礦山帶式輸送機(jī)控制新技術(shù)研究應(yīng)用

李劍峰

（兗礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)寧 273500）

1 引言

某礦業(yè)（集團(tuán)）公司及下屬各礦與有關(guān)單位共同開展了科技攻關(guān)，在礦井帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)方面進(jìn)行了大量的研究試驗(yàn)工作，并積極應(yīng)用當(dāng)前已有的適用新技術(shù)，取得了良好的現(xiàn)場使用效果，對國內(nèi)同行具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。

2 帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)保護(hù)特性與安裝要求研究

礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦對礦井帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)的保護(hù)特性及安裝要求進(jìn)行了研究和總結(jié)。

（1）煤位保護(hù)傳感器。安裝高度不應(yīng)低于機(jī)頭膠帶200mm水平以下，可以保證埋機(jī)頭、滿倉或者滿煤漏斗時(shí)煤、矸等物體觸到煤位傳感器垂直的萬向?qū)U并且偏離中心線15°，經(jīng)過1.8～10s延時(shí)自動(dòng)切斷帶式輸送機(jī)的電源并報(bào)警。

（2）速度保護(hù)。也叫防滑保護(hù)，傳感器可以采用霍爾元件磁敏傳感器和磁感應(yīng)傳感器。安裝時(shí)傳感用磁鐵應(yīng)放在帶式輸送機(jī)卸載滾筒法蘭盤的偏心位置上，不能超出滾筒外延。傳感接收器固定在帶式輸送機(jī)卸載臂框架或滾筒軸芯與磁鐵相對應(yīng)的支架上面。

（3）煙霧傳感器?？梢圆捎秒x子式煙感器，自身帶有試驗(yàn)按鈕，一般安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒上方5m內(nèi)的下風(fēng)口無淋水處。當(dāng)輸送機(jī)周圍有煙霧形成或可燃?xì)怏w超標(biāo)時(shí)，能夠控制帶式輸送機(jī)自動(dòng)停車。

（4）防跑偏傳感器。采用一個(gè)萬向開關(guān)，膠帶跑偏時(shí)，垂直的萬向?qū)U在膠帶的推動(dòng)下經(jīng)過延時(shí)停車。防跑偏傳感器安裝在機(jī)頭儲(chǔ)帶倉的中間位置和機(jī)尾兩邊各一組。

（5）溫度傳感器。采用金屬導(dǎo)熱材料。當(dāng)輸送機(jī)長時(shí)間運(yùn)行或者雙電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有一個(gè)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，負(fù)荷和扭矩均增大，導(dǎo)致設(shè)備的溫度升高。一般把傳感器的吸熱面緊貼著電動(dòng)機(jī)外殼或者在帶式輸送機(jī)的主滾筒設(shè)置溫度傳感器，隨時(shí)檢測滾筒的溫度。

（6）張緊力下降保護(hù)裝置。其作用是當(dāng)輸送帶和驅(qū)動(dòng)滾筒之間產(chǎn)生打滑時(shí)使輸送機(jī)停止，但是由于有防滑保護(hù)起作用，故此保護(hù)也可以不安裝。

（7）對個(gè)別帶式輸送機(jī)可以安裝防撕裂保護(hù)裝置和傾斜巷道上運(yùn)或者下運(yùn)停車防止帶式輸送機(jī)逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置。在帶式輸送機(jī)的主滾筒設(shè)置溫度傳感器，隨時(shí)檢測滾筒的溫度，同時(shí)配備自動(dòng)灑水裝置，在滾筒超溫時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灑水并且對主滾筒進(jìn)行降溫。

（8）沿向緊急停車保護(hù)。當(dāng)沿線的某一個(gè)緊急停車開關(guān)被接通時(shí)能立即實(shí)現(xiàn)停車保護(hù)功能。

（9）縱向撕裂保護(hù)。當(dāng)輸送帶撕裂時(shí)，傳感器把電信號(hào)傳給主機(jī)，立即實(shí)現(xiàn)停車保護(hù)的功能。

