煤矿皮带运输机控制系统与保护措施分析

王 佳

（陕煤集团神木红柳林矿业有限公司，陕西榆林 719300）

0 引言

规模较大煤矿的井下运输工作会用到皮带运输机，能够有效提高工作效率，在煤矿生产企业不断发展的情况下，此设备的应用地位不断提高，运输机的质量和性能需要尽可能满足井下运输的各项标准和要求。现阶段，很多企业所使用的运输设备都不具备顺煤流开启或逆煤流闭锁功能，因此采煤机与运输设备之间的协调作用还有很大提升空间，再加上运输机不能自动监测故障，严重影响企业正常的运行。

1 煤矿皮带运输机控制系统

我国常见的煤矿运输系统是由皮带运输机、刮板运输机和井筒提升机等设备组成，其中皮带运输机应用得最为广泛，数量较庞大。该设备有极强的适用性，能够在恶劣环境状态下工作，如回采作业中的粉尘浓度高、回采巷道的运输线路长、工作面降尘和大湿度环境等[1]。同时，皮带运输机的动力要求比较高，需要各项组成设备中配有额定功率更高的电机才能满足负载需求。为了减小整个线路中的电流值，就需要增大传输电压，但在电压比较高的线路附近会出现磁场，给电控系统造成干扰，甚至可能让电控系统不受控制，导致整个运输系统瘫痪。

各煤矿企业和科研院校等机构加强对皮带运输机相关控制系统的研究力度，为了有效提高此系统工作的效率，主要经历了如下的发展阶段：①使用集成式电路板作为运输机的循环系统，并借助数字逻辑来对系统进行控制；②应用单片机来控制系统的实际操作；③在超集成电路迅猛发展的现如今，PLC 控制系统得到了广泛应用，并获得了一定的工作成效[2]。

2 煤矿皮带运输机控制系统的保护措施

2.1 PLC 技术

PLC 是能够实现编程功能的逻辑式控制器，可以控制很多工业制造活动，甚至完全取代继电器进行相关的逻辑控制作业。此技术在实际应用时，PLC 会开启顺序扫描抑或是无限循环工作模式，而CPU 则根据用户需求进行编制，并将其准确储存到程序内；然后，在具体指令引导下做好周期扫描工作，当第一条指令发出时就进行逐条扫描，直到最终程序运行结束时，再重新执行第一条指令，如此一直循环下去[3]。与此同时，每次扫描器件时还要采样、刷新输入信号，并可以将扫描周期进一步细分成输入采样、执行程序以及输出刷新成果等：①在输入相关采样内容时，可以使用扫描方式读入锁存器中存在的端子状态信息，并将其写入到输入型寄存器内，这样刷新输入工作就完成了；②在执行程序时，要依照用户指令进行扫描，并在处理好运算之后，在输出型寄存器内写入数据；③输出刷新状态，是在结束指令的执行之后，往锁存器中送入相应的输出状态，不仅完成了输出工作，还能驱动相关设备开始运作。

2.2 PLC 系统工作的原理

2.2.1 操作模式

（1）自动化、智能化的操作。这种模式需要让PLC 程序与各组态软件一起作用，操作者只需要简单启动或停止设备就行。当控制系统处于自动化工作状态时，能够在预先设定程序的作用下自动控制设备的启停，同时仔细运算与研究采集到的各种数据信号，尽可能让互锁抑或是报警功能得以实现。若是运输机在正常运行中发生故障，系统会自动暂停并发出警报来警示工作人员，并将相关的故障信息储存到组态系统中，可在紧急时刻切断全部运行的设备。

（2）人工手动操作方式。控制人员有启动设备的权力，同时系统可以按照既定顺序进行运输机的启停操作。在解锁状态下，相关人员可以不按照顺序进行设备的启停。

2.2.2 启动方式

皮带运输机系统在运行的过程中，有正常启动和带煤启动两种模式，前者用于无煤情况下，如1#运输机将煤送到2#运输机时，这种方式能够达到顺煤流启动的效果，避免出现运输机空转；当往运输机上放上煤时，就需要先启动2#设备，再启动1#设备，最后启动给煤机，这样就实现了逆煤流的启动作业。

