摘要：皮带机作为一种带式输送机，具有结构简单、操作方便、输送能力强及寿命长的优点，在煤矿、港口等生产中得到广泛应用。自动化系统在煤矿皮带机中的应用对系统的稳定性和安全性的提升有着积极的促进作用。从皮带机设备实际情况人手，对自动化系统进行优化，是对矿山、港口等企业生产的安全性进行提升的有效方式。
关键词：皮带机；自动化系统；设计应用
皮带机是按照一定的顺序启动的，逆序就会停止。因此，当每条皮带发生故障，前面的皮带和后面的皮带就会立即停止运行，皮带机的主要功能是运输材料，现阶段，皮带机自动化系统的应用也越来越广泛，它利用电力电子技术、电力器件制作工艺及自动控制技术，组成一套完整的自动控制系统，不仅能够有效降低皮带和液力耦合器的直接磨损和维护成本，延长皮带机使用寿命，提高企业经济效益；还可以提高煤矿生产的稳定性和安全性，有效避免安全事故的发生，保障企业的财产和员工的人身安全。
一、皮带机自动化系统的原理及特点
随着我国矿山企业的发展，对相关配套设备的要求也越来越高，逐渐呈现大功率化及大型化的方向发展，同时对电能质量及供应也提出了更高的要求。电力电子技术主要是指通过半导体功率器件对电能进行控制及优化，给皮带运输机的自动化控制系统的升级提供了相关依据，新一代的电子器件将大电流的功率器、高电压、逻辑保护及传感检测电路等聚集在一起，最为主要的优点则是能够将信号进行直接收控并进行变换处理。
煤矿皮带机自动化控制系统所具有的特点具体表现在以下几方面：可采用多种先进传感器对信号进行采集，如传递速度信号及荷载信号等，将这些数据传给中央处理器，能够及时及准确的将调速电机进行控制，传感器的数量及性能对数据的准确性及信息量有着直接影响。该系统都采用PIC可编程控制器及单片机，且有多重传感器所组成的工况等，对设备的各个部分工况参数进行有效的监测及保护，相关参数则采用显示控件进行显示。皮带机的自动化系统并不是孤立存在的，而是相互联系的，具有良好的通信联网作用。在计算机相应的通信接口位置能够采用双芯屏通信线或者光线等与其他设备进行连接，达到信息联动及交互的目的。
二、皮带机自动化系统设计依据及参数
皮带机自动化系统的设计应符合《煤矿安全规程》、《交流传动矿井提升机电控设备总技术条件》、《电能质量公用电网谐波》等文件标准，在对其进行自动化系统设计时则需要根据规定遵循。一般情况下，皮带机自动化系统包括温度传感器、电源箱、速度传感器及连接器等器件组成，其设计的相关参数主要有以下几种：首先，该自动化系统所输出的最大电流量为DC5mA，最高的开路电压为DC12v，且最大的短路电流为4mA。其次，将AC36V作为系统额定的输入电压，将85%～95%作为电压偏差波动范围，150℃是防爆温度的标志，超过这个问题就代表有危险，将1.2A设定为过流保护整定电流。再次，本系统的控制信号的电压不能超过12v，其电流不能超过0.5A，其继电器输出的节点标准容量为AC36V/5A.最后，自动化系统的器件主要有速度传感器、温度传感器，要求静态电流最大为210mA，动作电流不超过230mA，工作时的额定电压小于12V；剩下传感器的动作电流不宜超过5mA。其系统设计如图所示：
三、皮带机自动化系统的结构设计
皮带机自动化系统所采用的变频器装置系统主要是起到综合保护及控制的作用，该系统能够利用计算机来实现多台控制器的通信。维修人员仅仅需要在屏幕上对运输机的运行状态进行详细观察，就能够快速的分辨出哪里出了问题，就能够及时对其进行检修。这样一来，就大大的提高了检修效率，且对多个传感器进行联合使用，不仅提高了系统运行的安全性及稳定性，而且还能够加强系统故障的报警机制。其中最为主要的变频器装置的特性表现在以下几方面：
