基于PLC及变频器技术的带式输送机控制分析

高 昆

（国家能源集团准能集团公司选煤厂原煤车间，内蒙古鄂尔多斯 010300）

0 引言

随着煤炭开采业务的不断增加以及开采难度的不断加大，很多矿山开采时间相对较为久远，带式输送机的耗能越来越大，在运行过程中很容易出现故障，甚至引发安全事故。为此，要采取必要措施，降低带式输送机运行过程中的能耗，提高系统运行效率，降低经济损失。通过将PLC 控制技术和变频器技术应用到带式输送机控制系统，可以大大提升带式输送机的运行效率和质量，达到节约能耗，降低成本的目的。

1 控制系统分析

1.1 PLC 控制系统

PLC 控制系统是由微型计算机控制，利用传统继电器控制技术进行集成整合之后发展出来的一种新型工业控制系统。该种控制技术的基本原理是以自动化程序控制为基础，各种电气回路作为辅助调节实现功能，包括逻辑判断、逻辑计算、定时控制、记忆控制和算术运算等。应用该项技术能够对开关量和模拟量进行有效控制，可靠性高、控制规模较大，从几十个控制点到上万个控制点。PLC 控制技术能够完成各种工业环境现场控制要求，具有耐高温、耐高湿、耐冲撞和耐腐蚀的特点，能够在恶劣环境中正常运行。PLC 控制技术在流水线生产领域有着广泛应用。该系统中配置了若干个输入输出接点，节点的性质属于数字逻辑节点，这就确保了PLC 控制系统拥有可靠的开关性能，能够减少各种复杂的外部接线。PLC 控制系统由于采用逻辑储存模式，整个系统的控制程序全部储存在储存器，系统具有良好的适应性和灵活性，可以依托该系统进行有效拓展。对工艺过程和工艺方式改进过程中，只需改动储存器中的程序即可。在传统控制模式下，修改工艺需要调整硬件设施各连接线，往往需要配置较多的人力物力，工作难度较大，很容易出现问题。PLC 控制系统由CPU、ROM 和输入输出电路组成，它能够实现输入输出电路之间的逻辑转换，然后进入输入端经过CPU 处理后，进行逻辑转换，最后输出信号。PLC 控制系统实质是中间转化器，它能够实现各种数据信息的逻辑转换。在煤炭企业生产过程中，工作现场范围较大，操作过于分散，各个系统数据需要集中在中央计算机中进行集中处理和管理。在PLC 控制系统中，通过采用串行通信模块对现场数据进行远程传输，能够实现信号传输过程中的电磁干扰防护，保证信号质量。

1.2 变频器驱动系统

变频器驱动主要是通过改变电机的电源频率，进一步控制电机的输出转速，通过调控不同的转速，更好满足转距要求，实现智能调速、低速软启等功能。现阶段很多煤炭企业使用的变频器技术主要是矢量控制技术，该项技术能够更好地调控电机运行和负载，确保电机的负载能力，调速能力达到最优状态。同时还能够实现电机柔性复杂的软停车和软启动，确保各驱动设备之间的速度配比更加完善、更加科学。将变频器技术应用到带式输送机控制体系中，可以确保整个运输体系运转的稳定性，延长设备使用寿命，降低能耗。近年，随着以微电子为代表的电子技术不断发展，变频器技术在应用过程中的成本呈现逐渐下降的趋势，大大提升了变频控制的性能，各项功能逐步提升。

2 基于PLC及变频器技术的带式输送机控制系统

2.1 带式输送机系统

带式输送机系统是煤炭企业运行过程中的重要运输系统，它是整个企业煤炭运输不可缺少的重要设备。随着煤炭生产不断向前发展，生产规模不断扩大，单纯依靠输送机自身的品质和质量以及优良的性能，远远达不到提高生产效率的要求，这就需要对现有带式输送机进行有效完善。将PLC 控制技术和变频器控制技术应用其中，能够更好地监控整个带式输送系统的运转，实现对带式输送系统的集中和安全控制。带式输送系统的控制系统具有监控管理的功能，它能够实时监控整个系统的运行情况，防止带式输送机在运行过程中出现继电器触点损坏，造成电机停止运转的情况。在煤炭生产过程中，输送机所处环境十分恶劣，长时间运行过程中很容易出现联轴器断裂、高负荷运转的安全事故。在输送系统中配置工业集成计算机，可以实时监测输送系统的运行情况，对输送机运行进行有效控制，真正达到低能耗、易维护、操作简便和运行可靠的要求，可以实时采集和控制工作现场的各种信息数据，及时掌握带式输送机的运行状态。

