皮带机电控系统主要特征与工作原理

　　杨军+陈志强
　　摘 要：在煤矿上，运输系统主要由皮带机、刮板输送机和提升机组成，而在数量上以皮带机为主。皮带机的运行环境恶劣，运输线路长，运行空间粉尘大、湿度高，用电设备功率大、电压高、对电网冲击大、对电控系统的电磁干扰大。因此，煤矿皮带机电控系统的研究一直备受关注。本文将对皮带机电控系统的特征、功能、构成及原理进行阐述。
　　关键词：煤矿；皮带机；电控系统
　　一、皮带机电控系统的主要特征
　　第一，实现了皮带机沿线保护、各类温度保护、张紧装置、变频软启动系统的集中统一控制，使皮带机原来各自独立部分整合为一个系统，提高了系统的安全性、可靠性。
　　第二，利用现场总线技术实现皮带机的监控，可以提高电控系统的可靠性，降低成本，同时实现了系统间互连使信息共享，并且控制系统扩展容易、维护方便。
　　第三，可以对变频软启动系统提供开关量和模拟量控制信号，使所控设备按要求的最佳曲线进行启动运行，满足了大功率皮带机的起动要求，延长了皮带的使用寿命。
　　第四，通过软件实现功率平衡，使电机正常稳定运行。
　　第五，控制箱触摸屏实现汉化界面，各种状态显示一目了然，便于现场人员随时了解系统的状态及故障原因。
　　第六，具备网络通讯功能，可以很容易地并入矿井监控系统。
　　二、系统常见问题的提出
　　（一）综合监控无法进行
　　安全保护系统、软启动控制系统、自动张紧系统信息不能共享，不能实现对皮带机的综合监控，更不能与矿井其它监控系统连接，不能实现监控系统与煤矿信息系统的集成。
　　（二）在安全保护方面存在缺陷
　　为了提高皮带机运行的可靠性、安全性，减少故障，多种检测系统已应用于电动机、减速器和皮带机运行系统故障检测。然而这些系统往往是相互独立的，没有实现从驱动、输送机运行过程到运行环境检测的信息综合。
　　（三）故障检测系统不够完善
　　故障检测系统的误报率高，因为误报将造成皮带机不应有的停机，给生产造成损失。
　　三、皮带机电控系统
　　皮带机电控系统主要由控制箱、操作箱、各种传感器、PROMOS皮带保护等组成。
　　（一）操作箱
　　操作箱由IS-RPI网关和远程I/O模块组成，其功能是采集现场各种传感器的信号。每台IS-RPI网关可带8路多通道I/O模块，即8路模拟量输入、8路模拟量输出、8路温度输入、8路开关量输入、8路开关量输出、频率输入双通道。IS-RPI网关和远程I/O模块均由本安电源供电。
　　（二）控制箱
　　控制箱采用AB公司的PLC和2711-710G9触摸屏，可输入16组开关量、2组模拟量，如绞车电机输入等隔爆型开关的状态；输出16组开关量、2组模拟量，如主电机控制、张紧绞车控制、闸电机控制等。其内装有PLC、本安电源、隔离栅和网卡等。控制箱的功能是：①给操作箱提供本安电源；②控制现场设备；③在DH+网和通用I/O之间或以太网、ControlNet和DevieceNet之间实现桥接；④显示设备状态；⑤与上位机通讯。
　　（三）触摸屏
　　控制箱上的触摸屏能够显示系统的运行状态及各种现场仪表的运行状态。
　　（四）PROMOS皮带保护
　　KJ50型PROMOS皮带保护用于电控系统，主要完成皮带的沿线保护，如跑偏、堆煤、烟雾、纵撕、急停闭锁及语音通讯等。其中扩音电话除了作为对讲通信外，还作为该系统起车预警信号的输出设备。
　　四、皮带机电控系统的工作原理
　　（一）基本原理
　　皮带机在井下并不是单独使用，往往是多部输送机一起工作，因此启动顺序必须是前一级设备启动后，下一级设备方可启动。在前级闭锁解除后，皮带电控系统对本系统的各部状态进行检测判断，具备起车条件后，才能启动。起车时，皮带电控首先对PROMOS传送过来的信号进行判断，如跑偏、堆煤、纵撕、急停闭锁等，若各信号正常才能进入下一程序；其次，根据皮带机头各传感器返回的信号检测制动闸及各开关状态是否正常；最后，判断皮带张力是否在允许启动范围内。当皮带机各部分都处于正常状态，具备起车条件，才会发出启动信号。当发出起车指令后，变频器得电，给控制箱返回工作信号。控制箱发出变频运行信号，变频器按控制箱给定的运行信号输出频率和电压变化的电源，控制电机按给定的＂S＂形曲线软启。与此同时，控制箱发出指令使抱闸打开，并检测抱闸是否完全打开。若抱闸未打开或未完全打开，将关闭运行信号，使变频器停止运行，同时在触摸屏上给出故障信号。
　　当皮带达到额定速度，电控系统实时检测皮带速度与滚筒速度，当二者速度差值超过规定值，紧急停车，并发出打滑报警信号。同时，系统实时检测电机温度、减速器温度、轴承温度、皮带张力、电机电流、抱闸状态、变频状态、PROMOS状态等，当任一项指标或状态不正常时，系统紧急停车并报警。
　　（二）功率平衡原理
　　随着科技的发展，煤矿的生产能力得到不断的提升，因而要求运输能力也要不断加强。运量更大的1.2m、1.4m皮带机相继应运而生，皮带机的驱动系统也就由以前的单机驱动，变为双机驱动甚至多机驱动。随之而来的功率平衡问题也就产生了。
　　对于类似由变频驱动的双机系统，功率平衡尤为重要。当两台电机出力不均匀时，必将导致一台电机过载而另一台电机欠载，往往会使驱动的变频器过压，严重时会使过载的电机烧毁，甚至可能使变频器主回路的IGBT模块损坏。
　　针对这种情况，该电控系统对两台变频器的输出电流进行采样比较，以其中的一台为主机，另一台为从机，通过改变从机的控制信号，使其始终跟随主机而变化。当从机的电流大于主机时，降低从机的给定信号，从而使从机的输出减小，电机转速降低，负荷减轻，电流变小；当从机的电流小于主机时，提高从机的给定信号，从而使从机的输出增大，电机转速升高，负荷加大，电流变大。最终使两台电机负荷基本一致，电流在允许的范围内。采用软件控制使功率达到平衡这种方法，已经通过实际验证了其可行性。
　　五、结束语
　　综合多方面的信息，利用智能判断方法，集成监控网络，实现了现场网络、远程监控、安全保护系统、变频软启动控制系统、自动张紧系统的信息共享，完全满足井下大功率皮带机运行环境和生产过程的控制要求，具有很好的推广价值，更为皮带机电气控制系统改造提供了可以借鉴的经验。