3 BXWⅡ控制系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

以BXWⅡ-120／115礦用隔爆兼本安型微機(jī)控制箱為核心的電控系統(tǒng)，是煤礦機(jī)械廠專門為煤礦井下研制的可編程監(jiān)測控制系統(tǒng)，輸入輸出點(diǎn)數(shù)均可以擴(kuò)展，語音通訊，可自診斷并且具有快開門結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)的電氣控制、監(jiān)測和綜合保護(hù)。

該系統(tǒng)的信號(hào)檢測、邏輯運(yùn)算和控制輸出等工作過程均由BXWⅡ控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)?？刂坪诵牟考x用FX2N-48MR可編程控制器，配有RS485接口、模擬量模塊和通訊模塊等完成帶式輸送機(jī)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及過程控制。FX2N-16CCLM系統(tǒng)主站塊可以使PLC在現(xiàn)場總線CC-Link中作為主站使用，可以接7個(gè)遠(yuǎn)程I／O以及8個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備站，最大的傳輸距離為13.2km，可以有效地節(jié)約布線，減小誤配線率，方便快捷地使PLC與各種外接設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。FN2N-4AD模擬量檢測模塊采集電機(jī)電流信號(hào)，具有12位高精度分辨率，4通道，通過軟件編程和數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)功率平衡，提高了設(shè)備的運(yùn)行性能，延長了設(shè)備的使用壽命。采用圖形操作顯示終端，運(yùn)用FX-PCS-DU-WIN-C專業(yè)軟件，設(shè)定了用戶的顯示操作畫面、監(jiān)視畫面、數(shù)據(jù)采樣圖表、故障報(bào)警記錄等狀態(tài)信息，為用戶提供了優(yōu)良的操作環(huán)境，并且能夠顯示和修改工作程序，方便了現(xiàn)場的調(diào)試工作。

（1）信號(hào)檢測。首先由各種傳感器檢測出帶式輸送機(jī)的各種信號(hào)，并將此輸入到BXWⅡ控制箱可編程控制器FX2N-48MR，由PLC內(nèi)CPU判斷，同時(shí)根據(jù)遠(yuǎn)程或者司機(jī)控制輸入的要求，依照編定程序完成控制功能，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)預(yù)告、設(shè)備運(yùn)行和帶式輸送機(jī)保護(hù)。被檢測的信號(hào)基本上可以分為開關(guān)量（無電位接點(diǎn)）和模擬量兩種。

（2）控制輸出?？刂葡鋵Υ帕ζ饎?dòng)器、電動(dòng)機(jī)等外部設(shè)備的控制是通過接點(diǎn)的通斷來實(shí)現(xiàn)的，即開關(guān)量控制。開關(guān)量的輸出分為本安接點(diǎn)輸出和隔爆接點(diǎn)輸出。

（3）運(yùn)行工況。為了滿足日常運(yùn)行、檢修和故障處理等的需要，具備集控、自動(dòng)（包括正常起車、正常停車、緊急停車和保護(hù)停車）、檢修和手動(dòng)4種控制模式。

4 ControlNet在煤礦井下帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦將基于Control-Net現(xiàn)場總線技術(shù)的帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于井下16采區(qū)，性能比較穩(wěn)定，取得了較好的效果。此后，又把帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)接入整個(gè)信息化工程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)煤礦的綜合自動(dòng)化。

該系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成。

（1）電控裝置。以可編程控制器為核心，PLC選用Controllogix5550系統(tǒng)，CPU模塊為（1756-L55M12）處理器。Controllogix系統(tǒng)通過1756-DNB，DecivceNet掃描模塊及I／O模塊對過程量以及現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量采集，經(jīng)過1756-L55M12CPU模塊綜合處理以后，可以將數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場所控制的設(shè)備，完成設(shè)備的自動(dòng)起停；并且由通信模塊（1756-CNBR）通過ControlNet送至井下網(wǎng)關(guān)，從而送到地面工作站；控制屏通過Control-Net與Controllogix主控分站連接，從PLC中獲取現(xiàn)場的設(shè)備信息，在控制屏上顯示出來并且可以通過控制屏完成現(xiàn)場設(shè)備的控制；Controllogix主控分站通過DH+與CST軟起動(dòng)控制柜SLC-500之間進(jìn)行通訊，獲取CST軟起動(dòng)上的信息，在控制屏上顯示出來并且可以將CST的各種狀態(tài)送至地面顯示。

