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1、PLC 与变频器在井下带式输送机集控系统的应用研究 董永 山西焦煤西山煤电官地矿运输区皮带二队 摘 要： 在生产煤炭的过程当中, 因为煤炭的开采具有不均衡的特性, 这使得井下带式的输送机会不定时的处于空载乃至轻载的工作状态, 这将会大量的浪费电能。基于该原因, 官地矿提出了一种基于 PLC 和变频器的井下带式输送机集控系统, 这种系统可以实现带式输送机的智能调速。关键词： PLC 与变频器; 井下带式输送机; 集控系统; 作者简介：董永 (1988-) , 男, 河北泊头市人。2011 年毕业于中北大学信息商务学院, 电气工程及其自动化专业, 本科, 学士学位, 助理工程师。研究方向, 机电。
2、收稿日期：2017-4-26Research on Application of PLC and Frequency Converter in Underground Belt ConveyorDong Yong Shanxi coking coal xishan coal and electricity officer geological mining area transportation belt the second team; Abstract： In the process of producing coal, because the coal mining has unbala
3、nced characteristics, which makes the underground belt conveyor opportunities from time to time in the no-load and even light load of the working state, which will be a lot of waste of energy.For this reason, Yanzi Mine proposed a PLC and inverter based on the underground belt conveyor centralized c
4、ontrol system, this system can achieve the belt conveyor intelligent speed.Keyword： PLC and frequency converter; downhole belt conveyor; centralized control system; Received： 2017-4-26带式传送设备在煤矿数据信息传送中具有重要作用, 也是井下运输系统建设中非常重要的环节。官地矿根据矿井实际情况, 结合现阶段较为成熟的变频控制技术, 对矿井在用的皮带系统进行了变频改造。本文主要对此次改造情况进行介绍。1 关于 PLC
5、 与变频器在井下带式输送机集控系统的基础传统矿井带式输送机启动方式通常为直接启动, 电机通过减速机驱动皮带滚筒, 带动皮带运转。这种启动方式有如下弊端:电机直接启动, 电机启动电流大, 约为额定电流的 47 倍。启动过程会造成井下电网的电压波动, 间接损害电气设备的绝缘;电机直接启动, 电机转速没有平稳过度环节, 会对对减速器与转轴产生较大的冲击, 这肯定会使机械设备的磨损程度更加的严重;井下煤矿运输过程中皮带经常处于空载或轻载工况, 而电机本身通常会有 10%15%的余量, 这就造成带式输送机经常处于“大马拉小车”的工况, 对电能造成浪费, 提高了生产成本。针对以上情况, 官地矿机电人员经过
6、详细的研究和讨论, 对原有系统进行优化, 最终成功研制并试运了基于 PLC 和变频器的井下带式输送机的集控系统。该套控制系统通过压力传感原件将皮带负载情况反馈给上位机, 同时利用电流互感器检测电机电流, 再通过电流传感器将电流信号转化为 PLC 可读的 420m A 信号, 通过皮带压力和电流变化, 判断皮带实际工况, 并且以 S7-300H 为核心控制器的集控系统, 利用 PLC 控制变频器, 实现输送机的软启动和软停车, 同时, 在皮带输送中实时改变变频器输出频率。2 集控系统的总体设计和硬件设计2.1 系统的总体设计PLC 是此套控制系统的处理器, 也是中心环节。PLC 通过各类检测原件
