双向输送管带机电控系统设计

0引言

管状带式输送机具有输送物料量大、大倾斜角度输送、可作空间曲线布置、节能环保无污染、资源消耗少等多方面的特点,较普通带式输送机有明显优势,对我国电力、化工、煤炭等行业的发展具有十分重要的意义[1]。而双向输送管带机通过技术创新解决了传统输送系统的局限性,用单台设备代替两台设备,尤其适用于空间受限的场合,在高效、环保、智能化物流体系中具有广阔的应用前景。而与其配套的电控系统可以结合PLC、变频器、传感器实现输送过程中的变频调速、智能监测及故障诊断,与上下游设备进行联锁运行。

1双向输送管带机电控系统组成

双向输送管带机的电控系统是由PLC(主控)+变频器(驱动)+传感器(反馈)组成的控制架构。以某科技公司煤/焦清洁输送系统为例,圆管带式输送机上层将精煤从ZH-02转运站+18 m层输送至ZH-01转运站+27 m层,输送能力1 200 t/h;圆管带式输送机下层将焦炭从ZH-01转运站+15 m层输送至ZH-02转运站+12 m层,输送能力550 t/h,如图1所示。管带机头尾距离4.5 km,驱动配置为ZH-01转运站设置3台10kV/630kW的高压电机,ZH-02转运站配置2台10kV/630 kW的高压电机。

2双向输送管带机电控系统配置

双向输送机设备多,分布距离长,距离运维人员所在的程控室较远。为便于监控,输送机系统一般采用集中管理、分散控制的结构。双向输送系统电气控制系统采用的是IPC+PLC的组合设计,如图2所示。带式输送机的集控系统一般由PLC控制器、传感装置、变频器、远程监控装置及以太网等组成[2]。控制单元之间通过通信接口进行连接,以此实现通信的及时性。上位机与PLC控制器通过以太网进行连接,变频器和地址编码器与PLC的RTU通信模块连接,通信协议采用MODBUSRTU。其余数据通过硬接线接入PLCI/O模块,进行信号反馈和控制指令传输。

2.1冗余PLC

PLC控制系统可以对管带机进行高效、精确控制和监测,具有控制精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。但如果PLC故障造成停机会对生产造成巨大影响,所以双向输送机控制系统需采用冗余PLC系统,避免单点故障导致系统停机。该项目考虑采用西门子15OO冗余系统,CPU模块选用6ES7515-2RNO3-OABO,接口模块选用6ES7155-5AAOO-OACO,DI模块选用6ES7521-1BLOO-OABO,DO模块选用6ES7522-1BLO1-OABO ,AI 模 块 选 用 6ES7531-7KFOO-OABO,AO模块选用6ES7532-5HDOO-OABO,RTD模块选用6ES7531-7PFOO-OABO,头尾转运站均配置12寸触摸屏6AV2124-OMCO1-OAXO,485通信模块选用6ES7541-1ABOO-OABO。

PLC采集现场各个控制设备的远控、运行、故障等状态反馈,并对现场设备发出启动、停止、急停等命令。现场设就地操作箱,满足现场手动控制,并设置远控点,反馈设备状态及接收远方PLC指令来实现远程控制。PLC可以通过传感器对带式输送机的状态进行监测,如温度传感器可以检测电机温度,防止电机过热引发故障。同时,PLC还可以通过测量带式输送机的速度、负载等参数,实现对带式输送机的控制和监测[3]。通过PLC自动控制双向管带机的启动和停止,减少运维人员的人工操作及故障分析,保障生产正常运行。

2.2 上位机系统及控制逻辑

2.2.1上位机系统

上位机布置在运维程控室,方便运行人员对现场设备的远程管理和监控。上位机设置两套工程师站,冗余备用,当其中一台出现故障的时候,另外一台可以满足现场的监控及运维操作需求。

上位机配置:品牌DELL;型号3O6OMT;i5-85OO处理器,16G内存(2166 MHz),硬盘1T;16倍数DVD光驱;配置集成显卡、声卡、双以太网口、6×USB接口、1×485串口、1×并口、2×PS/2、2×PCI工业级扩展槽、键盘、鼠标、音箱;预装win1O64位专业版于C盘,C盘容量1OOG;系统含NETFramewOrk 3.5组件;硬盘按C/D/E/F进行分区;IE浏览器版本不低于11;满足GB/T26802《工业控制计算机系统通用规范》要求。

上位机软件:winccV8.0,8K开发版两套。

2.2.2控制逻辑

双向输送管带机上下游输送设备物料不同,有两个上游及下游:启机顺序为先启动两边的下游设备,再启动管带机,然后启动两边的上游设备;停机顺序则相反,先停运两边的上游设备,再停运管带机,随后停运两边的下游设备。

1)管带机开机时先启动沿线声光报警器,持续报警30 5(可调)后停止,提醒沿线人员远离管带机,如有紧急情况短时无法撤离的或设备不具备启动条件的应拉动就近的拉绳开关,阻止设备启动,避免造成人员伤害。