（2）CST可控驅(qū)動(dòng)裝置。CST裝置主要是由可控起動(dòng)傳輸部分、冷卻系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)4個(gè)部分組成的。其可控起動(dòng)性能好，具有反饋系統(tǒng)，實(shí)時(shí)控制起動(dòng)加速度又可以實(shí)現(xiàn)可控制動(dòng)，使帶式輸送機(jī)按照預(yù)定的減速度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)停車，調(diào)速精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高。選用CST可以降低基本膠帶張力，提高傳動(dòng)效率，選用比較小的安全系數(shù)可以獲得比較高的安全度。

（3）張緊裝置。采用YZL-300型液壓張緊裝置，可以實(shí)現(xiàn)膠帶起停時(shí)的自動(dòng)張緊。

（4）多路組合開關(guān)。選用ZB-4X40／660礦用隔爆型組合開關(guān)為CST油泵電動(dòng)機(jī)、冷卻電動(dòng)機(jī)和張緊絞車電動(dòng)機(jī)提供電源，并且對其進(jìn)行控制和保護(hù)，具有過載保護(hù)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、缺相保護(hù)以及漏電閉鎖功能。

（5）膠帶保護(hù)裝置。主要有跑偏開關(guān)、拉線開關(guān)、縱撕傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、打滑傳感器、灑水裝置以及沿線信號(hào)裝置等。

5 煤礦采區(qū)下運(yùn)式帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)PLC改造

礦業(yè)（集團(tuán)）公司東灘煤礦針對一采區(qū)下運(yùn)式帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)改造，從根本上克服了控制繼電器接點(diǎn)氧化和線圈老化等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)盤形閘電動(dòng)機(jī)控制順序切換，并且利用AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)了對液壓拉緊控制系統(tǒng)的改造，使得盤形閘的控制切換和液壓壓力的自動(dòng)控制變成現(xiàn)實(shí)。

外圍控制及保護(hù)裝置主要包括以下部分：

（1）煙霧保護(hù)。煙霧傳感器正常測量時(shí)需要直流24V電源，可編程控制器輸入點(diǎn)與公共點(diǎn)之間即是24V電源，故可以直接接入。因?yàn)闊熿F保護(hù)正常為常開、故障時(shí)閉合，所以為常開接點(diǎn)輸入方式。

（2）跑偏、撕裂與堆煤保護(hù)。保護(hù)信號(hào)可以直接接入可編程控制器，即一端與公共端子COM相聯(lián)結(jié)，另一端接入相應(yīng)的輸入點(diǎn)即可。機(jī)頭、機(jī)尾跑偏與膠帶撕裂等采用常閉接點(diǎn)輸入方式，堆煤保護(hù)采用常開接點(diǎn)輸入方式。

（3）速度傳感器。欠速保護(hù)采用的是開關(guān)量輸入，內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，然后利用設(shè)定值與其輸入值進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。固定有永久磁鐵的速度傳感器放置在下膠帶上，檢測探頭采用干簧管式聯(lián)接開關(guān)，干簧管經(jīng)過磁鐵時(shí)每閉合和斷開一次可編程控制器就對其計(jì)數(shù)。膠帶額定運(yùn)行速度為3.5m／s，速度傳感器周長為 0.5m（平均分布 8 塊磁鐵），設(shè)定速度傳感器每秒旋轉(zhuǎn)7周，采用每秒對其進(jìn)行計(jì)數(shù)。設(shè)定膠帶實(shí)際運(yùn)行速度降低到額定速度的80%為欠速，高于額定速度10%為超速。

（4）液壓張緊。在膠帶正常工作的狀態(tài)下，采用液壓自動(dòng)張緊工作方式，將DC系列隔爆壓力傳感器裝在液壓站控制油路上，使其時(shí)刻采集液壓站的油壓信號(hào)，并且將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以后傳輸?shù)紽X2N-2AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，可編程控制器在得電的狀態(tài)下，PLC時(shí)刻都能夠采集到液壓站的壓力信號(hào)并且存儲(chǔ)。

