功能要求。

此外，要求自动保护控制系统控制带式输送机在检修模式、集成模式和远程模式下运行；保证每台带式输送机沿途隔一定距离设计紧急停机开关；

要求自动保护控制系统能够根据现场所安装的传感器获取设备的实时运行参数，并对故障信息实时报警并紧急停机；

基于自动保护控制系统上位机用户还可实时查阅设备的历史运行数据。

图1 带式输送机自动保护控制系统功能需求

要求自动保护控制系统可实现对带式输送机软启动，并根据设备的运量对其运速进行实时控制，在达到节能效果的同时避免在突变工况下对工作面电网造成冲击[1]。

2 带式输送机自动保护控制系统的硬件设计

鉴于综采工作面环境相对恶劣，对设备及其自动保护控制系统硬件的防爆性能及可靠性具有较高的要求。根据带式输送机自动保护控制系统的功能要求，综合分析工业自动化控制系统的设计经验，本文采用PLC 控制器为核心完成自动保护控制系统的设计。而且，为响应带式输送机的节能及解决启动阶段对电网造成的冲击问题，将变频调速技术应用于自动保护控制系统中。

因此，本文主要针对带式输送机自动保护控制系统的硬件设计PLC 控制器、变频调速器以及相关传感器完成选型设计。

2.1 PLC 控制器的选型

目前，工业应用中所采用PLC 控制器以西门子厂家的产品居多。故，针对带式输送机自动保护控制系统拟采用西门子系列的PLC 控制器[2]。结合综采工作面相对恶劣的工作环境及综采设备的电磁兼容性要求，为该自动保护控制系统所配置PLC 控制器为S7-300 系统的S7-315-2DP 控制器，并为其配置如表1 所示的PLC 相关模块。

表1 PLC 控制器模块配置

2.2 传感器的选型

带式输送机自动保护控制系统的控制依据为：通过获取带式输送机的实时运行参数（电机轴承温度、输送带运速等）并结合设备所处的工况基于PLC 控制器进行运算后得出最佳控制指令，并将控制指令经PLC 控制器传送至变频器实现对设备的控制[3]。此外，自动保护控制系统还需确保设备的安全性，故要求自动保护控制系统可对设备实际运行中常见的故障类型进行监测，包括对输送带防跑偏、防堆煤等监测[4]。

综上所述，在对传感器产品功能性能调研的基础上，结合带式输送机自动保护控制系统的功能，传感器的选型结果如表2 所示。

表2 带式输送机自动保护控制系统传感器选型

为进一步提升带式输送机运行的安全性，为每台设备相隔一定距离安装紧急开关，具体产品型号为KBW-220L。

2.3 变频器的选型

变频器为实现带式输送机软启动和节能运行的核心设备。变频器选型的主要依据为额定输出容量和电流以及过载60 s 时所要求的容量及输出电流[5]。结合带式输送机在最高频率状态下的电压及电流值得出变频器的容量。

综合分析，针对带式输送机自动保护控制系统所选变频器的具体型号为MICROMASTER440 型变频器。该型变频器具备滑差补偿、V/F 控制和矢量控制功能。变频器的主要控制对象为带式输送机的电机，其与电机的连接方式如图2 所示。

图2 变频器与电机的连接方式

3 带式输送机自动保护控制系统的软件设计

带式输送机自动保护控制系统的软件设计根据设备的控制功能，完成对PLC 控制程序的设计。根据带式输送机的工作模式设计如图3 所示的总控制流程图。

图3 带式输送机自动保护控制流程

如图3 所示，自动保护控制系统实时采集带式输送机现场传感器所采集的数据，经PLC 处理器对所采集数据与设定值进行对比，当与设定值不符时视为带式输送机运行出现故障，并进行停机操作；工作面三台带式输送机按照顺序依次启动，若其中一个出现故障应停机处理。

4 结论

1）以PLC 控制器为核心实时获取带式输送机现场运行参数，并对采集数据进行对比分析，判定带式输送机运行是否出现故障，并对故障问题及时报警。

2）当检测到带式输送机运速与运量不匹配时，由变频器实现对输送带运速的调整；而且，基于变频器实现设备的软启动，避免在启动或者工况突变阶段对工作面电网造成冲击。

3）带式输送机自动保护控制系统可对输送带的跑偏、滑动、堆煤以及电机轴承温度等参数进行监测。