本文介紹了一種新型的礦山膠帶傳送系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用在遠(yuǎn)距離膠帶傳送中，有效地減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和機(jī)械沖擊。系統(tǒng)采用V80系列PLC控制，提高了運(yùn)行自動(dòng)化程度，減少了系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間，文章中討論了該系統(tǒng)的起動(dòng)特性及系統(tǒng)構(gòu)建，最后給出了V80系列PLC程序框圖。
1 引 言
礦山行業(yè)，采礦區(qū)往往距離礦石加工或堆放地很遠(yuǎn)，通常利用膠帶傳輸機(jī)將礦石從采礦區(qū)送往加工或堆放地。老式的膠帶傳輸方式，采用繼電控制，人工操作，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)行效率低，且易引起操作失誤，造成設(shè)備損壞，甚至人員傷亡。另外，遠(yuǎn)距離傳輸機(jī)膠帶負(fù)荷較大，傳輸機(jī)使用的電動(dòng)機(jī)功率也因此較大，特別是重載情況下起動(dòng)過程對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，電壓跌落嚴(yán)重，對(duì)機(jī)械設(shè)備和膠帶的壽命也有很大損害。同時(shí)，由于膠帶為彈性體，起停過程張力的變化將使膠帶沿著縱向產(chǎn)生伸縮變化，并且沿著膠帶傳播，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。
本文介紹的這種新型礦山膠帶傳送系統(tǒng)使用V80系列PLC控制器集中監(jiān)控膠帶各種工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，避免了操作失誤引起的故障。由于系統(tǒng)采用了一種新型的起動(dòng)裝置—軟起動(dòng)控制器，有效地解決了起動(dòng)沖擊問題。
2 運(yùn)行工況
完整的傳輸系統(tǒng)由8條傳送膠帶組成，設(shè)計(jì)傳輸能力為每小時(shí)1000t，其中，1#、8#膠帶為平膠帶，長度在100m以內(nèi)，負(fù)載較輕；2#和3#膠帶長達(dá)1km以上，負(fù)載極重，2#膠帶略有下放勢(shì)能，3#膠帶有大的下傾角度(30°)，因此有較大的下放勢(shì)能；4#和6#膠帶略有下坡，5#、7#膠帶為平膠帶，長度在100～600m之間。根據(jù)各膠帶運(yùn)行工況，配備一臺(tái)285kW電機(jī)拖動(dòng)2#膠帶，兩臺(tái)185kW電機(jī)拖動(dòng)3#膠帶，其余各膠帶均由90kW電機(jī)拖動(dòng)。
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況，系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。
物料流向如圖中箭頭所示，開車時(shí)應(yīng)按照物料流向的反方向順序起動(dòng)各條膠帶，停車應(yīng)按照物料流向順序停止各條膠帶。按照錯(cuò)誤的順序操作，將造成壓倉等嚴(yán)重事故，必須設(shè)置聯(lián)鎖：膠帶運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生跑偏，縱撕，打滑等情況，必須予以保護(hù)，這些工作都由V80系列PLC來完成。另外，3#膠帶較長，相應(yīng)載料量也較大，而且有大的下傾角度，因此，必須有可靠的剎車裝置，系統(tǒng)為此配備了一套KJZ型動(dòng)力制動(dòng)裝置和一套電磁抱闡裝置。還有，為保證在故障或停電情況下可靠停車，避免“飛車”等嚴(yán)重事故，系統(tǒng)配備了后備電池，提供后備制動(dòng)電流，PLC控制電路配備了UPS作為后備控制電源。
4 各部分主要功能
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)中，3#膠帶機(jī)和2#膠帶機(jī)工況最為惡劣，控制部分也最為復(fù)雜，其余各膠帶機(jī)控制部分與之相似，工況相對(duì)要好，因此，下面以3#膠帶機(jī)控制部分為例詳述系統(tǒng)各部分控制功能。4.1 起動(dòng)控制部分
因膠帶機(jī)為柔性系統(tǒng)，具有明顯的動(dòng)力學(xué)特征和動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，起動(dòng)及停車過程將產(chǎn)生膠帶張力的變化，并沿著膠帶傳播，形成張力波，且3#膠帶長度較大，負(fù)載較重，總體呈大慣性負(fù)載，因此，不可控的起動(dòng)和停車過程，將產(chǎn)生很大的加速度及沖擊，直至造成機(jī)械設(shè)備損壞和膠帶機(jī)壽命降低。而本系統(tǒng)使用的軟起動(dòng)裝置可提供可控的起動(dòng)加速過程。此裝置使用單片機(jī)作為控制內(nèi)核，程序中預(yù)置“S”型起動(dòng)曲線，通過光編碼器測(cè)速，電流互感器測(cè)電流，送入單片機(jī)，通過PID調(diào)節(jié)程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電流、速度雙閉環(huán)控制?？刂颇z帶機(jī)按照“S”型曲線起動(dòng)。如圖2所示，膠帶機(jī)起動(dòng)過程實(shí)際上是一變加速過程，在膠帶機(jī)起動(dòng)時(shí)刻和起動(dòng)完成時(shí)刻，膠帶機(jī)的加速度都為0，而中間段，膠帶機(jī)以預(yù)先設(shè)置的加速度不斷加速，加速度可控制在0.08m/s2以下，因此，可有效地抑制張力波及其有害傳遞。