（5）盤形閘1#、2#電動(dòng)機(jī)切換。在正常起動(dòng)的過程中，由PLC輸出點(diǎn)控制1#電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)膠帶閘盤抱閘、開閘控制；當(dāng)1#電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換到2#備用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行盤形閘控制，并且在自動(dòng)停車的工況下停機(jī)20s以后自動(dòng)抱閘；出現(xiàn)緊停以及閘電氣故障時(shí)立即停車抱閘。

6 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的研究

隨著高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)，煤礦井下采區(qū)的幾何尺寸也在不斷地加大。礦業(yè)（集團(tuán)）公司東灘煤礦采煤工作面的順槽走向長度已經(jīng)達(dá)到了2600m。與之相適應(yīng)，前期綜合機(jī)械化長距離掘進(jìn)施工中就需要配置多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)。因此，對如何合理地確定多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制和應(yīng)用開展了研究。

該礦掘進(jìn)工作面的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)以及相關(guān)的電控設(shè)備選型配套如下：帶式輸送機(jī)為SSJ800／4×40型，機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部和中間驅(qū)動(dòng)部各布置有2臺(tái)40kW驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；拖動(dòng)開關(guān)為BQD1-300／1140（660）型真空磁力起動(dòng)器；通訊裝置為TK100通訊控制系統(tǒng)，自照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置引入127V工作電源，具備單起單停、順序聯(lián)動(dòng)的控制功能。

從經(jīng)濟(jì)角度和控制可靠性兩個(gè)方面綜合比較后決定采用以下方案：TK100通訊控制裝置安裝于帶式輸送機(jī)的機(jī)頭位置處。2臺(tái)拖動(dòng)開關(guān)（1臺(tái)工作1臺(tái)備用）安裝于帶式輸送機(jī)機(jī)頭位置，自機(jī)頭引入660V電源對機(jī)頭2臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電；另外2臺(tái)拖動(dòng)開關(guān)（1臺(tái)工作1臺(tái)備用）安裝于中間驅(qū)動(dòng)部的位置，由主干線電纜的中間多通接線盒（中間驅(qū)動(dòng)處）引入660V電源對中間驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電。中間驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電纜不需要遠(yuǎn)距離敷設(shè)，但是控制線要遠(yuǎn)距離敷設(shè)，中間驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電纜敷設(shè)工作量小，井下投入占用的電纜費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性合理。同時(shí)，在磁力起動(dòng)器的外部增加先導(dǎo)控制回路，采用AC127V外部電源為增設(shè)的2件AC110V繼電器供電，使控制電壓在繼電器允許的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)略高于其吸合電壓，保證了AC110V繼電器的正常工作電壓，而且增加了后備起動(dòng)的保證環(huán)節(jié)，提高了起動(dòng)可靠程度，遠(yuǎn)控比較可靠。

在1301運(yùn)輸順槽綜合機(jī)械化掘進(jìn)工作面投入使用以后，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制靈敏可靠，未出現(xiàn)過起停故障，成功地解決了遠(yuǎn)距離控制電壓（AC18V）損失大的難題，而且中間驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電纜不需要遠(yuǎn)距離敷設(shè)，減少了井下工作量和投入費(fèi)用，為多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制提供了有價(jià)值的借鑒。

7 大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)研制

煤礦機(jī)械廠將大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及液壓控制系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)電液一體化的帶式輸送機(jī)勻減速閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得帶式輸送機(jī)能夠按照預(yù)定的停車減速度平穩(wěn)地制動(dòng)停車，完善可靠地解決了負(fù)傾角較大向下運(yùn)輸?shù)目刂茊栴}。

在自動(dòng)方式下，全部過程均由控制程序完成；手動(dòng)方式下，各個(gè)設(shè)備的通電均由手動(dòng)操作完成。此項(xiàng)成果以高可靠性的FX2N系列PLC為控制核心。帶式輸送機(jī)預(yù)警起車，各保護(hù)投入檢測，PLC可對各個(gè)輸入口采集的信號(hào)進(jìn)行判斷和運(yùn)算，發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)控制。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)緊急停車，并且發(fā)出聲光故障報(bào)警，待故障排除后方可以再次進(jìn)行正常起車，完成帶式輸送機(jī)打滑、跑偏、堆料、閉鎖、滅火灑水、煙霧、超溫以及縱撕保護(hù)等。下運(yùn)膠帶輸送機(jī)工作時(shí)，其帶速和電動(dòng)機(jī)速度是兩個(gè)重要的物理參量，如開車松閘以后的輕、重載判斷，電動(dòng)機(jī)在同步速度值的投入和切除，3個(gè)超速值的設(shè)定，膠帶高低速打滑以及加速度和二級(jí)制動(dòng)控制等，均需要對電機(jī)和膠帶速度進(jìn)行檢測。

