1、1井下皮带运输机智能控制系统摘要：本文首先介绍了皮带运输机的智能控制系统的硬件组成，然后皮带运输机智能控制系统控制方案。 关键词：皮带运输机，智能控制系统，PLC（可编程序控制器） ，模块。 中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号： 根据皮带机运输系统的具体情况，研究人员研制出井下皮带运输机智能控制系统。此系统可根据负载量的大小调节电动机的加速和减速，这样可以保护皮带减少磨损。如果煤量频繁变化的话，该系统就正好派上用场。既可以节约电能，又可以降低设备损耗，又能延长寿命。 1 皮带运输机的智能控制系统的硬件组成 控制装置，变频器和执行电动机共同构成了皮带运输机智能控制系统。可编程序控制
2、器 PLC 和 D/A 的转换模块组成了控制装置。隔爆壳主腔，隔爆接线腔，本安控制腔，变频调速控制系统，程序参数控制器共同构成了变频器。各驱动皮带机变频器的电流反馈信号提供了一些负载电流信号。 煤矿井下皮带运输机系统一般有双滚动驱动和多滚动驱动两种。一台电动机拖动一个单一的驱动滚筒。控制器 PLC 的功能很多，大体上有平衡功率的功能，给定起动信号的功能，控制速度，采集数据，以及与其他控制器通信的功能。变频器的功能有，故障反馈及诊断功能，反馈2运行状态，反馈电流，矢量控制无速度传感器，控制加减速时间，任意调节 S 形曲线的功能。除此之外，变频器的功能还有保护过载，漏电，断相，欠压，过压等现象以及
3、选择 PID 控制器和变频转换系统。煤矿井下使用的供电电压与广泛在市场上使用的变频器不同。 目前市场上的变频器多为 IP23 以下，而煤矿井下使用的供电装置的外壳防护等级远远超过市场上的规范为 IP44.。为保证井下施工的绝对安全，所以选择 ZJT 系列的防爆型变频器，它可以隔爆来确保安全。为满足宽范围变频调速和转矩大的需求，要采用无速度传感器矢量控制的方法来调速变频。根据现场的工况需要，来调整控制电动机的频率。为适应频率输出，速度输出和功率输出的需要，要设定好需要的频率和速度值。如果工作现场有变化时，就要修改参数。 2 皮带运输机智能控制系统控制方案 矿用井下皮带机智能控制系统将测量前级和本
4、级皮带的负载情况，然后采集并比较计算负载电流信号。并向变频器输出模拟控制信号,以及预置变频器的基准速度，这样就可以调节电动机的速度，皮带机就可以受智能控制系统的控制以最佳状态运行了。 皮带运输机智能控制系统的工作原理是，首先，要驱动控制本级和前级的皮带运输机的四台交流电动机，这样才能满足电动机的软启动，软停车和恒转矩变频器的调速控制功能。其次控制装置要选用合适的模块，比如 FX2N 系列的 PLC 和 A/D，D/A 模块。A/D 模块可采集本级和前级皮带运输机四台驱动电动机的负债电流信号。经过控制软件计算处理后的控制信号由 D/A 模块输出。变频器的基准速度可进行预置。要以相3应的频率控制变
5、频器，调速并控制皮带运输系统，以便于驱动多电动机，平衡协调多皮带运行的自动功率。采用防爆控制箱的远程控制来控制系统，显示胶带带速，为保证控制器在故障情况下运行采用手动控制的方法。工变频转换系统可确保变频器故障时的停机损失和发生其他故障的安全运行。最后网络通信功能可实现控制系统的远程监测与控制，这样系统就能够高效节能的运行了。 皮带运输机驱动系统的首选目标是软启动，软停车的特性。皮带是用弹性的，负载运行时惯性很大。皮带上的能量随停车速度值与加速度值的变大而变大。为了减小皮带运输机起停时产生的冲击，也为了平稳启动，可匹配 S 形的加减速时间。 采用无速度传感器矢量控制的变频调速装置可确保驱动电动机
6、的输出转矩。无速度传感器的矢量控制就是依照电动机的参数和一些关系式检测控制量的励磁电流和转矩电流。为了达到矢量控制，在励磁电流和转矩电流的指令值相同时，输出转矩。如果在电动机上安装测速装置就可实现磁场的定向矢量控制，但事实上安装测速装置很困难，无速度传感器的控制系统不需要这种检测硬件，不但降低了成本，而且减轻的重量，减少了电动机与控制器的连线。 井下胶带运输机的双滚筒驱动和多滚筒驱动如果同步起停，可保证系统内的同步性能。保证各滚筒间的功率平衡就可以保证系统的运输能力。调整两个变频器的速度就可调整相应的电动机的速度差。电动机电流值可通过调整电动机的速度而趋于平衡。 可编程控制器是一种专门为在工业
7、环境下应用而设计的数字运算操4作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器为了适应工作需要及工业环境，与一般的控制装置相比，具有显著的特点：（1）抗干扰能力强，可靠性高；（2）通用性好，编程方便；（3）配置灵活，扩充方便；（4）功耗低、重量轻、体积小、操作维护方便。根据控制需求，本系统选用西门子 S7-200 系列 PLC 作为中央处理器。在皮带运输
8、机的控制与监控系统中，电动机的启停是由数字量所控制，电机的转速和力矩是由转矩转速传感器测量而得到，PLC 控制系统得到测得的信号然后进行处理，计算出实际值，并将实际值与设定值进行比较，根据实际工作情况，PLC 的输数字模块会输出数字量信号，来控制电动机的启动停止，预报警电路运行也是受 PLC 发出的数字信号控制。在整个控制过程中，主要包括 8 个数字量，分别是电机启停控制信号，自动手动控制切换信号，紧急停止和故障信号指示灯等，除此之外还包括一组模拟量输入信号，将此信号送入 PLC 的模拟量输入模块，再经过 PLC 内部的特殊处理，最后可以计算出皮带运输机转矩的大小。所以根据系统的要求，选用 E
9、M231 模块，它有 4 路模拟量输入接口，即可满足系统的需求。PLC 内部经过PID 运算以后，通过数字量输出模块，输出开关量信号，去控制电机的启停。 电流负载运算模块可以分段处理定子电流，将定子电流的变化范围5分为 5 段。如果检测的分段定子电流比其他分段电子电流大时，就发布加速预警信号，反之，就发布减速预警信号。 3 结语 综上所述，矿用井下皮带运输机智能控制系统不但能实现皮带机的软起动和软停车，还可以变频调速控制皮带机。皮带机运输系统的电能消耗和设备磨损因为这个智能系统而降低了。自然皮带机的安全系统提高了，输送带的使用寿命也延长了。另外智能控制系统的 A/D 模块和可编程序控制器具备一些优点。另外控制系统的功能也多种多样，比如可保护电动机，自我诊断和检测网络。总之，矿用井下皮带运输机智能控制系统由于功能强大，运用前景很广阔。 参考文献 1闫涵萍，韩延国.矿用变频调速技术的研究与应用J.西山科技，2002. 2王志奎，朱清慧.可编程控制器和交流变频器的开环，闭环调速系统中的应用J.现代电子技术，2002. 3于继铭，张晓东，耿宇钵.矿用井下皮带运输机智能控制系统J.电气应用，2006. 4李丹，李世厚选矿厂皮带运输机监控系统的研究和应用J国外金属矿选矿2003（8） 5刘建芳 PLC 控制变频器调速系统J/青岛科技大学学报，2003，9（24）
