1、引言
據(jù)不完全統(tǒng)計，我國大部分地區(qū)傾角在280以上煤層的可采儲量達(dá)10億I，而帶式輸送機(jī)的傾角大部分在18°一28°之間，因此，研究280以上大傾角
帶式輸送機(jī)，既可節(jié)省基建投資，又可加快施工進(jìn)度，具有很大的市場效益。其中電控系統(tǒng)是重點研究對象，其硬件選擇需遵循啟動時間短、反應(yīng)速度快的原則，并具有自診斷恢復(fù)和易于維護(hù)的特點，軟件可做到各個部分協(xié)調(diào)工作、邏輯清楚、系統(tǒng)全面。
2、方案確定
本文按阜新海州立井煤礦技術(shù)參數(shù)與要求，重點研究大傾角帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的主要特點。
(1)主要技術(shù)參數(shù)
輸送物料 原煤
輸送能力 450t/h
輸送傾角 +35°
主電機(jī)功率 2x560kW
(2)速度實驗
帶式輸送機(jī)運行的可靠性及穩(wěn)定性受帶速、原煤的含水率、顆粒度及輸送量影響較大。傾角在+350情況下，若輸送機(jī)運行的速度過快，會造成大量的煤塊滾落；若過慢，又會影響出煤效率，故在正式運行前，主要通過試驗確定運行速度。帶速分別按2m/s、2.5m/s、3.15m/s進(jìn)行帶載運行試驗，觀察是否出現(xiàn)滾料或煤相對于輸送帶下滑等現(xiàn)象；進(jìn)行帶載啟動試驗(a=0.3m/s2)，觀察是否出現(xiàn)滾料或煤相對于輸送帶下滑等現(xiàn)象；進(jìn)行帶載停車試驗（口= -0.3m/s2），觀察是否出現(xiàn)滾料或煤相對于輸送帶下滑等現(xiàn)象。
爬坡實驗中發(fā)現(xiàn)，在帶速≤2. 5m/s、加速度≤0.3m/s2時，帶速輸送機(jī)在各種工況（滿載運行、滿載停車及啟動）下運行相對比較平穩(wěn)，雖然表面有煤塊滾動現(xiàn)象發(fā)生，但不嚴(yán)重；當(dāng)帶速為3.15 m/s時，表面煤塊滾動現(xiàn)象加劇，帶速輸送機(jī)運行情況較差。另外當(dāng)輸送量很小以及煤塊較多時，帶速輸送機(jī)無法正常輸送物料。通過實驗，帶速應(yīng)控制在2.5m/s以內(nèi)比較合適。
(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
電控系統(tǒng)主要包括高壓開關(guān)柜、控制柜、變頻器等。其中重點探索了以下三個方面。
1)減少輸送帶動張力。對于大傾角帶式輸送機(jī)來說，如何減少輸送帶的動張力，是輸送機(jī)設(shè)計者必須考慮的首要問題。減小啟、制動時的最大加速度，使啟動加速度的斜率控制在一個合理的范圍內(nèi)，可以減少輸送帶的動張力。輸送傾角越大，帶速輸送機(jī)啟動時的加速度對物料輸送的穩(wěn)定性影響越大。對于滿載的大傾角帶式輸送機(jī)，過大的加速度會引起物料下滑或滾動，減小啟、制動時的最大加速度顯得更為重要。在大型帶式輸送機(jī)中，速度斜率如果在啟動初期加入一段延遲段，約3～8 s（依輸送機(jī)長度定），能進(jìn)一步改善啟動的瞬間峰值張力（見圖1），在延遲期內(nèi)，可以給原來松弛的輸送帶及時拉緊留下余地，在加速度增大、力矩增大之前，使所有的帶式輸送機(jī)元部件在很低的力矩和速度下進(jìn)入運轉(zhuǎn)狀態(tài)，削弱過大的張力。為此，要求軟啟動裝置具有以下的速度曲線和特點。
a．確保啟動的平穩(wěn)性；
b．可以實現(xiàn)滿載啟動，并且滿載起動時物料不會下滑；
c．減少啟動時輸送帶的動張力，這就降低了輸送帶的安全系數(shù)，也降低了對輸送機(jī)元部件機(jī)械強(qiáng)度的要求；
d．減少對電網(wǎng)電流與電壓的沖擊，保護(hù)整個供電系統(tǒng)和井下其他設(shè)備的安全；
e．降低了整臺帶式輸送機(jī)的費用，
f.制動時可防止發(fā)生滾料現(xiàn)象。