在此項(xiàng)設(shè)計(jì)中，速度通過磁性傳感器轉(zhuǎn)換成頻率與其成正比的電信號(hào)，由PLC高速計(jì)數(shù)端采集，進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理。除了安全規(guī)程規(guī)定的6項(xiàng)保護(hù)以外，還根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)，設(shè)置了閘皮磨損保護(hù)、盤形閘和捕帶器不能夠有效松開的閉鎖、給煤機(jī)閉鎖控制保護(hù)等。各種保護(hù)信號(hào)進(jìn)入PLC，根據(jù)故障性質(zhì)判斷急停和延時(shí)停車等。此項(xiàng)研究成果根據(jù)下運(yùn)帶式輸送機(jī)傾角大、運(yùn)行工況特殊的特點(diǎn)，以PLC為控制核心，較好地解決了速度信號(hào)的檢測、速度與加速度控制和三級(jí)超速的制動(dòng)控制等問題。

8 四象限變頻調(diào)速裝置在下運(yùn)帶式輸送機(jī)的應(yīng)用

礦業(yè)（集團(tuán)）公司興隆莊煤礦利用四象限變頻控制器并且采取相關(guān)的技術(shù)手段，成功地改造了井下巷道中使用的帶式輸送機(jī)，解決了下行運(yùn)輸帶式輸送機(jī)所產(chǎn)生的負(fù)力問題。

當(dāng)長距離下山的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸采用液力耦合器裝置時(shí)，在起動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)的過程中都會(huì)出現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的失控狀態(tài)。特別是出現(xiàn)事故需要緊急停車時(shí)，雖然電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，但是膠帶靠著自身及輸送物料的重力作用仍然使帶式輸送機(jī)繼續(xù)以比較快的速度運(yùn)行，便會(huì)造成事故擴(kuò)大和機(jī)頭堆煤。此時(shí)雖然能夠通過制動(dòng)閘進(jìn)行制動(dòng)，但是對于機(jī)械的沖擊以及磨損非常大，而且因?yàn)橹苿?dòng)力過大不可避免地?fù)p傷膠帶接頭和機(jī)械設(shè)備。為此，決定將帶式輸送機(jī)由采用液粘型軟起動(dòng)裝置改為采用四象限變頻器進(jìn)行負(fù)力狀態(tài)下的控制與拖動(dòng)，使帶式輸送機(jī)完全在變頻器控制的頻率及速度下運(yùn)行。同時(shí)，由于變頻器采用了矢量控制技術(shù)，具有比較大的起動(dòng)力矩，可以保證重載起動(dòng)的要求。采用液力耦合器起動(dòng)裝置時(shí)，負(fù)力完全是通過機(jī)械裝置或者由電動(dòng)機(jī)發(fā)熱來消耗的，而采用變頻器則是隨時(shí)將產(chǎn)生的負(fù)力回饋到電網(wǎng)中去；同時(shí)，由于通過控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率，系統(tǒng)也不可能超速，系統(tǒng)更加安全。

該礦西上山帶式輸送機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐表明，此項(xiàng)改造解決了帶式輸送機(jī)運(yùn)輸過程中的負(fù)力問題，能量回饋電網(wǎng)；解決了帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中的速度失控問題，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行全過程的、制動(dòng)和速度控制，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行；解決了機(jī)械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的沖擊問題，延長了設(shè)備的使用壽命；順滑的無級(jí)調(diào)速特性使得帶式輸送機(jī)起動(dòng)以及停止過程非常平穩(wěn)，減少了膠帶竄動(dòng)、跑偏和灑煤等現(xiàn)象，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了生產(chǎn)正常進(jìn)行。

