张玉强
陕西长武亭南煤业有限责任公司 陕西咸阳 713600
摘要：随着社会的发展，我国的现代化建设的发展也越来越完善。煤矿生产过程中煤矿运输系统会对煤矿的生产效率产生直接影响，从而直接影響到煤矿的经济效益。高速皮带机的应用大大提高了煤矿运输系统的安全性及工作效率，其不仅可运送散碎物料，且可运送成件物料，适用于多数输送路线，并可灵活调节输送距离，因此其在煤矿运输系统中的应用十分广泛。但是皮带机故障会直接影响其工作效率，因此分析煤矿井下皮带机常见故障问题，并采取对应的处理措施具有重要的现实意义。
关键词：长距离皮带机；多滚筒驱动；变频控制技术
引言
皮带运输机因结构简单、可靠性高、成本低等特点被越来越多地应用于煤矿生产当中，承担着煤炭的输送与转载作用。随着大型矿井及特大型矿井的增多，特别是长距离综采工作面的开采，对煤炭输送量的要求越来越高。因此，皮带输送机正向大功率、多点驱动的技术方向发展。但在实际应用过程中显现出来一系列的问题如重载启动、功率平衡等。
1控制系统的结构与组成
本控制系统采用“远程集中控制为主，现场就地操作为辅”的控制方式，系统的硬件结构分为管理层（上位机）、控制层（PLC控制室）和现场设备层三层网络控制体系。其中，各类传感器及保护装置、PLC控制站、上位机分别为设备层、控制层、管理层的功能核心。
1.1设备层
设备层包括各类保护开关、传感器及执行设备，主要针对皮带机的运行状态、故障现象进行参数采集及状态反应，将系统各部皮带的启停、拉绳动作、撕裂故障、跑偏故障、打滑故障、温度、语音报警、声光显现等进行保护或状态的显示，并实时传输至控制层、管理层。传感器有减速机润滑油压压差变送器、主电机定子温度及轴承温度传感器、减速机轴承温度及油温传感器，保护开关包括二级跑偏开关、纵向撕裂保护开关、双向拉绳开关、欠速开关、主电机开关柜的电流保护等。
1.2控制层
控制层主要以PLC为核心，由控制主站、控制分站、防爆就地控制箱组成。控制层利用PLC的数据处理能力，将各传感器采集的现场数据进行逻辑运算及处理、信息转换、指令发送，通过程序指令进行条件判断，为管理层提供故障保护、人机界面现场数据显示、现场设备控制以及工艺流程显现，该部分为远程集中控制的关键。控制层包括PLC控制主站与分站、下位机、就地控制箱、光电转换开关、皮带机变频器、阻燃电缆、矿用光纤、光电转换器、扩音电话、各类传感器、保护开关和矿用摄像仪等设备组成，主要监控皮带煤流运输系统的所有设备。正常生产时根据实际情况既可在集控室远程操作（有操作权限），也可在现场就地操作设备。
1.3管理层
管理层包括上位机、光电转换开关、光纤、矿用网络交换机，并通过上位机实时监控整个运输系统、显示所有设备的运行状态、保护元器件运行参数，便于疾控人员下达控制指令，通过人机界面现场修改工艺流程、设定参数，进行多部皮带机的管理、数据存储及更新、数据库资源的共享，从而实现与整个电厂自动化系统的网络连接与通信。
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2井下皮带机故障处理方法
针对上述煤矿井下皮带机的常见故障，可以采取下列解决方法：
2.1 噪音故障处理
煤矿井下皮带机异常噪音会严重影响其正常工作，因此设备维护管理人员要及时检查皮带机易产生噪音的装置，包括驱动装置、驱动滚筒、联轴器、托辊等，一般情况下区动装置与驱动滚筒发生噪音的频率相对较高，其不仅声音大，而且频率高，此时要详细排查噪音产生的具体原因，以免故障加重，影响皮带机的正常运行。
2.2 皮带跑偏的处理
