Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５８８ Ａｐｒｉｌ．２０１８ 现代矿业 总第５８８期 Ｍ０ＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＧ ４）１ 塑 胶带输送机自动化控制方案设计与应用 张 兵 （云南华联锌铟股份有限公司） 摘 要矿车运输是一种传统的运输方式，而对于地形复杂、交通不便的一些矿区，胶带运输 机是一种很好的选择，胶带运输机控制方案的合理设计使矿物运输更加高效、安全，从而提高矿物 开采效率，有效降低生产成本和管理强度，最大程度地实现矿山企业效益。通过对某矿山企业传统 汽车运输与胶带输送机运输进行对比与选择，提出了基于２台西门子Ｇ１５０变频器（一主一从）和 西门子ｓ７—３００、ｓ７—２００ ＰＬＣ胶带输送机自动化控制方案，最终实现了大型矿山企业胶带输送机安 全、高效运行。 关键词胶带输送机 自动化控制 变频器ＰＬＣ ＤＯＩ：１０．３９６９１ｉ．ｉｓｓｎ．１６７４－６０８２．２０１８．０４．０４０ 云南华联锌铟股份有限公司是集采矿、选矿于 一在尾部转运站，采用ｓ７—２００ ＰＬＣ进行控制。Ａ站作 为厂级中控的从站，与ＤＣＳ控制系统相连，采用ＤＰ 体的大型矿山企业。采矿场与选矿厂隔一座山且 道路地形复杂，若用汽车运输，需修建６ ｋｍ公路，若 用胶带运输，则只需修建２ ｋｍ隧道即可，因此，胶带 输送机自动化控制方案是解决矿物运输的一个较优 方案。但胶带输送机为柔黏性力学系统，输送带由 弹性单元组成，在起动加速、停车减速及张力变化过 程中均呈现出复杂的运动力学特征，主要表现为横 通讯方式上传各个工作站的工作状态和故障信息， 也可以接受全厂中控的命令。 １．２控制系统硬件 控制系统硬件联系图见图１。 １．２．１变频器 变频器以ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＤＰ方式接入ＰＬＣ系统， 向振动、纵向振动以及动态张力波在胶带中的传播 和叠加，造成输送系统的不稳定，具体表现为胶带断 裂、机械损害、叠带、撒料、局部谐振跳带等。因此， 对于胶带运输机的启动方式、停车方式、保护装置的 自动化控制设计显得很重要。 同时预留端子控制。ＳＩＮＡＭＩＣＳ Ｇ１５０具有模块化设 计，所有驱动都具有相同的设计、参数设定、调试和 操作方式，可以提供高性能的单轴和双轴驱动，允许 不同功率等级与控制性能的自由组合。模块化的 ＳＩＮＡＭＩＣＳ Ｇ１５０驱动系统与上位运动控制器联合使 用既可以实现速度闭环控制，也可以实现转矩闭环 控制 。 长距离两点驱动输送机的启停控制和功率平衡 协制是输送机控制系统的关键所在，系统驱动 １胶带输送机控制方案设计 １．１控制系统总体结构 控制系统主要由西门子Ｇ１５０变频器、ｓ７—３００ ＰＬＣ、Ｓ７．２００ ＰＬＣ、外部保护装置等构成。控制系统 包含３层网络，分别为设备层、控制层、信息层。设 备层负责采集现场控制仪表信息（拉绳、跑偏开 关），控制层负责头尾部２台控制柜传递控制指令 采用变频电机，配合变频器实现输送机的软启动及 软停车，以满足不同工况条件下的变速要求。输送 机系统采用中部双驱，２台电机之间距离较短，可近 及子系统信息，信息层负责与厂级ＤＣＳ中控通讯。 系统共设置２个ＰＬＣ工作站，Ａ站放置在驱动间电 气室，采用西门子ｓ７—３００ ＰＬＣｌ１ 进行控制，Ｂ站放置 似认为硬耦合关系，因此，主驱动电机采用速度闭环 控制以满足皮带机设计时的额定速度要求，从电机 与主电机通过变频器进行主从通讯，从电机采用转 矩控制，以主电机的输出转矩作为从电机的给定，实 张兵（１９８８一），男，助理工程师，６６３７０１云南省文山州马关 现转矩闭环控制以取得理想的功率平衡效果。