9 PLC在煤礦帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

煤礦機(jī)械廠根據(jù)煤礦井下運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，選用S7-200CPU226可編程控制器對原有的電控系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造，增加了新的功能。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可靠性高、操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定，而且具有可擴(kuò)展性，為今后實(shí)現(xiàn)全礦井生產(chǎn)集中控制打下了良好的基礎(chǔ)。

其功能特點(diǎn)主要包括以下方面。

（1）控制功能

系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)／手動(dòng)兩種控制方式。微機(jī)控制箱上有正常起車、正常停車、緊急停車、故障復(fù)位等按鈕。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生緊急故障時(shí)，只有當(dāng)故障排除以后按下故障復(fù)位按鈕才能夠重新起車。在自動(dòng)狀態(tài)下，按下電控裝置的正常起車按鈕，起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，安裝在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒下的速度傳感器發(fā)出脈沖信號(hào)，PLC內(nèi)部程序計(jì)算出帶式輸送機(jī)的速度和起動(dòng)加速度。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的起動(dòng)加速度與實(shí)際的加速度進(jìn)行比較，其差值經(jīng)數(shù)據(jù)處理以后，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)數(shù)字壓力閥控制油壓的大小，使起動(dòng)加速度控制在設(shè)定值。

（2）保護(hù)功能

①沿線故障保護(hù)。為了更加及時(shí)判斷和處理故障，選用了故障地址識(shí)別裝置，可以將沿線閉鎖開關(guān)發(fā)來的跑偏、縱撕、閉鎖等故障以及故障地址、停機(jī)信號(hào)進(jìn)行顯示和處理，并且將信號(hào)用無電位接點(diǎn)的形式并行輸出，供給PLC與其它的控制裝置。②電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù)。在主電動(dòng)機(jī)的定子繞組裝入熱電阻，變換成電流信號(hào)輸入模擬量輸入模塊，CPU226把它換算成電動(dòng)機(jī)溫度，和設(shè)定溫度比較，檢測到電動(dòng)機(jī)超溫即停車，轉(zhuǎn)入故障處理。③電動(dòng)機(jī)電流保護(hù)。主電動(dòng)機(jī)電流經(jīng)過電流變送器輸出電流信號(hào)，輸入到數(shù)字輸入模塊，檢測出電動(dòng)機(jī)電流超過額定電流時(shí)就立即停車，轉(zhuǎn)入故障處理。

10 下運(yùn)帶式輸送機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)研制

礦業(yè)（集團(tuán)）公司東灘煤礦和山東科技大學(xué)研究出了帶式輸送機(jī)在下運(yùn)情況下的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并且利用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)了在煤礦井下的安全運(yùn)行。

起車時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸出直流電壓使液壓系統(tǒng)工作，若膠帶上沒有物料則在延時(shí)一段時(shí)間以后控制電動(dòng)機(jī)送電，使主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)膠帶運(yùn)行并且送料使系統(tǒng)工作；若膠帶上有物料則帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于液壓系統(tǒng)是一個(gè)二階系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1490rpm時(shí)給電動(dòng)機(jī)送電，使電動(dòng)機(jī)工作于電動(dòng)狀態(tài)并且緩慢過渡到發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，這種控制方式使膠帶起動(dòng)運(yùn)行比較平穩(wěn)。停車時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)并且轉(zhuǎn)速大于1500rpm，則應(yīng)當(dāng)先停止給料系統(tǒng)使得膠帶速度及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢減低，同時(shí)加入液壓制動(dòng)力，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減少到1500rpm以后斷電。

在帶式輸送機(jī)的工作過程中，由于物料的不確定性，容易出現(xiàn)膠帶拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。為了安全運(yùn)行，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1580rpm左右時(shí)應(yīng)停止給料，但是由于膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)比較大的慣性環(huán)節(jié)，因此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速仍然有可能上升，此時(shí)必須采用可靠的制動(dòng)控制。膠帶速度大于電動(dòng)機(jī)速度出現(xiàn)的打滑，其原因是膠帶和滾筒的摩擦力不夠，致使物料帶動(dòng)膠帶沿滾筒滑動(dòng)，控制的方法只能停止給料，使膠帶的下滑力減少，逐漸恢復(fù)摩擦力，而不應(yīng)當(dāng)停車，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與膠帶等效轉(zhuǎn)速相同以后故障消除；當(dāng)膠帶速度小于電動(dòng)機(jī)等效轉(zhuǎn)速出現(xiàn)的打滑，其原因是膠帶與滾筒的摩擦力不夠、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于膠帶的轉(zhuǎn)速，致使膠帶系統(tǒng)不能有效運(yùn)送物料，這時(shí)應(yīng)當(dāng)停止電動(dòng)機(jī)來增加膠帶張緊力，從而加大膠帶與滾筒的摩擦力。