2.2.3 变频控制

变频器能够让电机实现软启动和停止功能，减小电机启停工作中带来的电网冲击。将PLC 相关技术引入到变频器中，能够在很大程度上保证皮带运输机转动的速度处于恒定状态。

2.2.4 检测保护

要让运输机系统的运行更加稳定，就要尽可能做好监控与保护工作，可以在运输机两端或每隔40 m 位置上安装跑偏开关，一旦有一级跑偏问题出现就能及时发出警报；若是二级跑偏故障，就需要停止运行。与此同时，还要在每隔40 m 处设置拉线开关，对运输系统的温度与电流展开实时监测，一旦温度和电流出现异常能及时暂停设备，保护皮带运输机。还要在系统中增添烟雾、撕裂等传感器装置，更好地对系统运行情况进行监控。

2.3 供电选择

为了确保皮带运输机工作的可靠性与安全性，需要在选择好驱动形式后，设置合理的供电线路。根据相关规定，要给运输机设立科学的“三专”线路，也就是专用式供电变压器、供电电缆以及变电开关，这样才能最大限度保障系统运行的稳定性。

（1）变压器。皮带运输机整个线路上所具备的功率，就是给煤机本身变电点的负荷功率，像运输机、综保照明以及回柱绞车等设备的功率，可以通过计算公式得出供电变压器最低的功率参数。在此前提下，以设备实际的工作环境为依据，选用那些比计算结果更优质的变压器，就能满足各项要求。

（2）供电电缆。借助相关计算公式，获得各设备中的负荷和工作电流，为让皮带运输机保持稳定的运行状态，需要尽可能选择工作电流比计算结果大的电缆线路。

（3）变电开关。依据相关的规范标准，煤矿生产所用到的皮带运输机在选择开关时，需要重点关注继电器中电流的整定值要比电机额定电流总和大。

2.4 构建监控网络

控制系统的软件部分可以分成人机界面、控制功能两部分，在PLC 编程作用下，能够实现各项控制功能，确保运输机、给煤机都能顺利启动，若是系统在运行过程中出现故障，会及时发出警报，便于做好有效应对。WINCC6.0 型的组态软件在整个人机界面中都占据着重要位置，能够有效处理采集到的信号，并借助声音、图像和动画等手段传递到现场的设备上，让工作人员能够进行实时监控。

此外，可以在皮带运输机周围设置电气柜，让其得到更好的控制与检修调试：在电气控制柜中设置显示器，便于巡检人员随时查看设备运行状态与发生故障等信息；在电气柜中安装PLC控制系统和运输机的控制开关，将井下电气柜接入到主干网中，再借助光缆和井上的控制系统进行连接。为了能够更好地满足传感器、PLC 系统、执行模块以及监控端之间的数据信息传递要求，需要选择恰当的通信协议，如PROFIBUS-DP，让PLC 能够和各输入、输出设备间实现信息传输。

2.5 皮带运输机的保护措施

要想让皮带运输系统能够保持稳定的运行，就需要选择恰当的驱动形式，平衡各电机的功率，确保整个供电线路的可靠性，并采取有效措施保护皮带。

（1）温度保护。皮带运输机运转时，皮带和滚筒会在互相摩擦中产生很多热量，需要在各关键部位设置温度传感器。若是皮带温度超过一定范围就发出警报并做好停机处理，这样能有效减少设备损坏的概率。

（2）速度保护。在合理位置安装测量角速度和线速度的传感器，实时监控系统运行的状态，避免设备因为速度不合理而出现打滑。

（3）急停和禁启保护。当设备发生故障的时候，可以通过紧急制动来保护系统；在对设备进行维修的过程中，在此保护作用下，能够防止其突然启动而导致事故发生。

（4）防跑偏保护。要在恰当的位置布置防跑偏设施，以在设备与中心线间出现较大偏离时，及时采取修正措施。

（5）除尘保护。可以布置一些用于喷雾降尘的装置，尽可能减少因为空间粉尘过多而引发的安全事故，或者给工作人员的身体健康造成严重影响。

3 结语

在进行煤矿生产的过程中，需要使用恰当的驱动形式来平衡皮带运输机中各电机间的功率，最大化体现经济效益。选择合适的供电体系，保证整个系统中的设备能够稳定工作，推动采煤行业的健康可持续发展。