2)控制柜的組成。控制柜提供主電機(jī)風(fēng)機(jī)、制動油泵電機(jī)、主機(jī)、潤滑泵、灑水、信號、急停的按鈕和控制方式、速度選擇的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，還有各種沿停、跑偏、縱撕、斷帶、煙霧、堆煤、超溫、打滑等故障指示燈與風(fēng)機(jī)、主機(jī)、制動泵、潤滑泵等的運行指示燈，以及警報用的蜂鳴器。控制柜的核心部件PLC采用ABB的AC800M系列。
AC800M具有很高的人性化集成，集成可配置為冗余的兩個以太網(wǎng)接口，既節(jié)省通訊模塊又增加系統(tǒng)的可靠性；集成的Modulebus光纖通訊端口，不但可以擴(kuò)展S800 110 cluster．還可以連接ABB標(biāo)準(zhǔn)傳動；配備的兩個RS - 232C端口，可供CPU與編程／調(diào)試工具以及第三方系統(tǒng)和設(shè)備之間進(jìn)行點對點通訊。AC800M支持無硬件組態(tài)；支持熱啟動保持、冷啟動保持，避免下載程序引起的系統(tǒng)停機(jī)和參數(shù)丟失；采用標(biāo)準(zhǔn)的OPC通訊接口，兼容任何可以支持OPC協(xié)議的第三方軟件，并用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)作為通訊介質(zhì)。AC800M支持診斷／事故追憶功能，可提前避免通訊故障發(fā)生。
3)變頻器選擇。經(jīng)過大量調(diào)研，最終決定采用ABB公司的ACS800系列共用直流母線多傳動變頻器。由于皮帶傾角較大，啟動和停車都比較困難，ACS800變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)和磁通穩(wěn)定相結(jié)合的方法，具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和低頻時具有的較高轉(zhuǎn)矩，可以實現(xiàn)帶式輸送系統(tǒng)的平滑啟動和精確控制，提高帶式輸送系統(tǒng)的動態(tài)性能和運行效率：ACS800的主要性能特點為：
a．電源斷電時將利用旋轉(zhuǎn)著的電機(jī)動能繼續(xù)運行；
b．能提供可控且平穩(wěn)的最大啟動轉(zhuǎn)矩，最大啟動轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
c．能在幾毫秒內(nèi)測出電機(jī)的狀態(tài)，任何條件下0. 48 s內(nèi)迅速啟動；
d．動態(tài)轉(zhuǎn)速誤差開環(huán)應(yīng)用時為0.4#，閉環(huán)應(yīng)用時為0.l%；
e．動態(tài)轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)時間開、閉環(huán)應(yīng)用時能達(dá)1～5ms。
考慮了電機(jī)的參數(shù)與工況需要，在實際運行過程中使用ACS800變頻器將啟動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為120%，既擴(kuò)大過載的承受能力，又提高工作效率。按照啟動曲線編程，設(shè)定啟動時間，控制電機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩在合理的范圍內(nèi)，在特殊情況下，可以在線實時修改變頻器的參數(shù)而改變電機(jī)運行模式。為實現(xiàn)合理分配，采用主、從控制技術(shù)來實現(xiàn)兩套驅(qū)動裝置之間的速度同步和力矩平衡，主、從控制分為從機(jī)速度控制和從機(jī)力矩控制。從機(jī)力矩控制適用于剛性連接，從機(jī)的力矩給定來自于主機(jī)的力矩輸出；從機(jī)速度控制適用于柔性連接，從機(jī)的速度給定來自于主機(jī)的速度輸出，可使負(fù)載在電機(jī)之間均衡分配，以保證各電機(jī)出力均衡和速度同步。
