1.緒論
帶式輸送機是現代煤礦高產高效的主要輸送設備。防爆變頻器采用無速度傳感器矢量控製，與交流異步電機組成交流變頻拖動，是目前井下輸送帶拖動要求和價格適中的最佳拖動設備。
因煤礦的特殊生產條件，皮帶運輸車的運煤量並不均勻，載重輕、不載重時，皮帶運輸車的高速運行對機械傳動係統造成了極大的損耗，同時由於生產需要，耗電也較低速度運行時大得多，但皮帶運輸車係統卻不能隨時停下來。根據井下皮帶機輸送係統的具體情況和要求，研製開發井下皮帶機智能控製係統。該係統根據負載的大小實時控製拖動電機的加速或減速，從而使皮帶機達到最佳工作狀態。適用於煤量隨時間頻繁變化的係統，能極大地節省電力，減少皮帶輸送係統的設備損耗，延長設備使用壽命。
2.輸送機智能控製係統的硬件構成。
輸帶機的智能控製係統由控製裝置、變頻器、驅動電機等部分組成。其控製單元包括可編程程序控製器PLC、A/D和D/A轉換模塊，變頻器由隔爆殼主腔體、隔爆接線腔、本安控腔、變頻調速控製係統、程序參數控製器(鍵盤或CCS)操作台等組成。負荷電流信號來自於各驅動皮帶機變頻器輸出的電流反饋信號。
礦井皮帶輸送機係統多采用雙輥驅動或多輥驅動，每一個驅動輥由單個電機拖動。控製PLC可以實現功率平衡，給定啟動信號，給定轉速控製，與其它控製器通訊，數據采集和集控等功能。它具有故障自診斷和反饋，工作狀態反饋，電流反饋，無速度傳感器矢量控製，加減速時間，S曲線可任意調節等功能和特點。此外，變頻器還具有過載、過流、漏電、斷相、欠壓、超壓等多種相位保護功能，PID控製器可實現工頻/工頻轉換。
礦井供電電壓660V/1140V，與目前市場上廣泛使用的380V交流變頻器不一樣，大量使用在地下煤礦。此外，煤礦井下用電設備的保護等級至少為IP44以上，目前市場上的變頻器多為IP23以下。根據井下實際情況，選用ZJT係列防爆變頻器，它既是礦井的隔爆型，又是本質安全型。無速度傳感器矢量控製方式實現了變頻調速，動態高速響應，低頻轉矩大，控製靈活，滿足了寬幅變頻調速和大轉矩的要求。電機頻率的調節控製，應根據現場工況的需要，采用無級調速的方式，設定好實際需要的參數值，即頻率/速度值，以達到精確適應輸出所需的頻率/速度/功率。在現場條件改變時，可隨時通過本質安全型參數程序控製器(鍵盤)(CCS)對其參數進行修改。
3.帶式輸送機智能控製係統控製方案
礦井皮帶機智能控製係統通過對前級皮帶機和本級皮帶機負載的分別測量，將采集到的負載電流信號進行比較和運算，向變頻器輸出模擬控製信號，並預先設定變頻器的基準速度，從而實時調整電機速度，實現皮帶機自控速度的智能控製，使皮帶機始終按最佳速度運行。
本帶式輸送機智能控製係統的具體控製方案如下：
為滿足易燃易爆及其他危險場合控製電動機軟起動、軟停用及寬幅、恒轉矩變頻調速控製功能，采用ZJT-30隔爆兼本安變頻器，對本級和前級輸送帶上的四台交流電動機進行驅動控製，變頻器可實現電動機的軟起動和軟停用。
選擇三菱FX2N係列PLC係列和A/D、D/A等模塊構成控製裝置。通過PLCA/D模塊，集中采集本級和一級輸送機四台驅動電機的負載電流信號(變頻器的電流反饋信號)，經控製軟件處理、計算後，由D/A模塊輸出控製信號，預置變頻器基準轉速，控製變頻器以相應頻率驅動輸送機，完成輸送機的自動變頻控製；可實現多電機驅動、多皮帶運行的自動功率平衡調節功能。
係統的控製采用遙控防爆控製箱防爆，同時具有帶速度顯示、報警、自動/手動切換和驗帶功能，保證了控製器在發生故障時能正常工作，驗帶功能實現運輸機低速驗帶。
當變頻器發生故障或跳閘時，會造成較大的停機損失，或出現其它意外故障，工頻變換係統可確保運行的安全性。
控製係統具有網絡通訊功能，可以進行遠程監控和控製，從而達到節能、高效運行的目的。
3.1軟啟動，軟停止特性。
在輸送帶傳動係統中，軟啟動和軟停止特性是首選的目標。傳送帶本身是一種彈性體，在帶負荷運行時又具有極強的慣性，傳送帶運輸機啟動加速度與停止減速之間的數值越大，在傳送帶上儲存的能量就越大，釋放出來的能量將對傳送帶機械係統產生巨大的衝擊。防爆炸變頻器的啟動、停止時間任意可調，即在啟動和停止過程中，加速度和減速任意可調，同時，為了使啟動更加平穩，還可配以其具有的S形加減速時間，使皮帶輸送機在啟動和停止過程中產生的衝擊降到最小。
3.2向量控製不測速。
為保證驅動電機在大範圍調速時的輸出轉矩，變頻調速裝置采用無速度傳感器矢量控製方式。無測速傳感器矢量控製的基本思想是根據輸入電機的參數，按一定的關係式分別檢測勵磁電流和轉矩電流，並通過控製電機定子繞組電壓的頻率，使勵磁電流和轉矩電流的指令值檢測達到一定的一致性，進而輸出轉矩。在異步電機上安裝精密的速度測量裝置，實現磁場定向的精確控製，但在井下皮帶輸送機上安裝速度測量裝置卻比較困難，同時還會增加係統的負荷。由於沒有速度傳感器，控製係統不需要硬件檢測，大大減輕了速度傳感器帶來的各種麻煩，提高了係統的可靠性，降低了係統的成本；此外，由於體積小，重量輕，減少了電機和控製器之間的連接。它的控製電機轉矩在1~50赫茲範圍內均保持150%額定轉矩。
輸送帶在輸送煤炭的過程中，任何時刻都有可能立即停止，重新啟動，因此必須考慮“重負荷啟動”能力。此外，由於采用無速度傳感器的矢量控製方式，低頻運行時能輸出1.5~2倍額定轉矩，所以最適合“重負荷啟動”。
礦用膠帶輸送機係統多采用雙輥驅動或多輥驅動，為了保證係統內部的同步性能，首先要求位於機頭的各輥應同步起停，某一電動機出現故障時係統應停止工作，同時要盡量保證各輥之間的功率平衡，以保證係統的輸送能力。該方法通過調節兩台變頻器的轉速來調節兩台電機的速度差，從而任意增大或減小兩台驅動電機的電流差。該係統通過調節各電機的轉速，使各電機的電流逐漸趨於平衡，從而形成動態功率平衡係統。