（1）变频启动器。该启动器则主要是对多台皮带机线的运行进行集中统一的控制，确保皮带机线的安全健康运行。
（2）传感器。该系统的传感器主要分为速度和跑偏传感器、烟雾传感器及堆煤传感器。其中速度和跑偏传感器则主要是对输送机的速度及路径进行检测，一旦运行的速度及路径与设定的速度、路径相差较远，就会自动将故障返回到控制中心，维修人员能够及时的发现措施，进而对其进行调整，确保系统的正常运行；烟雾传感器则是对煤矿中的烟雾等隐患进行检测，并做出及时的判断及行动，通过这种检测及判断进行保障线路的运行安全；堆煤传感器是指对煤炭的感应，多有煤时则能够实现自动运行，若没有煤时则自动停止运行，通过此种传感器的控制，避免出现无煤皮带机仍在运行的现象，最终实现节约能源及安全运行的目的。
（3）PLC控制。该系统主要采用的是PLC可控制编程器，采用西门子所开发的STEP7，这是一种可运行在通用微机中的可控制编程器，能够在windows环境下对语言进行编程，是一种可进行的相互间的通信。通过该编程控制软件，除了能够较为方便的实现梯形图及语言形式外，还能够通过编译后将转接电缆直接输入到PLC的内存中，对各个输出设备的通断情况进行实施检测，并及时的对其进行调试。在该集中控制系统中主要有三种工作方式，一是在就地方式下，皮带机由操作员集中控制手段按钮，采用PLC对他们进行启停，其保护均进行投入；二是集控方式，皮带机则根据生产工艺流程对程序进行集中控制，让其停止就停止，让其运行就运行，实现自动化控制；三是检修方式，皮带机采用手动按钮，利用PLC进行分别控制，启停或者速度均由其控制，确保各个故障的投入选择，在显示屏内进行有效控制，确保系统的安全可靠运行。
四、自动化系统在皮带机上的应用
控制箱作为皮带机自动化系统装置的核心部件，通过与堆煤、速度、温度、烟雾等传感器的综合运用，实现了自动控制保护功能。具体来说，控制箱通过不断接收皮带机驱动器和皮带机沿线的传感器信号，利用已设定的程序对接收到的信号进行判断、运算和处理，并做出相应的动作，发送相应的信号来控制电机的运转；当皮带机系统运行不正常时，控制器会接收到故障信号，并发出报警。
在此系统中，控制系统采用单机控制和集中控制两种方式，系统的上位机与交换机进行物理上的网络连接，采用OPC 方式接入软件，实现通讯，部分皮带机需要借助于以太网接口才能实现对接。当其中某台皮带机停机时，集中控制就会起到连锁功能，控制供煤皮带停止运转，同时发挥逆煤流延时顺序起车功能，延时时间可设置为（8±5）s；结合手动控制，亦可实现其逆过程。
运行过程中，也可远程控制皮带的停开，遥测各机械的电流、电压、温度、速度及压力等参数，并可直接在计算机上修改相应的参数，从而对系统的运行状态进行调整。此外，系统还具有一系列的附加功能，如故障语音报警/ 预警功能、故障停车/ 自锁保护功能、整线系统运行状态数字显示功能、远程对讲功能等，能有效防止皮带打滑、跑偏、煤位低、烟雾等带来的隐患，为安全生产提供保障。
随着科学技术的不断发展，带式输送装置在矿山、港口生产中得到了广泛的应用。启动电流大、传动效率低和功率不平衡等问题一度是传统皮带机在工作过程中所表现出来的主要问题。随着计算机技术和自动化技术的不断发展，自动化系统在皮带机系统中的应用，成为了延长皮带机使用寿命、提升企业经济效益的有效方式。
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论文作者:田圆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：皮带机论文; 自动化系统论文; 传感器论文; 皮带论文; 系统论文; 电流论文; 速度论文; 《电力设备》2018年第27期论文;