4)編制符合現(xiàn)場流程的軟件。根據(jù)AC800M的編程環(huán)境與要求，遵循帶式輸送機(jī)的控制規(guī)律，調(diào)試符合現(xiàn)場流程的軟件。以控制柜的操作面板為例，簡述操作流程。系統(tǒng)工作方式分為三種：集控、手動、檢修。集控時無需人工操作，完全由PLC控制自動運行，監(jiān)測各設(shè)備及保護(hù)傳感器的運行情況，并進(jìn)行簡單的故障處理；手動時主要用于設(shè)備調(diào)試階段，當(dāng)控制核心發(fā)生故障時，也可作為臨時生產(chǎn)的應(yīng)急措施；當(dāng)輸送機(jī)的外部傳感器發(fā)生非主要保護(hù)故障時，先將保護(hù)旁路，繼續(xù)開車，此時可邊檢修邊運行，最大限度滿足生產(chǎn)。為了安全起見，如果變頻器在運行，應(yīng)先轉(zhuǎn)為低速再進(jìn)行檢修。
手動方式操作時，需確認(rèn)工作人員是否到位，在沒有故障信號的情況下，將高壓開關(guān)柜合閘，依次啟動變頻器風(fēng)機(jī)、主電機(jī)風(fēng)機(jī)、潤滑油泵電機(jī)、制動油泵電機(jī)后，收到變頻器使能信號再啟動變頻器，進(jìn)入運行狀態(tài)。在運行中可以調(diào)整低速、中速、全速開關(guān)，也可在運行之前設(shè)定速度再啟動。
3、系統(tǒng)特點
(1)可控軟啟動技術(shù)
大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計中，軟啟動技術(shù)已成為確保正常工作的標(biāo)志。即在～定的啟動時間內(nèi)，通過控制啟動加速度值來確保帶式輸送機(jī)按所要求的速度曲線平穩(wěn)啟動，并達(dá)到額定的運行速度，同時使電動機(jī)的啟動電流和輸送帶的啟動動張力控制在允許范圍內(nèi)。本項目通過對ABB公司AC800M-PLC的合理控制，使ACS800-變頻器帶動電機(jī)按照圖l的速度曲線啟動，實現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的軟啟動。
(2)人機(jī)通訊
在工作室內(nèi)配備了研華工控機(jī)，裝有WinCC組態(tài)軟件，靠OPC Server聯(lián)結(jié)AC800M。操作人員通過工控機(jī)，可在線讀出PLC內(nèi)的程序以及全部參數(shù)，進(jìn)行實時修改，如有故障報警，可及時處理。ACS800變頻器提供良好的控制盤，既可嵌入在柜體表面，又可提供3m長的聯(lián)接電纜。在控制盤上有四種不同的鍵盤模式：實際信號和故障記錄顯示模式、參數(shù)模式、功能模式和傳動選擇模式。實際信號顯示模式中可以同時監(jiān)視三個實際信號，諸如頻率、轉(zhuǎn)速、電流和流量等信號。人機(jī)界面見于圖2。
(3)軟件編程
操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)PLC的程序并下載到CPU中，邊調(diào)試邊運行，也可以在無硬件條件下，通過軟件模擬調(diào)節(jié)程序，支持無硬件仿真。由于PLC具有以太網(wǎng)接口，操作人員可通過設(shè)定的IP地址通過以太網(wǎng)與PLC連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試。
4、結(jié)語
本系統(tǒng)現(xiàn)已投入運行，輸送帶能進(jìn)行上運35。傾角的原煤輸送，在輕載、半載及滿載裝料時，無論在起動過程、運行階段，還是制動過程及靜止?fàn)顟B(tài)，都能使物料在輸送帶上保持穩(wěn)態(tài)，尚未出現(xiàn)物料下滑和滾料現(xiàn)象。
該機(jī)的研制成功，拓展了大傾角帶式輸送機(jī)的最大輸送角度，增大了大傾角帶式輸送機(jī)的使用范圍，為煤礦主斜井運輸系統(tǒng)箕斗提升改為大傾角上運帶式輸送機(jī)提升提供了可靠的技術(shù)保障，具有顯著的社會效益及推廣價值。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機(jī)
2、
螺旋輸送機(jī)