4.2 動(dòng)力制動(dòng)部分
由于3#膠帶負(fù)載極重，而且有大的下傾角，為保證系統(tǒng)可靠停車和滿足停車曲線，系統(tǒng)不僅配備一套慢動(dòng)機(jī)械抱闡裝置，還配備一套動(dòng)力制動(dòng)裝置。該裝置應(yīng)用可控整流原理，向電機(jī)施加可控的直流電流來提供可控的制動(dòng)力矩。由程序控制使膠帶以反“S”曲線停止，從而消除膠帶機(jī)的張力波影響。
4.3 故障制動(dòng)部分
系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，觸發(fā)可控硅全導(dǎo)通，提供最大制動(dòng)電流。
為了停電時(shí)保證系統(tǒng)可靠停車，另外備有后備電池，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然停電時(shí)，皮帶必須立即停車，此時(shí)直流制動(dòng)電流由后備電池提供。蓄電池屏的主要參數(shù)為電壓等級(jí)及安時(shí)數(shù)。由于能耗制動(dòng)的直流電源電壓采用48V直流電源，故蓄電池屏的電壓也采用48V，容量選用100Ah，考慮故障制動(dòng)時(shí)間為10～20s，放電電流控制在300A，則蓄電池的放電時(shí)間可持續(xù)：100Ah=300A×t，t=1/3h=20min。蓄電池的放電能力能夠充分保證。
故障制動(dòng)部分由蓄電池組及充電控制等部分組成，內(nèi)含有鎘鎳蓄電池組、充電裝置、浮充電裝置、控制開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、切換開關(guān)等元器件?？紤]到系統(tǒng)工作的可靠性，兩臺(tái)電機(jī)配備一套故障制動(dòng)裝置。蓄電池配備直流浮充電裝置，浮充電裝置包含有充電及浮充電兩種充電方式。在蓄電池發(fā)生一次停電制動(dòng)后，應(yīng)首先將蓄電池組充電至額定電壓等級(jí)，此時(shí)方可使系統(tǒng)重新運(yùn)行。正常情況下，裝置處于浮充電狀態(tài)，制動(dòng)電流僅由動(dòng)力制動(dòng)裝置提供。
4.4 PLC控制部分
4.4.1V80系列 PLC配置
系統(tǒng)選用矩形科技公司生產(chǎn)的V80系列PLC，其點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，具有SYSMAC NET和SYSMAC LINK功能，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)方便。
鑒于系統(tǒng)采樣點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)眾多，約有38個(gè)輸入點(diǎn)和33個(gè)輸出點(diǎn)，PLC配置一個(gè)CPU機(jī)架，一個(gè)電源模塊，2個(gè)輸入模塊，2個(gè)輸出模塊，如圖3所示。
4.4.2 PLC軟件設(shè)計(jì)
V80系列PLC控制系統(tǒng)是3#站的控制核心，V80系列PLC使用運(yùn)行于DOS環(huán)境下的梯形圖編程軟件SSS，完成梯形圖編程和調(diào)試，并且可在現(xiàn)場方便的“在線”調(diào)試和修改。
1) 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況和相應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)V80系列PLC程序完成以下功能。
正常開車停車：系統(tǒng)發(fā)出開車信號(hào)時(shí)，逆料流方向順序起動(dòng)各條皮帶，這樣可保證不發(fā)生壓
倉情況。停車時(shí)，則順料流方向逐步卸完每條皮帶上的物料后停車，這樣可保證在正常工
作狀態(tài)下，皮帶不帶料起動(dòng)。皮帶
起動(dòng)時(shí)，首先釋放電磁抱闡機(jī)構(gòu)，起動(dòng)過程中，軟起動(dòng)器按設(shè)定的起動(dòng)方式平滑起動(dòng)，當(dāng)電機(jī)進(jìn)入亞同步范圍內(nèi)時(shí)，立即投入旁路接觸器，此時(shí)由于皮帶的下放運(yùn)行，電機(jī)速度逐漸增加并超過同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)入超同步發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生回饋制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)回饋制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與皮帶下放勢(shì)能轉(zhuǎn)矩平衡后，系統(tǒng)進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，交流電機(jī)向電網(wǎng)回饋能量。