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煤矿皮带运输机控制系统与保护措施分析
摘要：煤炭是我国重要的矿产资源，而在煤矿高效生产中皮带运输机占据着重要地位，通过对煤矿皮带运输机控制系统与相应的保护措施的研究，来保障皮带运输机正常运行。在研究中发现，煤矿皮带运输机采用PLC控制系统，其操作模式、启动方式、变频控制都能使设备处于最佳运行状态。但皮带运输机在运行过程中受诸多因素的影响，所以要通过温度、防滑、急停与禁启等保护措施降低故障率，增强运行稳定性。
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在煤矿生产过程中灵活应用皮带运输机有利于提高生产效率、增加企业效益。而控制系统与保护措施会对皮带运输机运行产生较大影响，因此需要深入探究皮带运输机的控制系统并完善相应的保护措施，提高皮带运输机的运行质量。
1、皮带运输机概述
在国民经济快速发展、煤炭能源开发不断增加的背景下，煤矿井下运输系统发生了较大的变化，而皮带运输机在现代化煤矿井下输送中发挥着重要作用。皮带运输机是指利用皮带无极运动运输物料的机械设备，具有运输距离长、工作阻力小、耗电量低、运输能力强等优势，可有效提高煤炭输送效率、增加煤矿企业的经济效益。
皮带运输机主要是由驱动装置、滚筒组、垂直拉紧装置等部分共同构成的，其中驱动装置包括电机、减速器、联轴器以及液力耦合器；滚筒组包括驱动滚筒、机头改向滚筒、机尾改向滚筒；垂直拉紧装置含有上下改向滚筒与配重滚筒；托辊组件可以为运输带以及物料提供支撑；清扫器是由空段清扫器以及头部清扫器构成的[1]。
在运行过程中运输带会绕经驱动以及改向滚筒，且二者之间会产生一定的摩擦力与张紧力，便可以促进运输带的运行，从而将物料运输至指定地点。此外，在长期发展过程中，皮带运输机的控制系统经历了三个阶段，即利用数字逻辑进行控制、利用单片机进行控制、利用PLC技术进行控制。
2、皮带运输机控制系统
2.1 PLC控制技术
PLC是一种可编程逻辑控制器，是针对工业环境的数字运算操作电子系统，可以执行逻辑运算、顺序控制等各种指令，在工业生产中发挥着重要作用。PLC主要包括电源、中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元等部分，在运行过程中会先进行输入采样，即通过扫描的方式读取所有的状态与数据，并将其存入到相应单元中，之后进行用户程序执行，即扫描用户程序，最后进行输出刷新[2]。
相比于传统的控制技术，PLC技术具有诸多优势，为皮带运输机的运行控制提供了有效的技术支持。具体包括：(1)可靠性强。PLC多采用单片微型计算机，具有较高的集成度，且具有电路保护以及自主诊断等功能，可有效增强控制系统的可靠性。(2)编程难度小。PLC编程多采用命令语句以及继电器控制梯形图，相对简单。(3)组态灵活性强。PLC应用了积木式结构，只需要简单组合就可以调整控制系统的功能。(4)运行速度快。PLC可进行程序控制，比继电器逻辑控制的速度快很多。(5)功能模块齐全。PLC的输入与输出功能模块都比较齐全，可以直接与各种工业器件相连。
2.2 PLC控制系统操作模式
PLC控制系统的操作模式主要包括手动操作与自动操作这两种类型，增强了皮带运输机操作的选择性。首先，手动操作是指操作人员可以在解锁状态下按照相应程序手动启停运输机。其次，自动操作是指系统可以在PLC程序与其他组态软件相结合的状态下自动启停皮带运输机。
例如，若控制系统处于自动工作状态中就可以根据预先设定的程序自动控制皮带运输机的启停，且自动采集皮带运输机的运行数据[3]。同时，若皮带运输机在运行过程中出现异常情况，控制系统会自动发出警报并关闭设备，这样增强了设备运行的安全性。
2.3 PLC控制系统启动方式
在PLC控制的情况下，若无煤皮带运输机就会正常启动，若有煤就会带煤启动，达到了顺煤流启动、逆煤流启动的效果。
2.4 PLC控制系统变频控制