7、输入的420m A 信号, 通过内部编程, 反馈 420m A 信号或 010V 信号控制变频器 (我矿井使用的 420m A 信号) , 系统的总体构成框图如图 1 所示:图 1 系统总体构成框图 下载原图由图 1 可知, 改造后的系统主要包含信号采集和信号处理 2 个环节, 信号采集主要是采集现场的模拟量、开关量信号, 包括电机电流、皮带压力、同时皮带的跑偏、超速、纵撕等保护也可以通过开关量信号传输到采集系统。信号处理环节主要是 PLC 监测出电机的转速等信号以及光电编码器传来的脉冲信号为依据, 然后 PLC 再通过 PID 调节, 就能得出这种输送机能够承受的负载量, PLC再发出控制变
8、频器的信息, 调整输出功率以负载的变化为依据, 这就可以达到变频和调速的目标。2.2 系统的硬件设计在该系统的硬件设计中, 可采取全分布式结构加以操作控制, 其主要构成因素包括操作台、地表控制区、传感器以及监控站。地表控制区内设置地控中心, 采用光纤对中心控制的上机位与井下监控站进行连接, 并传输信息数据。而井下各个监控分站之间则采用开放结构网络连接。传感器与监控站间的连接为有限网络。井下监控站除采集数据外还可控制该系统覆盖范围内的所有设备。该系统的设计应保证其具备防潮防尘、抗干扰、免维护、易拓展等特点。同时采用 PLC 模块对数据进行传输, 并以矿井的需求随时进行调整。如此一来, 该系统内的
9、控制、监测、监控以及地表控制共同构成了完整的监控系统。地面控制点大多由人机操作控制, 结合工业视频监控监和控制测输送机及相关设备, 矿井中的情况传输到地面控制点监视器中具有实时性特点, 还可对视频进行备份, 以便日后应用。视频监控系统是由电源 (不间断) 、计算机、监视器等部分组成, 在操作界面可显示信号, 也可把检测到的信息转化为文字或图像的形式, 同时还可对 PLC 内部进行简单控制。人机操作界面由主计算机和次计算机组成双设备状态, 保证人机操作的稳定性, 降低监测数据丢失事件的发生率。其与地面监控中心之间通过网络总线连接, 实时采集井下数据并传输, 保证监控中心工作人员了解井下情况, 同
10、时网络总线连接还可避免传输机故障造成的数据传输中断情况。2.3 变频器设计变频器结构如图 2 所示。变频器在集控系统中担负着整流以及逆变工频电源的作用, 对其进行转化, 使其成为能够调频应用的交流电。在实际应用中, 变频器可以为“交流电-直流电-交流电”变频器以及“交流电-交流电”变频器 2 种结构形式, 其中“交-交”变频器能够直接将工频电源转变为可调频的交流电, 而“交-直-交”变频器则需要 2 个步骤, 首先通过整流操作将工频电源转化为直流电, 在进行滤波和逆变处理后才能转变为可调频交流电, 这是应用频率较高的方式。我矿此次改造采用的变频器是 ABB 公司生产的 ACS 型变频器, 该类
11、变频器有很好的谐波抑制作用, 同时该类变频器采用 DTC 技术 (直接转矩控制) 。直接转矩控制是一种最优的交流传动控制方式, 该种控制方式可以对电机重要变量进行控制。以我矿 1 台 270k W 电机为例, ACS 系列变频器对电机参数进行了如下设置, 可以设定电机在不同工况下的转速, 分别对应 300r/min、600r/min、1491r/min。图 2 变频器结构图 下载原图表 1 变频器参数设置 下载原表 3 集控系统的功能特点带式的输送机监控系统所使用的通讯采用 Profibus 总线形式, 多台 PLC 控制分站和主机之间通过总线链接。为了建造一个完善全面的监控系统, 必须完成对
12、输送机煤机全部工作流程的监控。程序开始, 对 PLC、变频器进行初始化, 调用子程序, 对 PLC 模块 SM331 进行检测, 当检测模块正常后, 模块对现场传输的模拟量信号进行判断, 通过 PID 计算, 实现变频器的调速控制。具体 PID 控制图如图 3 所示。为了实现对运行参数与设备状态的集中控制和实时监控, 并且还要显现出数据总体变化的曲线, 制造出历史级别的数据图表, 这些曲线图表是要对重要的信息进行定期定量的存储, 以备不时之需。图 3 PID 控制图 下载原图4 结语以上基于 PLC 与变频技术的带式输送机集控技术, 可以很好的解决传统带式输送机的控制方式的弊端, 很好的节约生产成本。只有降低损耗, 节能环保, 才能创造出一条实现现代化的新途径, 这在事实上来说的话也是最明智的选择。如果在大多数的煤矿井下使用变频的调速装置的话, 这种环保节能的效果将是非常乐观的。参考文献1权嗣威.变频技术在井下皮带运输系统中的应用J.机械管理开发, 2013 (3) . 2于丹丹.PLC 在井下带式输送机监控系统中的应用J.煤矿安全, 2010 (8) . 3蒋云, 陈敏.基于 PLC 与变频器的井下带式输送机集控系统设计研究J.煤矿机械, 2014 (12) .