变频 器功率平衡方案见图２。 】４５ 总第５８８期 现代矿业 ２０１８年４月第４期 、拉绳开荚 跑偏开关 图１ 系统硬件联系图 图２功率平衡方案 １．２．２主控制站 ＤＰ通信获得。Ａ站和Ｂ站配置的触摸屏通过 ＳＫＷｏｒｋｓｈｏｐ Ｖ５．０．０软件进行编程，可以就地显示 主控制柜安装的西门子ｓ７—３００ ＰＬＣ包含６ＥＳ７ ３ ｌ ３－６ＣＦ０３型ＣＰＵ、６ＥＳ７ ３２３—１ Ｂ１Ｘ）Ｏ—ＯＡＡＯ型ｌ６入 电机电流、电压、功率及变频器、制动器等设备＿＇［作 状态。所有控制站的触摸屏都町以显示拉绳开关和 ｌ６出开关量模块、６ＥＳ７ ３３１．１ＫＦ０２型８模拟输入、 ６ＥＳ７ ３３２。５ＨＤＯ１－０ＡＡ０型４模拟量输出、ｓａｍｋｏｏｎ ｓＡ．１２．１Ａ触摸屏，同时还配备有ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ主站， 片｛于ＤＣＳ远程控制的ｍｏｄｂｕｓ光纤通讯接ＬＩ。Ａ站 和Ｂ站所用ＰＬＣ均为６ＥＳ７ ２１４—２ＢＤ２３－０ＸＢ８ ＣＰＵ 跑偏开关的具体位置，当拉绳、跑偏开关动作，发生 打滑等故障时，就地触摸屏会弹出相应的信息对话 框，同时ＤＣＳ控制室内上位机也会有醒目娃示，以 提醒检修人员对故障点快速定位，及时完成故障处 理。 模块、ＥＭ２７７扩展模块、ｓａｍｋｏｏｎ ＳＫ－０４３ＡＥ触摸屏。 １．３系统软件设计 机头２台变频器分别为１ 、２ 从站。机尾控制 箱为３ ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ从站，有８字输入、８字输出，机尾 的数据信号ＶＢｌ５ｌ６用于控制柜ｃｌ１ｐ主机读取，共２ 个字节，ＶＢ１５００．ＶＢＩ５１５用于存放来自机头控制柜 ＰＩ Ｃ控制系统主要完成皮带的启动、停止、故障 保护以及运行过程中的开关量逻辑控制，并将输送 机的整个运行状态通过网络传送至监控系统。为减 小主干网的网络负荷，各就地工作站完成对就地设 备的状态采集和就地控制，变频器的状态可以通过 １ ４６ ｄｐ主机的信号，共８个字。机头控制箱为４ ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ从站，有ｌ６字输入、１６字输出，ＶＢ２０００一ＶＢ２０３１ 张兵：胶带输送机自动化控制方案设计与应用 ２０１８年４月第４期 用于接收主机的数据存放，共计１６个字。本柜 ｍｏｄｂｕｓ通讯专用ＰＬＣ为５ ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ从站，有３２ ３其他相关技术 ３．１胶带保护功能 字输入、３２字输出。主控制柜ｓ７．３００ ＰＬＣ控制器的 ＤＰ配置设置为内部ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ主站，ＤＢ２．ＤＢＸ０． 撕裂、胶带失速打滑、拉绳、跑偏、电机轴承绕组 温度以及各个子系统故障等信号都进入ＰＬＣ控制 ＤＢ２．ＤＢＷ１４单元内容发送到机尾３ ｄｐ从站，共８ 个字节；ＤＢ３．ＤＢＸ０一ＤＢ２．ＤＢＷ３０单元内容发送到 机头４ ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ从站，共１６个字节。 ２控制功能及操作 输送机控制模式有就地手动、就地自动、触摸屏 自动控制和远程ＤＣＳ控制。 