在控制系统中将PLC技术与变频器结合起来，优化了电机的软启动与停止功能，减小了电机在启停过程中对电网冲击，增强了皮带运输机转速的恒定性。
2.5 PLC控制系统供电选择
皮带运输机PLC控制系统的运行需要安全稳定供电线路的支持，因此根据相关规定设置“三专”线路，为皮带运输机提供专用的供电变压器、供电电缆以及变电开关，使皮带运输机控制系统能够更好地运行。
2.5.1 供电变压器
皮带运输机运输线路的功率是皮带给煤机变电站负荷功率，所以可以根据公式（1）计算皮带运输机供电变压器的最低功率。
式（1）中：S为皮带运输机供电变压器的最低功率，kV·A;Pe为线路总功率，kV·A;Kr为需用系数；cosφ为功率因数[4]。
在计算之后，根据皮带运输机所处环境的温度，选择超过计算结果的变压器，从而提高皮带运输机的运行质量。
2.5.2 供电电缆
在选择供电电缆前，应通过公式（2）计算出皮带运输机的设备负荷，并通过公式（3）计算皮带运输机的设备持续电流，避免皮带运输机控制系统无法正常运行。
式（2）中：P指的是设备负荷计算功率，kW;Kr为需用系数；PN指的是电动机的额定功率，kW。
式（3）中：Iw为设备持续电流，A;P为设备负荷计算功率，kW;UN为电动机的额定电压，V;cosφ为功率因数。
在计算之后需要根据皮带运输机所处环境的温度，选择超过计算结果的供电电缆，从而提高皮带运输机的运行质量。
2.5.3 变电开关
在选择皮带运输机的变电开关时应充分考虑过电流继电器的电流整定值。一般情况下，可以通过公式（4）计算电流整定值。
式（4）中：Iz为电流整定值，A;IQe为容量最大电动机的额定启动电流，A;Kr为需用系数；Ie为其他电动机的额定电流，A。
总之，应确保所选开关过电流继电器的电流整定值大于电动机额定电流总和。
3、皮带运输机保护措施
3.1 温度保护措施
在运行过程中，皮带运输机中的皮带与滚筒之间会不断摩擦，产生大量的热量，若不加以控制会导致整个设备出现损坏。为此，在皮带运输机的重点位置设置温度传感器，通过传感器采集设备温度数据，并判断设备温度是否在合理范围内，若发现设备温度超过正常标准就要立即停机，避免设备损坏。例如，在皮带运输机的主动滚筒周围设置温度传感器，并科学设置传感器的温度整定值，从而在实际温度高于整定值时自动停机。
3.2 防滑保护措施
皮带运输机在运行过程中可能会出现速度不合理等问题，引发打滑等安全事故。需要在设备重点位置设置防滑保护装置，通过传感器实时监测皮带运输机运行速度，在驱动滚筒与运输带出现打滑摩擦问题时自动关闭设备，降低出现打滑事故的概率。
常用的防滑保护装置有滚轮式保护装置与磁铁式保护装置，在应用滚轮式保护装置时需要将传感器安装在上运输带下方或下运输带上方，在应用磁铁式保护装置时需要在滚筒侧面安装磁铁，并在磁铁对应支架上安装速度传感器，从而在滚筒转速低于设定值时自动关闭设备[5]。
3.3 急停与禁启保护措施
在环境温/湿度不合理、操作方式错误等因素的影响下，皮带运输机在运行过程中会出现故障，若不加以保护可能会造成严重后果。为解决这一问题需要在设备中设置急停与禁启保护措施，在出现故障时通过急停保护系统避免设备损坏，在检修时通过禁启保护系统避免设备突然启动。
3.4 堆煤保护措施
若没有控制好物料量会导致煤炭在运输带上大量堆积，影响运输带的正常运行。需要在皮带运输机中设置堆煤保护装置，通过传感器监测运输带偏离中心线的动作摆角，并判断角度是否在合理范围内，若角度大于预定值就启动设备保护，增强设备运行的稳定性。
常用的堆煤保护装置有两种，一种是安装在煤仓上口，另一种是安装在两部运输机的搭接处，这两种保护装置在检测到异常的煤堆积情况后都会自动停机并报警。
3.5 防跑偏保护措施
第一，设置防跑偏保护装置。若运输带跑偏将会影响物料的正常运输，所以需要在皮带运输机中设置防跑偏装置，通过该装置及时修正皮带位置，避免皮带偏离中心线过多。例如，在皮带运输机的两端设置防跑偏开关，通过开关进行自动检测，使开关发现一级跑偏问题自动报警，发现二级跑偏问题自动停止运行。也可以在皮带运输机的中间位置安装自动纠偏装置，通过该装置的偏转使运输带自动复位。