2.2 带式输送机系统配置要求

煤炭企业对带式输送系统的长度、运量和运转速度稳定性有着严格要求，这对驱动装置的优良性能提出更高要求。一旦驱动装置出现问题或者运转性能较差，无法满足运转量、运转速度和功率平衡的要求，很容易造成输送系统出现断裂、过载的问题。为满足煤炭生产的实际要求，需要从以下方面入手：在整个驱动系统启动运转过程中要满足曲线要求，对启动时间做出动态化调节，并且要满足满负荷启动要求。启动速度可以做出动态化调整，减少对输送带的损伤。启动过程中应该尽量保持平稳，减少冲击力度，避免对各部件造成损害。启动阶段和运输阶段都应该有过载保护，多台驱动时一定要认真计算功率，做好平衡。另外，在整个系统中需要配置完善的控制器，以便对带式输送系统进行集中控制。

2.3 带式输送控制系统

结合带式输送机系统的配置要求，整个控制系统包含驱动系统控制和保护系统控制两个方面。

2.3.1 驱动系统控制

在现阶段的煤炭生产过程中，长距离大功率输送系统采用的驱动方式主要包括CST 可控启动传输控制系统、笼型电机加载调速液力偶合器配合减速器驱动系统、笼型电机加载调速液力耦合器配合减速器驱动系统、变频器配合变频电机减速器驱动系统。上述4 种驱动系统各有优势，第一种驱动系统的优势是启动相对较为平稳，整体传动效率较高，保护功能全面，范围较广。但是设备体积相对较大，安装不方便，制动器在配置过程中存在很大难度，设备故障后，往往需要投入较高的人力和资金成本。第二种驱动系统的优点是电机启动时间相对较短，系统的功率平衡率较高。由于在整个系统中应用扭矩，可以有效缓解冲击造成的动力过载，并且系统结构相对较为简单，对环境要求较低，使用寿命较长。由于这种控制系统不是专门为输送机配置的专一系统，运行过程中控制精确度相对较差。第三种控制系统在传动性、传热性、控制性、使用性能方面都具备很好的工业性，能达到煤炭生产相关要求。第四种控制系统的优点是能够保持驱动之间的功率平衡，空转和复杂运行过程中，都能够有效控制软启停。

2.3.2 保护系统

煤炭生产过程中，由于输送机长期处于恶劣环境，工作强度较大，长时间运行很容易出现多种问题。因此为确保整个输送系统的安全性，需要加装保护装置。通过在整个传输系统中安装温度、防撕裂、打滑和跑偏等传感器，动态化监测带式输送机的整体运行情况，及时发现故障及时报警。在出现重大事故之前，立即停运设备，防止事故扩大，造成严重伤亡。带式输送机在运转过程中在驱动部分加装洒水管，配置温度保护传感器，利用洒水降温的方式进行超温控制和防尘处理，避免温度升高和尘土飞扬，影响带式输送机正常运转。通过将传感器和烟雾报警器有效结合，能够在输送带出现燃烧情况时及时发出报警，然后喷水灭火。另外，这种模式还能够有效处理运输机因异常运转造成的温度升高问题。温度传感器的探头通常由铅锡等金属组成，探头高度略高于输送带。一旦输送带的温度升高探头融化，此时水管喷水降温，防止输送带温度过高出现自燃现象。带式输送机在运转过程中，由于受到异物、尖锐凸起物的挤压或者刺入造成输送带撕裂，应该立即将机械停止。避免输送带的撕裂面积过大，影响煤炭正常运输，带来更为严重的经济损失。输送带断裂保护过程中经常选择使用监测保护，在输送带中预埋交替线圈，有效采集断带信号。在输送带的上下方设置磁场探头，检测输送带磁场的变化。一旦输送带出现断裂，探头就能够检测到断裂位置的磁场变化，发出信号，并将信号回传到PLC 系统发出警报。因此，通过在输送带上加装速度传感器。一旦输送带速度下降到相应标准后，传感器就会发出下限警报，此时输送带会停止运转，相应技术人员要及时检修。输送带运输的煤炭产品中会夹杂大量杂质。这些杂质会堵塞输送机的溜槽，造成输送带向前运转受到影响，甚至会造成输送带的断裂。通过在机械设备头部加装堵料开关，一旦出现堵塞或者滞留情况，探针能够将相应的信号传输给PLC 控制系统，通过光信号报警，及时采取措施进行处理。