皮带跑偏故障可以采取下列措施：首先，改变托辊结构，加强托辊与皮带的贴合度。其次，如果滚筒处发生皮带跑偏故障，则要及时校正滚筒的平等度及水平度，保证滚筒运行与皮带运行的协调性，调整皮带机的机尾及头架，从而校正滚筒平等度与水平度。再次，如果由于维护不当导致皮带跑偏，是要及时清除皮带机的滚筒及托辊上的煤尘，避免皮带接触带有煤尘的托辊而发生跑偏事故，加强对皮带机的维护。最后，针对由于装载问题导致的跑偏问题则要加强装载人员的装载方法控制，要求装载人员进行装载时避免将大块煤矿或物料砸向皮带，以免皮带由于物料偏向一侧而受力不均，避免皮带跑偏。
2.3 皮带机撒料故障处理
处理皮带机撒料故障首先要准确评估皮带机的运输能力，明确皮带机的承载量，保证皮带机的运输量控制在合理范围。其次，设备管理人员要加强皮带机的管理，针对有凹段的皮带机设计人员要充分考虑皮带机的细节问题，适当加大凹段的曲率，减少皮带机运行过程中凹段槽的形变，保证悬空皮带与凹段槽的适配性。系统网络、可编程控制器、传感器这些关键部分的系统设置有自我检测和警示作用。一旦遇到网络中断、控制失灵、信号受到影响、传输错误等复杂情况，系统就会立即发出警报，防止更大或是更危险的事故的产生。此外，煤矿井下皮带机集控技术中的跑偏监测和保护功能会在以下几种情况下开启警报，比如：打滑保护功能、骤停关闭锁定保护故障识别功能、堆煤报警功能、烟雾出现报警功能、纵向撕裂报警功能、轴温适度保护功能、自动洒水温度保护功能等其他各项功能。这大大小小功能的开启都会为井下煤炭产出的经济效益带来提高。
3多台电机变频驱动的应用
3.1变频驱动系统的组成
系统包括3台电机（1140V/315kW），3台电机采用低压变频“一拖一”方式控制，由于中部驱动距离皮带头部较远，各电机之间的通讯采用光纤传输方式连接，实现了3台电机之间数据的通讯与主从电机的控制。变频器与电机之间、电机与电机之间的数据传输与控制是由PLC可编程控制器S7-200控制系统进行控制的，PLC主要负责信号的采集、处理、控制和管理等工作。一方面接收现场3个变频器的测点信号，并将它们送往上位机显示；另一方面又根据上位机发出的指令向现场变频器发出执行信号，以实现各设备的集中控制、各设备之间的连锁启停以及声光报警等功能。上位机与变频器进行通讯，实现了3台电机的软启动、软停止、调速控制、采集运行、故障等状态参数和电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、频率、电机转速等参数的显示等功能。
3.2多电机之间的功率平衡和速度同步的实现
长距离皮带输送机采用多电机驱动应用时，多电机之间的功率平衡和速度同步的实现是非常重要的。此工作面通过利用变频器内部的“主-从”功能实现力矩与速度平衡。为解决多台电机力矩及速度平衡问题，对控制系统进行以下调整，主传动采用闭环速度控制模式，从传动采用闭环力矩控制模式，主从传动通过光纤进行连接，更合理地设置变频器的参数。系统运行中主传动出现故障时，通过变频器间的控制连锁，将从传动变频器自动升为主传动，以确保传输带仍能够正常运行。通过参数设置将任意一台驱动设为速度闭环主驱动，其余为转矩闭环从驱动。从而组成一个相对独立的多机功率平衡及速度同步传动系统。
结语
长皮带运输系统由于是多个电机驱动配合共同驱动皮带运行，这种情况下为了保证各个电机转矩的合理分配，在皮带头部两台电机采用了主从控制，而由于头部两台电机之间是皮带相连，所以使用了速度偏差与转矩限幅的主从控制方式。
参考文献
[1]陈季川.SINAMICSLINK通讯方式的实现及应用[Ｊ].中国仪器仪表，2011.
[2]胡文浩.长距离皮带输送机变频控制系统的研究[Ｊ].机械工程师，2016.
论文作者:张玉强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/12
标签：皮带论文; 电机论文; 皮带机论文; 煤矿论文; 滚筒论文; 变频器论文; 故障论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;