變頻調(diào)速在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用研究

摘要：煤炭輸送是煤礦工業(yè)的重要環(huán)節(jié)，而煤炭輸送中使用最多的是帶式輸送機(jī)。本文從帶式輸送機(jī)的作用、使用環(huán)境進(jìn)行了分析，提出了帶式運(yùn)輸機(jī)在使用中常見的故障和應(yīng)對措施。機(jī)電一體化技術(shù)整合了計(jì)算機(jī)、電氣、機(jī)械、微電子等先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用到帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，可以有效提高煤炭輸送效率，節(jié)約了企業(yè)生產(chǎn)支出，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了危險(xiǎn)的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速;煤炭運(yùn)輸;輸送機(jī);效率

中圖分類號：TD633??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????? 文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00

0引言

煤炭輸送線在煤炭工業(yè)中起著非常重要的作用，煤炭輸送如果停滯，不僅影響到煤礦的正常運(yùn)行，而且影響到采煤量和經(jīng)濟(jì)效益。一些低端、落后的控制機(jī)械無法滿足生產(chǎn)的需要，如輸送帶控制系統(tǒng)，使用的是繼電器-接觸器控制逐漸被淘汰。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，如應(yīng)用到礦井提升系統(tǒng)、采掘工程、支護(hù)設(shè)備等。變頻調(diào)速是控制系統(tǒng)中使用較多的控制方式，與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制相比，PLC控制比較穩(wěn)定，可靠性高。傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是開環(huán)控制，而PLC具有PID閉環(huán)控制功能。因此，機(jī)電一體化應(yīng)用到帶式輸送機(jī)非常有必要^[1]。

1 PLC功能簡介

PLC也稱為可編程控制器，是為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)、研發(fā)的數(shù)字控制系統(tǒng)，存儲器里的程序是可修改，移植性很高。

由圖1可知，PLC由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和編程器五部分組成。由于PLC具有各種等級的I/O口，所以直接和開關(guān)、接觸器、電磁閥和指示燈相連。高端PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，各模塊之間獨(dú)立存在，體現(xiàn)了PLC組成的靈活性。輸入信號和驅(qū)動(dòng)單元直接和PLC相連，通過內(nèi)部程序設(shè)計(jì)來完成控制?？傊?，PLC是在繼電器-接觸器控制的基礎(chǔ)上演變而來，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，通用型強(qiáng)、操作簡單、用戶使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

2 PLC和變頻器組合

選用的西門子S7-300系列PLC和西門子M440變頻器，其中S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布式配置，優(yōu)點(diǎn)是：電磁兼容性強(qiáng)、抗震動(dòng)沖擊性能好，最主要是性價(jià)比高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。變頻調(diào)速系統(tǒng)簡圖見圖2，變頻系統(tǒng)控制框圖見圖3。

從圖2和圖3中看出，總控制臺是整個(gè)控制系統(tǒng)的控制樞紐，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行環(huán)節(jié)和步驟，通過組態(tài)制作各種柱狀圖，數(shù)字和動(dòng)態(tài)同步顯示，閉環(huán)在線監(jiān)控輸送機(jī)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的?？偪刂婆_還可以發(fā)布命令，通過PLC到達(dá)控制終端，接收反饋的數(shù)據(jù)，PLC將反饋數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)比較，采用PID在線補(bǔ)償?shù)男问郊m偏。

變頻器速度調(diào)節(jié)如下：（1）將PLC模擬量輸出模塊通過電纜連接至變頻器的頻率給定端子，將變頻器頻率信號源設(shè)定為外部4～20mA，通過模擬量輸出模塊的4～20mA對應(yīng)0～50HZ。（2）變頻器頻率給定還可以以數(shù)字量脈沖的方式給定，即按一次按鈕向變頻器給定一個(gè)脈沖，頻率相應(yīng)的增加和減少，前提是在變頻器中設(shè)置好每次脈沖頻率增減的幅度和信號源^[2]。

3變頻調(diào)速應(yīng)用到輸送帶控制中

一個(gè)新控制系統(tǒng)替換原有控制系統(tǒng)，必須經(jīng)過詳細(xì)的論證，理論上可行，再付諸實(shí)踐。

（1）傳統(tǒng)輸送機(jī)使用中，空載功率消耗較大，為總功率的30%左右。不宜長距離輸送，易發(fā)生跳鏈、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、減速器過熱、滿載時(shí)不能傳送力矩等問題。機(jī)械裝置應(yīng)定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理;電氣部分通過傳感器反饋，PLC處理來完善電動(dòng)機(jī)發(fā)熱等問題。

（2）變頻控制系統(tǒng)。PLC和變頻器控制系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制。該系統(tǒng)集成度高，人機(jī)界面采用組態(tài)顯示，能很好的將輸送機(jī)各環(huán)節(jié)的參數(shù)和數(shù)據(jù)顯示在界面上，一旦出現(xiàn)異常，操作者可以馬上處理，甚至關(guān)停設(shè)備。PLC有專用的存儲器存放數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，得出輸送機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。變頻調(diào)速系統(tǒng)采用傳感器實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，PLC將反饋的數(shù)據(jù)和設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，如有偏差及時(shí)糾偏，保證輸送機(jī)的平順性。該控制系統(tǒng)加減速時(shí)間通過設(shè)定變頻器的參數(shù)即可，如果檢測到皮帶上沒有物體，變頻器的頻率降低使皮帶速度降低，減少電機(jī)的無功功率。

4結(jié)語

基于輸送機(jī)的PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)是最優(yōu)化選擇之一。該方案很好的提升了輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使控制系統(tǒng)更加完善。通過研究和論證，該方案是切實(shí)可行的，改進(jìn)后的變頻調(diào)速系統(tǒng)操作簡單、運(yùn)行可靠，把輸送機(jī)單一的開環(huán)控制系統(tǒng)升級為多回路閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)^[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫啟嘉.多PLC變頻調(diào)速和低頻制動(dòng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（6）：174-175.

[2]李劍峰.PLC及變頻控制在煤礦立井提升機(jī)中的研究應(yīng)用[J].變頻器世界，2017（1）：69-73+76.

[3] 張全.礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)對供電質(zhì)量的控制策略[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（11）：151-152.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：杜佳琳（1980—），女，黑龍江哈爾濱人，本科，助理工程師，主要從事煤礦安全相關(guān)工作。

Research on the Application of Frequency Control in Belt Conveyor

DU Jia-lin

（State Key Laboratory of Coal Mine Safety Technology， China Coal Technology & Engineering Group Shenyang Research Institute， Fushun? Liaoning? 113122）

Abstract： Coal transportation is an important part of coal industry， and the belt conveyor is the most used in coal transportation. This paper analyzes the function and using environment of the belt conveyor， and puts forward the common faults and Countermeasures of the belt conveyor in use. Mechatronics technology integrates computer， electrical， mechanical， microelectronics and other advanced technologies， which can effectively improve the efficiency of coal transportation， save the production expenditure of enterprises， reduce the labor intensity of workers， and reduce the occurrence of risks when applied to the belt conveyor system.

Key words： frequency control; coal transportation; conveyor; efficiency