4.PLC與變頻器信號相連。
可編程序控製器(PLC)是一種集計算機技術、自動控製技術和通訊技術於一體的新型自動控製設備。PLC以其體積小、可靠性高、配置靈活等優點，在工業控製領域得到了廣泛的應用。采用變頻器組成自動控製係統時，可編程控製器可以提供控製信號(如速度)和指令引導信號(啟動、停止、反轉)。
轉換器的輸入信號包括開關型指令信號(數字輸入信號)，它可以在運行/停止、正轉/反轉、點動等運行狀態下進行操作。轉換器通過繼電器接點或具有繼電器接點開關特性的元件(例如晶體管)與上位機連接，獲得工作狀態指示。
頻率信號在轉換器中的輸入是模擬輸入。模擬器的輸入是通過接線端子，由外部給定，通過0~10V電壓信號輸入的。因為輸入信號不同，接口電路也不同，所以PLC的輸出模塊必須根據變頻器的輸入阻抗來選擇。
5.PLC控製係統軟件的開發。
輸送機智能控製係統由PLC、可編程程序控製器PLC、A/D和D/A、轉換模塊等組成，PLC主要實現控製功能。利用梯形圖編程實現了控製係統的軟件，程序主要包括顯示刷新，負載信號采集，控製操作，控製輸出等。
在控製單元部分，實現了對A/D和D/A轉換模塊工作狀態的自診斷。在A/D和D/A轉換模塊發生故障時，控製器控製顯示儀表顯示故障。ZJT係列變頻器有現場手動和遙控兩種方式，通過內部參數設置，實現兩種方式的切換。具有故障自診斷功能的變頻器，可實時向控製裝置傳送故障信號。在係統發生故障時，變頻器向控製器傳遞故障信號，控製器輸出故障報警信號和停止信號。
操縱操作部分是整個操縱梯形圖程序的主體。可編程控製器根據上位機皮帶負載電流I1和上位機負載電流I2通過計算，向變頻器輸出控製電壓信號，並預先設定變頻器速度基準，從而自動調整變頻器運行速度。控製器操作部分主要分為三大操作模塊：
電流-負載操作模塊，根據反饋定子電流計算出相應負載的大小；
負荷-速度操作模塊，根據模塊一計算出的負荷大小，計算出電機的最佳運行速度。
速度-頻率操作模塊，根據模塊二計算出的最佳運行速度，計算出輸出控製頻率。
在電流 - 負載運算模塊，對本級皮帶的定子電流進行積分，可以計算出一段時間間隔內定子電流的平均值。對於上級皮帶所檢測的定子電流進行分段處理。將上級皮帶定子電流值的變化範圍分成五段：I0,I1,I2,I3,I4,電流值依次增大，即I0< I1< I2< I3

6.結語
針對礦井皮帶機輸送係統的實際情況，研製開發了井下皮帶輸送智能控製係統。在此基礎上，實現了皮帶機的軟啟動、軟停止，並對皮帶機進行實時變頻調速控製，充分發揮了變頻器的調速功能和電機的性能。該係統極大地降低了皮帶機運輸係統的能耗，減少了設備的機械磨損，延長了皮帶機的使用壽命，提高了皮帶機的運行安全係數。采用可編程序控製器、A/D模塊等構成智能控製係統，具有可靠性高，抗幹擾能力強，程序靈活，便於擴展等特點。此外，該控製係統還具有電機多項保護，自診斷監測，網絡集成接口等功能。因此，礦山井下輸送帶智能控製係統功能強大，保護措施完善，必將給用戶帶來巨大的利益，具有廣闊的應用前景。

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