11 新型帶式輸送機(jī)微機(jī)控制裝置

礦業(yè)（集團(tuán)）公司東灘煤礦井下3條主帶式輸送機(jī)是法國80年代的產(chǎn)品，隨機(jī)配件特別是控制機(jī)的繼電器到1997年已用完。當(dāng)時(shí)國內(nèi)尚無理想的替代產(chǎn)品，為此研制出了KJ2002型帶式輸送機(jī)微機(jī)控制裝置。投入運(yùn)行幾年來，除個(gè)別傳感器損壞外，主機(jī)基本處于免維護(hù)狀態(tài)。

微機(jī)控制裝置的硬件主要由主板、開關(guān)量輸入輸出板、頻率量輸入輸出板、繼電器板、顯示板、譯碼驅(qū)動(dòng)板組成。專用控制軟件包括1個(gè)主程序和停車狀態(tài)、預(yù)告狀態(tài)、起動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、停車（急停）狀態(tài)服務(wù)、根據(jù)膠帶狀態(tài)進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)程序、調(diào)跑偏開關(guān)檢測處理、調(diào)閉鎖開關(guān)檢測處理、調(diào)故障檢測處理、調(diào)顯示處理、調(diào)鍵盤檢測處理、調(diào)液壓站檢測處理12個(gè)子程序。

該裝置的工作方式分為自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、聯(lián)機(jī)（與后部帶式輸送機(jī)連鎖控制）4種。在自動(dòng)方式下控制機(jī)參與檢測和控制，實(shí)現(xiàn)完善的控制和保護(hù)功能。傳感器檢測出的各種信息輸入到控制機(jī)，由控制機(jī)判斷并且根據(jù)司機(jī)在鍵盤上輸入的指令控制各種設(shè)備運(yùn)行。對信號(hào)的檢測分開關(guān)量和頻率量兩種：開關(guān)量信號(hào)有跑偏、閉鎖、堵煤、煙霧、超溫灑水、縱向撕裂、漲緊液壓站低壓、漲緊液壓站高壓、制動(dòng)閘開啟行程開關(guān)、一組電機(jī)、二組電機(jī)、液壓站輔助接點(diǎn)；頻率量信號(hào)有膠帶速度、電動(dòng)機(jī)電流、跑偏位置及閉鎖位置?？刂茩C(jī)對磁力起動(dòng)器、制動(dòng)閘電動(dòng)機(jī)、液壓站電動(dòng)機(jī)等外部設(shè)備的控制是通過接點(diǎn)的通斷，即開關(guān)量控制來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)控制機(jī)處于手動(dòng)方式時(shí)，帶式輸送機(jī)的控制主要是通過操作臺(tái)的轉(zhuǎn)換開關(guān)來完成的，此時(shí)控制機(jī)起檢測作用，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)只報(bào)警不停車、故障指示燈亮。

12 主煤流膠帶運(yùn)輸?shù)孛婕锌刂葡到y(tǒng)

中國礦業(yè)大學(xué)和礦業(yè)（集團(tuán)）公司興隆莊煤礦研制的“煤礦井下主煤流膠帶運(yùn)輸?shù)孛婕锌刂葡到y(tǒng)”，集控制、檢測和監(jiān)測為一體，在我國首家實(shí)現(xiàn)了地面對井下主煤流膠帶運(yùn)輸?shù)拈L距離（10km以內(nèi)）、多點(diǎn)位（2000點(diǎn)以上）信息傳輸和無崗點(diǎn)操作管理人員的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測監(jiān)控，開創(chuàng)了我國地面遠(yuǎn)程集中控制煤礦井下機(jī)電設(shè)備的先例，系統(tǒng)自動(dòng)化程度達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