2)开车预警后,程序会先检查各设备状态,电机轴承温度<120℃ ;电机线圈温度<140℃;减速机润滑油温<90℃;变频器、制动器、风扇等处于远控状态;无变频器、制动器、风扇故障信号;无拉绳、重跑偏信号,重打滑信号,堵料信号,撕裂信号,料流(超限)信号,胀管信号,重锤张紧上、下限位信号;且接收到下游设备的运行信号。

3)程序检测到各设备状态正常后,依次启动设备,先打开1#~5#的电机冷却风扇,然后启动1#~5#的制动器,程序开始按顺序检查各设备状态,检查制动器是否打开到位,电机冷却风扇是否打开,现场各设备是否有故障指示,如无问题,开始启动1#~5#电机。

4)定义1#电机为主机,启动过程中由上位机给1#变频器一个频率,2#~4#变频器定义为从机,跟随主机的转矩来动态匹配输出频率,形成转矩同步。

5)设备发生以下情况,设备会由上位机给出停机指令,正常停机:检测到电机轴承温度>120℃或电机线圈温度>140℃或减速机润滑油温>90℃ ,延时5 s后开始正常停机;当检测到电流超过额定电流0~20%,延时90 s后正常停机;当电流超过额定电流20%~50%,延时60 s后正常停机;当电流超过额定电流50%,延时30 s后正常停机。

6)当检测到以下信号,设备会紧急停机:电机故障信号;制动器故障信号;制动器释放到位信号消失,但电机仍处于运行状态;拉绳、重跑偏信号;堵料信号(延时2 s);处于运行状态,且重打滑信号触发;(非启动阶段)撕裂信号、料流(超限)信号、胀管信号、重锤上/下限信号、下游设备联锁急停信号(联机模式下有效)。

2.3 变频器同步

因厂区运量经常变化,采用变频器可以调整输出功率,提高设备的运行效率,降低运行能耗。多电机的同步控制直接影响输送系统的可靠、稳定、安全、高效运行,如果电机出力不平衡,轻则导致皮带发生打滑或者跑偏,严重的会直接引起皮带发生拉扯造成扭管或撕裂甚至可能损坏结构。为使双向输送管带机系统正常运行,必须保证良好的多机驱动功率平衡控制性能。多电机驱动系统各电机的同步/平衡控制的基本原理和要求就是负荷重的电机速度/转矩减下来从而降低负荷,同时负荷轻的电机速度/转矩升上去从而增加负荷,由此让各台电机负荷基本相同达到功率平衡的目的。该项目采用主从控制模式来实现负载均分。每台电机分别由单独的变频器控制,在变频器中定义一台主机,其他变频器定义为从机,在同步运行的机构之间建立合理的负载分配关系,建立合适的控制模型,并选取合适的参数,达到合理分配负载的 目标,充分发挥各电机的转矩输出能力。

2.4检测仪表

1)拉绳开关沿管带机全程左右对称布置,在ZH-01及ZH-02转运站翻带间各布置一对,其余按沿线间隔50 m布置一对。每对拉绳开关配置一个地址编码器,可在上位机监控确定具体故障位置,方便运维人员排查故障复位。

2)跑偏开关在管带机头部、尾部展开段布置一对,在ZH-01及ZH-02转运站翻带间翻带装置头尾处各布置一对。

3)速度检测仪安装在ZH-02转运站尾部从动滚筒处,共一套。

4)声光报警器在ZH-01和ZH-02转运站头尾部出口各安装一个,沿线间隔200 m设置一个。

5)料流开关安装在管带机头尾两边的导料槽出口1 m左右,ZH-01和ZH-02转运站各布置一个。

6)纵向撕裂开关安装在管带机头尾两边受料段胶带下,缓冲托辊之间。ZH-01和ZH-02转运站各布置一个。

7)堵料开关安装在ZH-01和ZH-02转运站的下料斗处,位置在滚筒的垂线后部,以避免受到煤流冲击和溜槽处积料的影响。

8)防胀管装置安装位置:ZH-01和ZH-02转运站尾部过渡段第一个成圆处。

3 结束语

管带机的电控系统日渐成熟,但关于双向管带机的电控系统研究较少,随着国内双向管带机的应用逐渐增多,双向管带机电控系统必将不断完善。本文论述了双向管带机电控系统具体配置的实际项目应用,对电控系统的几个关键点—PLC系统、变频器同步、上位机及控制逻辑、检测仪表均做了详细介绍,本文的设计配置给双向管带机的电控系统设计提供了有效的技术指导。

[参考文献]

[1] 李利,王瑞,党栋.带式输送机的技术现状及发展趋势[J].橡胶工业,2015,62(2):123-127.

[2]张鑫.PLC与变频器在带式输送机集控系统的应用[J].石化技术,2023,30(10):253-254.

[3]王夫信.PLC控制技术在煤矿电气控制中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2023(17):166-168.

《机电信息》2025年第20期第14篇