第二，调整承载托辊组。在应用这种方法时需要将托辊组的两侧安装孔都设置为长孔并及时调整托辊组的位置，从而降低皮带出现跑偏等问题的概率。
第三，安装调心托辊组。调心托辊组包括多种类型，例如立辊式、四连杆式等，可以通过阻挡或横向推力调整皮带，解决皮带跑偏问题。
总之，需要根据实际情况选择合适的防跑偏保护措施，或将多种措施结合起来，从而达到更好的保护效果。
3.6 防尘保护措施
煤矿生产过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘会对皮带运输机的正常运行产生不良影响，所以应科学设置防尘保护装置，避免运输巷道的粉尘浓度过高。首先，应在距离驱动滚筒5m处的下风口处设置烟雾保护装置，通过该装置自动检测皮带运输机周围烟雾的浓度，并在浓度过高时自动报警并停机[6]。其次，应在皮带运输机驱动装置的两侧设置自动洒水装置，通过自动洒水的方式减少烟雾，并降低温度。
3.7 张紧力下降保护措施
若运输带的张紧力下降可能会导致运输带与驱动滚筒之间出现打滑问题，所以需要在皮带运输机中设置张紧力下降保护装置，通过该装置检测运输带的张紧力，并在出现打滑问题时自动停机。
3.8 防逆转保护措施
皮带运输机在运行过程中可能会出现逆转飞车事故，若不加以预防与保护会造成严重后果，所以在运输机中设置滚柱式逆止保护装置，以及定型防逆转装置，降低运输机出现逆转事故的概率。
3.9 防撕裂保护措施
皮带撕裂是常见问题，设置防撕裂保护装置可有效减少故障的发生，因此需要提高对防撕裂保护装置的重视程度，并根据实际情况安装带式防撕裂装置或网式防撕裂装置等保护装置。
4、结束语
PLC技术是一种较为先进的控制技术，在煤矿皮带运输机中应用该技术有利于优化设备操作模式、启动方式，所以应提高对PLC控制系统的重视程度，并不断完善系统。同时，为了保障皮带运输机的可靠运行应加大保护力度，降低皮带运输机出现过热、速度不合理、跑偏、撕裂等问题的概率，为煤矿生产提供支持。
参考文献:
[1]董玉静,郑雷.基于模糊算法的煤矿皮带运输机故障诊断方法[J].现代工业经济和信息化,2022,12(7):304-305.
[2]杜朝伟.煤矿皮带运输机常见故障的分析与处理[J].冶金管理,2022(7):28-30.
[3]苗兵兵.PLC控制技术在煤矿皮带运输机皮带保护中的应用[J].机械管理开发,2022,37(3):177-178+181.
[4]姜明伟.基于PLC的井下煤矿皮带运输机监控系统设计[J].机械管理开发,2022,37(1):241-243.
[5]米迎春.煤矿皮带运输机皮带打滑问题原因及改进措施分析[J].内蒙古煤炭经济,2021(22):127-129.
[6]张银学,李东.分布式光纤测温系统在煤矿皮带运输机上的应用分析[J].新型工业化,2021,11(4):128-129.
文章来源:刘晨晖. 煤矿皮带运输机控制系统与保护措施分析[J]. 矿业装备, 2023, (12): 152-154.
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2025-07-07我要评论
期刊名称：煤矿机械
期刊人气：2120
主管单位：国家煤矿安全监察局
主办单位：哈尔滨煤矿机械研究所
出版地方：黑龙江
专业分类：煤矿
国际刊号：1003-0794
国内刊号：23-1280/TD
邮发代号：14-38
创刊时间：1980年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
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2023-12-06
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