长距离皮带输送机开车指令发出后，启动皮带 机沿线声光报警器，１０ Ｓ后启动变频电机风扇（防止 电机受潮，吹干），控制系统收到变频电机风扇运行 信号后，启动尾部液压绞车自动张紧装置，收到张力 正常信号３ Ｓ后，启动变频器，利用变频器零赫兹制 动功能将输送机“抱死”，以防盘式制动器松闸时， 上运长距离输送机倒行下滑。ＰＬＣ控制系统接收到 变频器运行信号后，启动盘式制动器，盘式制动器打 开后，变频器按照ＰＬＣ控制系统给定的优化Ｓ型速 度曲线 输出频率，带式输送机平稳启动。停车指 令发出后，变频器按照反ｓ型曲线输出频率，当输出 频率为零时，利用盘式制动器紧急制动功能将带式 输送机“抱死”，在收到盘式制动器制动信号后３ Ｓ， 停止变频器运行，变频器运行信号丢失后３ Ｓ，停止 尾部液压自动绞车张紧装置，然后依次停止电机、风 机，停车结束。在拉绳、跑偏、防撕裂、皮带打滑、电 动机绕组轴承温度等保护功能动作情况下，控制系 统立刻发出停车指令，变频器停止工作，变频器采用 自由停车方式，立刻封锁脉冲，此时无电压、频率输 出，同时，带式输送机采用盘式制动器柔性制动功能 将输送机“抱死”（制动时间可调）。 当控制装置选择ＤＣＳ远程控制方式时，皮带机 的启动和停止及速度给定将接收来自ＤＣＳ远程中 控的指令，在中控工作方式下，可以观察到皮带机 一、二跑偏报警，拉绳开关操作报警，撕裂报警，变频 器报警，每台电机的轴承和三相绕组的温度数值以 及变频器的运行电流、转矩和频率等。在远程中控 工作状态下，ＰＬＣ控制部分只是将以上大部分报警 信号发送到远程中控，由远程中控来决定是否马上 停机，当发生拉绳开关操作和控制柜及现场操作箱 停止按钮操作时，为了保护人身安全，皮带机将立刻 停机，并将停机操作原因发送到ＤＣＳ远程中控，可 读取有关的皮带机停机原因和信息。 系统，参与系统的连锁控制，通过信号灯显示于控制 柜面板上，以备查询，提醒操作人员进行定点维护并 解锁。各参数可根据现场情况和装置、仪表精度在 触摸屏上进行调整。 ３．２抗电磁干扰措施 由于皮带机运输系统采用２台大功率变频器拖 动，对供电电网谐波污染，空间磁场干扰严重，为了 保证控制系统可靠运行，采取以下措施： （１）采用在线型不间断电源以及隔离变压器消 除线路耦合干扰。 （２）所有的输入输出开关量通过中间继电器隔 离后输入ＰＬＣ模块或输出控制子设备，以防止空间 电磁干扰及控制电缆破损与动力电缆接触高压击坏 模块。 （３）所有的模拟量经无源隔离模块隔离后进入 控制系统，确保参与控制的温度信号稳定。 （４）采用软件技术对开关量进行“消抖”，对模 拟量进行滤波。 ４结语 在实际应用过程中，胶带输送机自动化控制方 案相对于汽车运输，不仅环保、安全、高效，节省了大 量人力资源与道路资源，同时具有输送量大、结构简 单、维修方便、部件标准化等优点。基于２台西门子 Ｇ１５０变频器和ｓ７－３００ ＰＬＣ、￥７－２００ ＰＬＣ胶带输送机 自动化控制的设计是安全的、环保的、高效的。方案 中友好的用户操作界面能大大节约故障停机问题的 查找与处理时间，２台西门子Ｇ１５０变频器主从驱动 方式实现转矩闭环控制，取得理想的功率平衡效果， 能够有效降低功耗，节约生产成本，３层控制网络的 设计节约了系统硬件材料成本，完善的设备保护装 置增强了控制系统的安全性，同时也减少了系统维 护过程中的人力成本。 参考文献 ［１］ 陈章平．西门子￥７－３００／４００ ＰＬＣ控制系统设计与应用［Ｍ］．北 京：清华大学出版社，２００９． ［２］ 冯晓辉，郭颖．西门子Ｇ１５０变频器主从控制方式应用一例 ［Ｊ］．微处理机，２０１３，３４（１）：８６．８８． ［３］ 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（４）：１８６—１８７． （收稿日期２０１８－０２－０２） １４７