煤礦井下主煤流膠帶運(yùn)輸?shù)孛婕锌刂葡到y(tǒng)以分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）為主，包括了地面控制中心、井下控制中心和11個(gè)監(jiān)控分站，具有在線監(jiān)測、分析以及完善的保護(hù)與報(bào)警功能，完全符合煤礦井下帶式輸送機(jī)輸煤系統(tǒng)安全生產(chǎn)的要求。

經(jīng)過煤礦井下的現(xiàn)場技術(shù)檢測和工業(yè)性運(yùn)行表明，該系統(tǒng)的技術(shù)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，開機(jī)率由原來的60%提高到95%以上，系統(tǒng)輸煤能力也從1000t／h提高到1200t／h，同時(shí)還極大地減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

此項(xiàng)成果運(yùn)用自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、傳感器、工業(yè)電視、光纖通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用觸摸屏或鼠標(biāo)控制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像信息傳輸，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)煤流方向膠帶的順序開停和無擾切換，具有打滑、跑偏、自動(dòng)滅火斷電、語音報(bào)警等各種保護(hù)功能，免除了人為因素的干擾，避免了整個(gè)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)帶載停車與堆煤事故的發(fā)生；它首次將先進(jìn)的冗余技術(shù)應(yīng)用于煤礦帶式輸送機(jī)的集中控制，實(shí)現(xiàn)了地面和井下控制中心的3臺(tái)計(jì)算機(jī)互為熱備，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性；所開發(fā)的防爆兼本安型帶式輸送輸送機(jī)自動(dòng)控制裝置具有完善的數(shù)據(jù)采集和控制功能，亦可以作為單臺(tái)帶式輸送輸送機(jī)的自動(dòng)控制裝置。

13 結(jié)論

礦區(qū)的礦、廠與科研單位和院校共同合作攻關(guān)，開展了帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)保護(hù)特性與安裝要求的研究和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的研究，研制出了主煤流膠帶運(yùn)輸?shù)孛婕锌刂葡到y(tǒng)、KJ2002型帶式輸送機(jī)微機(jī)控制裝置、大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)和下運(yùn)帶式輸送機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行了BXWⅡ-120／115礦用隔爆兼本安型微機(jī)控制箱為核心的電控系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用以及基于ControlNet現(xiàn)場總線技術(shù)在煤礦井下帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，選用四象限變頻調(diào)速裝置改造了下運(yùn)帶式輸送機(jī)，并選用S7-200CPU226可編程控制器對原有帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造和對采區(qū)下運(yùn)式帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)改造。實(shí)際運(yùn)行情況表明，礦區(qū)應(yīng)用的各種帶式輸送機(jī)控制新技術(shù)不僅在內(nèi)容上有所創(chuàng)新，而且具有很強(qiáng)的實(shí)用性，對于我國的帶式輸送機(jī)控制技術(shù)研究起到了很好的參考作用。

［1］張辛紅，尹建國，孟新平.對帶式運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與保護(hù)設(shè)計(jì)安裝要求探討［J］.煤礦現(xiàn)代化，2008，17（6）：70-71.

［2］解冬慧，白 云.BXWII控制系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2006，15（z1）：118-119.

［3］郭振濤，袁向科，陳進(jìn)寶，曹 劍.ControlNet在煤礦井下膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，2006，24（B6）：79-80.

［4］萬 鵬，古 鋒，孫國強(qiáng).淺談東灘煤礦一采區(qū)下運(yùn)式膠帶機(jī)電控系統(tǒng)PLC改造及應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2008，17（6）：85-86.

［5］黃春雷，盧孟學(xué).多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)控制方案的比較分析［J］.煤礦現(xiàn)代化，2006，15（z1）：125-126.

［6］解冬慧，白 云.大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)電控設(shè)計(jì)淺析［J］.礦山機(jī)械，2006，34（9）：92-93.

［7］費(fèi)云河，岳洪濤，楊樹明.四象限變頻調(diào)速裝置在下運(yùn)膠帶機(jī)的應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2006，15（z1）：101-102.

［8］李翠蘭，李遠(yuǎn)清，杜香蓮，蘇 鵬.PLC在煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)輸控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2004，25（8）：95-96.