刘 杰

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西 吕梁 033200）

智能电力元件和电子控制技术的发展，也促进了矿用变频器技术的发展，矿用变频器带式输送机、提升机、通风机、压风机等应用较为普遍。之前煤矿皮带输送机采用工频拖动液力偶合器传动，存在动力传输效率低、无法功率平衡、启动电流冲击大、皮带机冲击大各项问题，损失了企业财力和人工成本，同时皮带磨损跑偏严重。液力偶合器维修维护成本高，环流无功损耗。基于此，为提高带式输送机的煤炭输送效率并控制电力能源损耗，设计中应用PLC 控制技术、变频技术，对带式输送机承载的煤量与带速进行自适应调节与匹配，对变频控制系统的设计思路进行梳理，从软硬件设计、连接方式和系统组成等方面探究带式输送机变频控制系统的实现方法[1-5]。

1.1 带式输送机变频控制

变频控制可设定带式输送机启动时间和皮带运行速度，避免皮带直接启动对机械冲击；
调节可变速给带式输送机检修和皮带更换提供便利的条件，同时根据输送煤量情况调整运行状态，有效地降能减耗。采用德国西门子公司的S7-300 型PLC 作主控元件设计主控台。按照GB/T 17626 电磁兼容性标准要求进行设计和生产。皮带机和前后级设备的闭锁控制由PLC 进行控制实现。实时检测皮带输送机监控速度，皮带输送机控制零速时制动器动作，自动抱闸功能，防止输送机溜车和变频器、电机过流等情况。变频器智能启动带式输送机调速，实现皮带机的稳定启动和调速外，低速运行长时间状态节能效果明显。变频器通过煤矿网络，实现自动数据交换，运行参数自动修正。同时安全稳定的主、从驱动电机动态跟随，确保多电机的功率平衡。故障监测、故障报警保护功能得以实现，同时实现低速验带功能。验带速度为0.2 m/s 至额定速度Ve可调。系统实现短路、接地、过热、欠电压、过电流、过电压等多种保护。

1.2 变频控制优势

变频调速是随着科技的发展而产生的新技术，因此，变频控制与带式输送机相比有比较突出的优势，主要有以下5 个方面：一是弥补了带式输送机不能够软启、软停的缺点；
二是帮助带式输送机实现了负荷平衡；
三是通过变频调速可以帮助带式输送机及时地调整系统输出，也方便了操作；
四是减少了输送机的维护次数，提高了输送机的使用质量；
五是在一定的程度上节约了能源与成本。

带式输送机在使用的过程中启动与急停都需要较大的冲击，而变频控制系统能够帮助其减缓冲击，并且提高输送机的稳定性，并有效延长输送机的使用年限。变频控制系统中PLC 选用西门子S7-300 系列，变频器选用ZJT-300 隔爆系列，这样才能最好地实现速度调整的及时性与可靠性。与此同时，通过实现对通信与数据转换单元的设计，使系统的抗干扰能力有所增强。带式输送机在使用的过程中虽然是比较方便的，但是其也存在着问题，比如它的启动和关停不稳，而且使用时很容易出现物品滑落，同时对于输送机的结构也有着较大的冲击力，这些问题的存在虽然短时间内的影响较小，但长此以往，对带式输送机的毁损是比较大的，因此变频控制系统的出现在很大程度上帮助带式输送机解决了这些问题。变频控制系统的设计也应该结合带式输送机的使用。

2.1 PLC 选型

PLC 是带式输送机变频控制使用的主要处理器，选取适合带式输送机运用的PLC 才能够更好地提高工作效率，而S7-300 型西门子PLC 由于具备较强的操作与控制性、通信稳定的优势，因此，将其运用于带式输送机变频系统中才能够更好地发挥其价值与作用，完善带式输送机设备。

2.2 变频器设计

变频控制系统中PLC 是发布指令的设备，而变频器则为接收指令的设备，接收到PLC 的指令后变频器才依据指令开始行动，变频器控制实现了远程控制、启动损失小、检修方便。带式输送机是由传动滚筒驱动的，滚动筒连接着变频器，这样才能够及时实现变速调节。变频器的类型是多种多样的，在选择时一定要根据带式输送机的功率和电流选择，而现实生活中为了更好适应生活中带式输送机的使用情况，ZJT-300 隔爆型变频器是较好的选择，变频器本身具备稳定性和可调节性的优点，因此使用变频器能够提高工作效率。变频器电气系统结构如图1 所示。

图1 变频器电气系统

3.1 模拟数据转换

控制的关键是变频控制系统中模拟数据，带式输送机中模拟数据转换占有十分重要的地位，然而对它的分辨率要求并不是十分严格，高精度控制在1/2000以下即可，在此种分辨率下更要依据曲线速度实现带式输送机软启动。同时模拟数据转换提高抗干扰能力。根据煤矿防爆设备特点，超过12 位精度的模拟转换器效果才能达到合理水平。煤矿井下供电控制方面，具有较显著的噪声信号需要余量预留精度到位数。因此，采用16 位双极型模数转换器AD7606 为带式输送机的变频控制系统，本系统模拟数据转换器安全可靠。

3.2 输送通信

带式输送机变频系统的下位机在实际使用过程中受到外部影响信号，致使整体系统稳定性能下降，只有不断完善通信电路的设计才能够促使通信信号加强提高，才能将高精准的信号传输到上位机。采用CPRS 远程通信和RS-485 串行通信相结合的数据采集、传输，通信方式安装、调试、运行、使用性价比高。系统支持多节点通信形式，电气元件得到显著保护。实现GRS 模块相关控制指令实现RS-232 接口的接收或转换。同时系统通信模块外围电路相对简单易于操作，远程通信抗串行干扰能力强，确保GPRS 信号的高质量和高稳定性。

4.1 打滑保护

输送带速度10 s 内均在（50%～70%）Ve范围内，输送带速度小于或等于50%Ve、大于或等于110%Ve时打滑保护应报警，同时中止胶带输送机的运行，对胶带输送机正常启动和停止的速度变化，打滑保护装置无保护动作。

4.2 堆煤保护

装置在2 s 内连续监测到矸位超过预订值时应预警，同时，中止胶带输送机运行。由改变传感器偏角或动作行程实现保护的堆煤保护装置，其保护动作所需的作用力不大于9.8 N。

4.3 跑偏保护

当运行的输送带跑偏超过托辊的边缘20 mm（如使用三联辊的胶带输送机超过70 mm）时，跑偏保护装置应报警。当运行的输送带超出托辊20 mm（如使用三联辊的胶带输送机超过70 mm），经延时5～15 s后，跑偏保护装置应可靠动作，能够中止胶带输送机的运行。对于使用接触式跑偏传感器之类的跑偏保护装置，其保护动作所需作用于跑偏传感器中点正向力为20～100 N。

4.4 烟雾保护

连续2 s 内，烟雾浓度达到1.5%时，烟雾保护应报警，中止胶带输送机运行，同时启动自动洒水装置，洒水降温。

本系统由西门子S7-300 系列的PIC 控制组成，设备的承载、温度实时反馈信息，同时ZT-300 变频器与PLC 之间具有良好的兼容性和可靠性。在原有输送机基础上采用现代变频控制技术将制约输送机能耗的主要因素输送速度、输送运量、输送功率相结合。稳定可靠的带式输送机变频控制系统，对井下工作环境适应能力强，这对于后期的升级和维护有着很大的推动作用，进而更好地促进带式输送机向着智能化的方向发展，为煤矿智能化建设提供借鉴与参考。

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