趙星杰

(中煤科工集團(tuán) 儲(chǔ)裝系統(tǒng)自動(dòng)化研究院，北京 100013)

煤礦用膠帶輸送機(jī)是煤礦井下和地面進(jìn)行煤炭運(yùn)輸不可或缺的一部分。其工作原理為：通過電機(jī)和減速器來帶動(dòng)膠帶滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，膠帶受到張緊裝置的作用，緊緊貼合于滾筒表面，膠帶與滾筒間產(chǎn)生足夠的壓力和靜摩擦力，由此靜摩擦力完成滾筒對膠帶的同步傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)對塊狀和粉末狀煤炭的輸送功能。

然而在日常生產(chǎn)活動(dòng)中，膠帶輸送機(jī)潛在的事故隱患較多，若不能及時(shí)排查和處理，將可能造成火災(zāi)、堆煤、膠帶側(cè)翻、輸送機(jī)損壞以及人員傷亡等嚴(yán)重生產(chǎn)事故。因此通常對膠帶輸送機(jī)設(shè)有各種報(bào)警保護(hù)措施，如：拉繩、煙霧、堵煤、縱撕、跑偏、欠速等警報(bào)傳感器，一旦這些報(bào)警傳感器動(dòng)作，則發(fā)出信號(hào)對操作人員進(jìn)行警報(bào)提醒，同時(shí)可自動(dòng)停止膠帶輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，防止造成更大的事故和損失。當(dāng)膠帶出現(xiàn)打滑等情況時(shí)，可能會(huì)在物料帶動(dòng)的情況下低速運(yùn)轉(zhuǎn)甚至倒轉(zhuǎn)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致物料反向堆積的情況甚至膠帶摩擦發(fā)熱產(chǎn)生火苗，引發(fā)火災(zāi)。

1 原有膠帶防欠速保護(hù)的缺陷

以往的情況下，膠帶的防欠速保護(hù)是由于膠帶一旦運(yùn)行起來，都是定速運(yùn)行，此時(shí)只要在膠帶運(yùn)行穩(wěn)定后(即膠帶啟動(dòng)后，增加3 s延時(shí))將膠帶防欠速保護(hù)傳感器投用到程序中，即可對膠帶速度進(jìn)行監(jiān)測。此時(shí)，只需計(jì)算好膠帶的額定運(yùn)行速度，然后將防欠速保護(hù)傳感器自身對應(yīng)膠帶的額定運(yùn)行速度來設(shè)定其額定報(bào)警轉(zhuǎn)速，當(dāng)欠速保護(hù)傳感器的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于其設(shè)定的額定報(bào)警速度的時(shí)候，其內(nèi)部的常閉點(diǎn)斷開，到PLC控制器的欠速報(bào)警信號(hào)數(shù)字量中斷，此時(shí)認(rèn)為膠帶出現(xiàn)欠速故障，需要停車檢查打滑情況和原因。但此防欠速保護(hù)的方案若直接套用于對變頻器控制膠帶的防欠速保護(hù)方案中，當(dāng)膠帶在重載低速啟動(dòng)時(shí)，或者干脆由于輸煤量較小，根本不打算使膠帶電機(jī)達(dá)到滿頻率(50 Hz)運(yùn)行時(shí)，假如按照傳統(tǒng)的欠速保護(hù)傳感器的話，由于膠帶總工作在被認(rèn)為是低于其額定轉(zhuǎn)速的情況，因此該傳感器會(huì)發(fā)生持續(xù)報(bào)警，導(dǎo)致膠帶剛剛完成啟動(dòng)就會(huì)因防欠速保護(hù)警報(bào)而停車，無法正常投入到生產(chǎn)工作當(dāng)中去。

2 改進(jìn)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

通過對原有預(yù)設(shè)固定數(shù)值進(jìn)行防欠速保護(hù)的方案缺陷，此處采用對膠帶實(shí)際帶速進(jìn)行精確測量并與預(yù)設(shè)膠帶帶速對比的方式，判斷膠帶是否處于打滑狀態(tài)。

2.2 技術(shù)方案

通過采用膠帶測速傳感器進(jìn)行模擬量監(jiān)控的手段，對膠帶速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤測量，并且通過PLC控制器內(nèi)部程序進(jìn)行計(jì)算，將在膠帶低速以及變速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的預(yù)設(shè)膠帶速度與真實(shí)膠帶速度進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)不同工況下的膠帶防欠速保護(hù)。方案中所需硬件包含膠帶測速傳感器、控制電纜、PLC控制器模擬量輸入模塊。