當(dāng)系統(tǒng)收到停車命令后，根據(jù)膠帶長度及速度，系統(tǒng)作適當(dāng)延時(shí)，當(dāng)皮帶上的物料全部卸完后，系統(tǒng)進(jìn)入電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，軟起動(dòng)器按停車曲線平緩?fù)＼嚒９收贤＼嚕寒?dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，如主機(jī)過流、過載、缺相故障或膠帶機(jī)發(fā)生距偏、縱撕、打滑、超速、拉繩等緊急停車時(shí)，軟起動(dòng)器立即從系統(tǒng)中切除，同時(shí)在交流電磁過程結(jié)束后，投入能耗制動(dòng)停車，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到電機(jī)速度小于30%的額定速度時(shí)，電磁抱闡制動(dòng)投入，膠帶停止運(yùn)行。
運(yùn)行方式：系統(tǒng)可以選擇“本機(jī)”/“集控”/“現(xiàn)場”等各種控制方式。
起動(dòng)/制動(dòng)裝置的投切，后備電池的管理都由PLC完成。
2) 依據(jù)應(yīng)完成功能，設(shè)計(jì)的V80系列PLC程序包括以下各程序段。
現(xiàn)場采樣段：該段程序采樣現(xiàn)場各狀態(tài)量，包括急停，電源上電，拉繩開關(guān)，超速接點(diǎn)，打滑接點(diǎn)，縱撕接點(diǎn)，閘機(jī)過載開關(guān)，控制方式，上下級(jí)膠帶連鎖等信號(hào)，并且使相應(yīng)的狀態(tài)位置位，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)燈光指示。
控制命令采樣段：系統(tǒng)具有3種控制方式，集控/柜控/現(xiàn)場。柜控方式下，采樣控制柜上按鈕命令。現(xiàn)場控制方式下，采樣現(xiàn)場操作箱按鈕命令。在集控方式下，采用上位計(jì)算機(jī)命令，該命令可以是接點(diǎn)形式，也可以通過串行通信接受上位計(jì)算機(jī)命令。
命令執(zhí)行段：檢查各狀態(tài)位，如故障狀態(tài)置位，則禁止起動(dòng)，轉(zhuǎn)入故障處理程序。接到起動(dòng)信號(hào)后，如果連鎖信號(hào)位未置位，則為錯(cuò)誤的起動(dòng)操作，也視為故障，轉(zhuǎn)入故障處理程序。如果故障，PLC輸出驅(qū)動(dòng)閘電機(jī)松闡，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電鈴10s警示，等待松到位后，燈光指示，并驅(qū)動(dòng)軟起動(dòng)器起動(dòng)，起動(dòng)結(jié)束，運(yùn)行燈指示，給下級(jí)膠帶發(fā)出連鎖信號(hào)，同時(shí)，再響鈴10s。正常停車時(shí)，收到停車信號(hào)時(shí)后，程序延時(shí)一段時(shí)間，當(dāng)膠帶上的物料卸完后，驅(qū)動(dòng)軟起動(dòng)器停止，并投入軟制動(dòng)器(3#膠帶)，當(dāng)速度降到30%的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，驅(qū)動(dòng)闡機(jī)抱闡。
故障處理段：當(dāng)故障狀態(tài)位置位時(shí)，V80系列PLC驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，并立即給軟起動(dòng)器發(fā)出停車指令，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)闡電機(jī)抱闡，軟制動(dòng)器(3#膠帶)施加最大制動(dòng)電流，并聲光報(bào)警。程序設(shè)有故障存儲(chǔ)區(qū)，可保存最近10次故障狀態(tài)，可供維修人員方便的檢查和排除故障。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，故障狀態(tài)以堆棧操作的方式壓入故障存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)，刪去最早一次故障狀態(tài)。故障產(chǎn)生后，程序予以保持，此時(shí)，各項(xiàng)操作均失效，必須復(fù)位后，方可另行操作。除了外部故障以外，程序還設(shè)置了內(nèi)部故障保護(hù)，如正常運(yùn)行期間，下級(jí)膠帶突然停止，也視為故障，執(zhí)行故障處理程序。程序預(yù)先設(shè)定起動(dòng)時(shí)間，實(shí)際起動(dòng)時(shí)間超過設(shè)定值，也視為故障，執(zhí)行故障處理程序。如電源突然中斷，也視為故障，執(zhí)行故障處理程序，并且投入后備電池制動(dòng)。PLC程序流程圖如圖4所示。
5 應(yīng)用效果
本系統(tǒng)應(yīng)用在國家重點(diǎn)水泥骨干企業(yè)—耀縣水泥廠皮帶廊改造項(xiàng)目中，該條傳送線長達(dá)4km以上，負(fù)責(zé)全廠用料從礦山到聯(lián)合儲(chǔ)庫的輸送任務(wù)。
本系統(tǒng)應(yīng)用以來，實(shí)踐證明，效果理想，起動(dòng)時(shí)壓降由原先的130V減少到30V，極大的減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了操作失誤引起的故障，可靠性明顯提高，運(yùn)行效率明顯提高，運(yùn)行成本明顯下降。
（轉(zhuǎn)載）