3 PLC 控制系统和变频技术在带式输送机控制中的具体应用

PLC 控制系统和变频技术在带式输送机中的具体应用，应该结合实际情况和实际参数，保证应用流程的完整性，确保两种技术能够发挥各自优势，更好地控制输送机的正常运转。在应用过程中主要包括操作平台和故障处理。

3.1 操作台

带式输送机在实际运转过程中要通过操作平台对输送机控制系统进行相关操作，以确保整个操作的稳定性。操作平台的操作选择主要划分为5 个挡位，具体操作流程如下：

（1）闭锁挡位。该挡位模式下，控制柜中的PLC 控制系统模块处于停止运转状态，能够对控制系统操作电源和系统进行隔离操作，保证各控制系统单元之间的独立性。

（2）就地挡位。这个挡位主要是司机在操作台上对设备进行自主控制，它能够在很大程度上确保设备处于启停操作环节。使用过程中，操作人员只需要对相关模块进行预处理，选择相应挡位，就能够对设备进行有效控制。在这个挡位接入到输送机中的所有保护功能都能够处于有效保护状态。带式输送机的运转会按照PLC 控制系统的运转流程和相关指令完成操作，满足煤炭生产需求。

（3）检修挡位。当开关处于检修挡位时，输送机会处于停止操作的状态。由于整个设备切除了外来故障保护的功能，仅仅保留拉线开关。开关处于这个挡位主要是因为带式输送机运转出现故障，或者可能出现故障，需要停机检查。在检修过程中，尤其应该注重传感器的保护和异常情况检查，严格检修整个控制系统，对故障做出综合处理，保证带式输送机能够正常运转。

（4）集控挡位。当开关处于集控挡位时，要求机械设备按照一定的输送流程。一般按照煤流原则，依据前后级带式输送机的启动和停止，实现逆煤流启车、顺煤流停车，此时操作台的启停按钮无效，急停按钮有效。

（5）单动挡位。当开关处于单动挡位时，打滑保护被切除，其他保护项目依然正常运行。在整个带式输送机运转过程中，只需要借助操作台对外设启动按钮进行处理，就能够保证整体处理效果。总之，当整个系统的保护管理机制建立完成后，需要利用该处理系统进行有效调试，确保能够在规定环境中完成单独操作，确保调试的有效性。

3.2 变频启动装置故障处理

PLC 系统故障主要包括变频器故障、过载、继电器故障、变频器故障和PLC 系统故障等。变频器的典型故障是缺相，主要表现为电流显著增大，电机发热明显，电机运行过程中经常出现抖动现象。故障原因是断路器引发故障后，变频器出现输入缺相现象。应该及时更换熔断器、断路器和接触器，做好接触器的检查工作。压力传感器在运行过程中，由于长期受到压力影响，会造成压敏电阻疲劳损坏，运行期间需要对压力传感器进行定期维护更换。变频器的谐波治理装置有一定寿命，需要定期更换。控制按钮常见的故障主要是按钮触点氧化、绝缘故障、转换开关运行故障、急停按钮出现故障。这些故障主要原因是内部机构不灵活、不能够正常复位，要尽量选择质量过硬的产品。

4 结语

在煤炭开采/煤炭运输过程中，带式输送机具有运载量大、远距离运输、结构简单、操作方便和维修简单等优点，在煤矿、钢铁、水泥、港口、船舶等领域有着广泛应用。随着社会发展，一大批先进科学技术的应用，生产规模的扩大，对带式输送机的运行功能提出了更高要求。通过在带式输送机中应用PLC 控制技术和变频器技术，能够进一步简化带式输送机的控制程序，切实提升整个系统运行效率，降低企业生产成本，为企业带来更多经济利益。