2.3 工作原理

由于該變頻器控制膠帶在工作狀態(tài)下，PLC控制器對變頻器的模擬量信號(hào)輸出4～20 mA電流信號(hào)對應(yīng)與工程量0～50 Hz的設(shè)定頻率成正比，由膠帶輸送機(jī)設(shè)備參數(shù)同時(shí)可得到，工程量0～50 Hz的設(shè)定頻率與0～4 m/s的膠帶預(yù)設(shè)運(yùn)行速度成正比，因此，可以得到此處選用模擬量電流輸出信號(hào)4～20 mA與0～4 m/s的膠帶成正比。另一方面，膠帶測速傳感器采集到的真實(shí)膠帶帶速，轉(zhuǎn)化為4～20 mA電流信號(hào)傳輸?shù)絇LC模擬量輸入模塊中，在膠帶未出現(xiàn)打滑狀態(tài)且不考慮誤差的情況下，反映膠帶真實(shí)帶速反饋信號(hào)的4～20 mA電流值應(yīng)與PLC發(fā)送給變頻器的模擬量信號(hào)輸出4～20 mA電流值在理論上相等。由于在實(shí)際生產(chǎn)中，直接使用數(shù)據(jù)為工程量而非電流值，進(jìn)一步推出，膠帶真實(shí)帶速反饋信號(hào)的4～20 mA電流值正比對應(yīng)與變頻器頻率給定0～50 Hz的工程量，得到膠帶反饋的轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率比例系數(shù)為3.125。由于此時(shí)已直接將膠帶速度值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率比例的值，因此可以直接在程序中將該反饋頻率的數(shù)值與PLC輸出的頻率數(shù)值作對比，如果反饋回來的頻率值明顯低于變頻器輸出的頻率值，即認(rèn)為是膠帶確實(shí)出現(xiàn)欠速故障。此時(shí)考慮到膠帶電機(jī)為三相異步電機(jī)，與同步轉(zhuǎn)速差大約4%，因此將膠帶欠速保護(hù)裝置反饋的比例頻率值乘系數(shù)0.96，然后與變頻器輸出的頻率作對比，這樣就穩(wěn)定地解決了膠帶在不同頻率下工作的過程中，確定何時(shí)為真實(shí)出現(xiàn)欠速故障的情況，且不存在類似傳統(tǒng)膠帶在膠帶剛啟動(dòng)的過程中欠速保護(hù)信號(hào)會(huì)有一段時(shí)間誤報(bào)警需要延時(shí)投用的情況。膠帶欠速保護(hù)程序設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 膠帶欠速保護(hù)程序

2.4 設(shè)備調(diào)試

首先，將該防欠速保護(hù)裝置功能編入程序，但僅提供警報(bào)而不加入對膠帶進(jìn)行停車的功能，空載啟動(dòng)運(yùn)行膠帶，觀察膠帶在不同控制頻率的工作狀態(tài)下，是否會(huì)誤觸發(fā)欠速警報(bào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對。經(jīng)測試完善，無誤動(dòng)作，投用該程序。

由于工業(yè)現(xiàn)場的模擬量電流信號(hào)通過控制電纜傳輸，不可避免地存在阻值誤差以及電磁干擾等現(xiàn)象，導(dǎo)致參數(shù)略有變化，經(jīng)過反復(fù)現(xiàn)場試驗(yàn)對比和參數(shù)細(xì)微調(diào)整，最終獲得最優(yōu)參數(shù)。

2.5 實(shí)施效果

本套防欠速保護(hù)裝置投用于陜西省寶雞市郭家河煤礦井上膠帶輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了精確判斷變頻控制膠帶在各種運(yùn)行狀態(tài)下的打滑現(xiàn)象，該防護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了對變頻膠帶控制的防欠速防護(hù)目的。

3 結(jié) 語

本套防欠速保護(hù)裝置改變了傳統(tǒng)防欠速保護(hù)控制思路，利用動(dòng)態(tài)情況下的實(shí)施膠帶帶速數(shù)據(jù)對比與計(jì)算，良好地實(shí)現(xiàn)了在變頻控制膠帶穩(wěn)定低速運(yùn)行和動(dòng)態(tài)提升膠帶帶速過程中，精準(zhǔn)判斷膠帶是否出現(xiàn)欠速故障，且膠帶運(yùn)行過程中未出現(xiàn)誤警報(bào)動(dòng)作停車，保障了現(xiàn)場生產(chǎn)。