选煤厂输送机电气控制系统优化设计

2022-08-18刘凡

江西煤炭科技 2022年2期

刘凡

（山西焦煤西山煤电官地选煤厂，山西太原 030024）

输送机是选煤厂生产工艺中的核心设备之一，混煤、块煤、原煤等物料都需经输送机传送。选煤厂用输送机结构简单、运行稳定，可实现连续装载条件下的连续运输。小功率输送机集滚筒、电机、减速机为一体，结构简单、控制方便；大功率输送机集鼠笼电动机、减速器、推杆制动为一体，采用降压启动、变频启动模式[1-2]。

随着选煤厂智能化建设的不断推进，输送机长度、运输负载的不断增加，对输送机电气控制系统的智能化以及运行的稳定性、连续性提出了更高的要求。选煤厂输送机工作环境复杂且恶劣，导致故障发生率较高、运行效率下降，制约了选煤厂稳定、高效运行。针对上述情况，国内外学者展开一系列的研究，如文献[3]以西门子S7-1200 控制器为核心，设计了选煤厂带式输送机智能控制系统，其核心组成包括传感器、电动机、变频器以及上位机等，提高了带式输送机的智能化水平以及运输能力。文章针对选煤厂现有输送机电气控制系统存在的实时性差、故障率高的问题，优化电气控制系统并设计故障检测分析平台，提升输送机的运行效率。

1 电气系统设计

1.1 总体设计

选煤厂输送机电气控制系统设计框图，如图1所示，输送机采用变频控制技术，采用“一拖一”控制模式，并安装测速传感器实时检测带速。在上级输送机安装超声波传感器实时检测输送煤料的流量，并将流量数据传送至流量监测仪表，通过多端口转发器传送至上层控制系统。选煤厂输送机电气控制系统的核心为核心控制器，以CAN总线通讯模式控制1 号－n号变频器并驱动输送机按照煤料流量变频调速[4]。核心控制器根据流量信息并经变频驱动控制算法后实时控制变频器的运行频率，进而实现输送机带速动态调节。为保障输送机连续、稳定、安全运行，在输送机机身安装撕裂、打滑、跑偏、烟雾等传感器，并通过多端口转发器传送至核心控制器。

图1 选煤厂输送机电气系统总体设计框图

1.2 硬件设计

选煤厂输送机电气控制系统中的核心控制器选用倍福的CX5020，该控制器支持TCP/IP通讯、CAN总线通讯、Modbus通讯并能够完成多设备之间的组网，控制精度高，相应时间短，满足输送机电气控制要求。超声波传感器选用的型号为UM30-2，通过超声波检测原理，实时获取输送机煤料流量并且具备背景抑制功能。速度传感器选用的型号为GSG8-10，通过光电原理实时监测输送机带速，测速范围为0～8 m/s，输出为-10V～10V电压信号，检测精度高，实时性好[5-6]。温度传感器选用热电阻感温型PT-100，检测输送机皮带表面温度，防止因摩擦温度过高引起火灾等安全事故，测温范围为-200～500℃。烟雾传感器选用的型号为GQQ0.1，检测输送机皮带是否产生烟雾，当检测到烟雾后，该传感器的指示灯由长亮变为闪烁，同时故障指示灯长亮并发出报警[7-8]。跑偏传感器选用的型号为GEJ30，安装在输送机皮带两侧，当输送机皮带偏离角度大于22°时，发出声光语音报警，当偏离角度大于40°时，发出紧急停车指令，保证输送机运行安全。

1.3 软件设计

选煤厂输送机电气控制系统软件设计流程如图2 所示，采用模块化编程方案，根据选煤厂输送机工艺要求，将输送机电气控制软件系统进行模块划分，模块之间通过接口函数完成数据传送。软件系统采用ST与FB语言混合编程，详细流程如图2 所示。选煤厂输送机电气系统硬件上电后，进行系统初始化，即对程序中定义的变量、数组、定时器、计数器等进行赋0 操作。检测输送机设备是否正常，如果存在异常情况，如漏电、无法启动等则需报警，待异常处理后重新进行系统初始化。如果设备正常运行，则通过安装在输送机机身的带速传感器、流量传感器实时获取带速以及流量信息并传送至核心控制器。在核心控制器中对获取的流量、带速与原设定的带速、流量值进行比较并通过算法计算出最优带速。如果计算出的最优带速与反馈带速一致，则对输送机实际运行带速不作调整；如果计算出的最优带速与反馈带速存在偏差，则利用二维模糊控制计算控制目标电流、目标电压以及延时时间。当延时时间到达后，将计算出的最优带速传送至核心控制器，进而调节变频器运行频率，使得输送机实际运行带速与最优带速相等。

图2 选煤厂输送机电气系统软件流程

2 故障检测分析

选煤厂输送机故障检测分析系统基于上位机实现，核心控制器以CAN总线通讯模式将输送机运行时的所有数据传送至上位机，进行显示。选煤厂输送机故障检测分析系统设计如图3 所示，包括系统管理、知识库管理、故障诊断、数据库管理以及诊断记录查询五部分。系统管理模块主要完成用户数据信息的录入，包括用户姓名、用户密码、用户权限等。知识库管理模块用于完成诊断规则的定义以及处理，包括扩诊断规则的插入、修改以及删除。故障诊断模块用于实现故障诊断树的建立、FMECA诊断方案的实现以及一键诊断功能的实现。数据库管理模块用于完成故障数据库的查询、修改、添加以及删除。诊断记录查询模块用于完成对所发生的诊断信息进行存储并完成历史查询功能。

图3 选煤厂输送机故障检测分析系统

选煤厂输送机故障检测分析系统与核心控制器进行CAN总线通讯后，将获取的数据按照CAN总线通讯协议进行拆包，并与本地定义的变量进行一一映射，用本地定义变量完成数据显示、动画显示等。当输送机电气系统出现故障后，在上位机进行声光语音报警显示，同时弹出故障窗口显示发生的故障内容。当设计人员或者检修人员点击该故障窗口后，弹出解决该故障的一般方法，可根据提示进行操作，缩短输送机的故障停机时间。当检修人员按照故障提示操作后仍未解决该故障，则可申请技术支持。

3 应用分析

为验证优化后的选煤厂输送机电气控制系统，在山西焦煤西山煤电官地选煤厂进行实际应用。核心控制器与变频器、核心控制器与上位机间采用CAN总线通讯后，在保证数据传输稳定的情况下，降低了接线的复杂度，降低了故障发生率。对输送机运行120 d的故障发生次数、平均故障解决时间等数据进行记录并进行统计分析。分析结果表明，优化后的选煤厂输送机电气控制系统的故障发生率由原来的46%下降至12%，平均故障解决时间由原来的55 min降低至20 min，输送机的工作效率得到显著提高。