據不完全統計，我國大部分地區傾角在280以上煤層的可采儲量達10億I，而帶式輸送機的傾角大部分在18°一28°之間，因此，研究280以上大傾角帶式輸送機，既可節省基建投資，又可加快施工進度，具有很大的市場效益。其中電控系統是重點研究對象，其硬件選擇需遵循啟動時間短、反應速度快的原則，并具有自診斷恢復和易于維護的特點，軟件可做到各個部分協調工作、邏輯清楚、系統全面。
2、方案確定
本文按阜新海州立井煤礦技術參數與要求，重點研究大傾角帶式輸送機電控系統的主要特點。
(1)主要技術參數
輸送物料 原煤
輸送能力 450t/h
輸送傾角 +35°
主電機功率 2x560kW
(2)速度實驗
帶式輸送機運行的可靠性及穩定性受帶速、原煤的含水率、顆粒度及輸送量影響較大。傾角在+350情況下，若輸送機運行的速度過快，會造成大量的煤塊滾落；若過慢，又會影響出煤效率，故在正式運行前，主要通過試驗確定運行速度。帶速分別按2m/s、2.5m/s、3.15m/s進行帶載運行試驗，觀察是否出現滾料或煤相對于輸送帶下滑等現象；進行帶載啟動試驗(a=0.3m/s2)，觀察是否出現滾料或煤相對于輸送帶下滑等現象；進行帶載停車試驗（口= -0.3m/s2），觀察是否出現滾料或煤相對于輸送帶下滑等現象。
爬坡實驗中發現，在帶速≤2. 5m/s、加速度≤0.3m/s2時，帶速輸送機在各種工況（滿載運行、滿載停車及啟動）下運行相對比較平穩，雖然表面有煤塊滾動現象發生，但不嚴重；當帶速為3.15 m/s時，表面煤塊滾動現象加劇，帶速輸送機運行情況較差。另外當輸送量很小以及煤塊較多時，帶速輸送機無法正常輸送物料。通過實驗，帶速應控制在2.5m/s以內比較合適。
(3)系統結構
電控系統主要包括高壓開關柜、控制柜、變頻器等。其中重點探索了以下三個方面。
1)減少輸送帶動張力。對于大傾角帶式輸送機來說，如何減少輸送帶的動張力，是輸送機設計者必須考慮的首要問題。減小啟、制動時的最大加速度，使啟動加速度的斜率控制在一個合理的范圍內，可以減少輸送帶的動張力。輸送傾角越大，帶速輸送機啟動時的加速度對物料輸送的穩定性影響越大。對于滿載的大傾角帶式輸送機，過大的加速度會引起物料下滑或滾動，減小啟、制動時的最大加速度顯得更為重要。在大型帶式輸送機中，速度斜率如果在啟動初期加入一段延遲段，約3～8 s（依輸送機長度定），能進一步改善啟動的瞬間峰值張力（見圖1），在延遲期內，可以給原來松弛的輸送帶及時拉緊留下余地，在加速度增大、力矩增大之前，使所有的帶式輸送機元部件在很低的力矩和速度下進入運轉狀態，削弱過大的張力。為此，要求軟啟動裝置具有以下的速度曲線和特點。
a．確保啟動的平穩性；
b．可以實現滿載啟動，并且滿載起動時物料不會下滑；
c．減少啟動時輸送帶的動張力，這就降低了輸送帶的安全系數，也降低了對輸送機元部件機械強度的要求；
d．減少對電網電流與電壓的沖擊，保護整個供電系統和井下其他設備的安全；
e．降低了整臺帶式輸送機的費用，
f.制動時可防止發生滾料現象。
2)控制柜的組成。控制柜提供主電機風機、制動油泵電機、主機、潤滑泵、灑水、信號、急停的按鈕和控制方式、速度選擇的旋轉開關，還有各種沿停、跑偏、縱撕、斷帶、煙霧、堆煤、超溫、打滑等故障指示燈與風機、主機、制動泵、潤滑泵等的運行指示燈，以及警報用的蜂鳴器。控制柜的核心部件PLC采用ABB的AC800M系列。
AC800M具有很高的人性化集成，集成可配置為冗余的兩個以太網接口，既節省通訊模塊又增加系統的可靠性；集成的Modulebus光纖通訊端口，不但可以擴展S800 110 cluster．還可以連接ABB標準傳動；配備的兩個RS - 232C端口，可供CPU與編程／調試工具以及第三方系統和設備之間進行點對點通訊。AC800M支持無硬件組態；支持熱啟動保持、冷啟動保持，避免下載程序引起的系統停機和參數丟失；采用標準的OPC通訊接口，兼容任何可以支持OPC協議的第三方軟件，并用標準以太網作為通訊介質。AC800M支持診斷／事故追憶功能，可提前避免通訊故障發生。
3)變頻器選擇。經過大量調研，最終決定采用ABB公司的ACS800系列共用直流母線多傳動變頻器。由于皮帶傾角較大，啟動和停車都比較困難，ACS800變頻器采用直接轉矩控制技術和磁通穩定相結合的方法，具有快速轉矩響應和低頻時具有的較高轉矩，可以實現帶式輸送系統的平滑啟動和精確控制，提高帶式輸送系統的動態性能和運行效率：ACS800的主要性能特點為：
a．電源斷電時將利用旋轉著的電機動能繼續運行；
b．能提供可控且平穩的最大啟動轉矩，最大啟動轉矩可達200%的電機額定轉矩；
c．能在幾毫秒內測出電機的狀態，任何條件下0. 48 s內迅速啟動；
d．動態轉速誤差開環應用時為0.4#，閉環應用時為0.l%；
e．動態轉矩階躍響應時間開、閉環應用時能達1～5ms。
考慮了電機的參數與工況需要，在實際運行過程中使用ACS800變頻器將啟動轉矩設定為120%，既擴大過載的承受能力，又提高工作效率。按照啟動曲線編程，設定啟動時間，控制電機的速度與轉矩在合理的范圍內，在特殊情況下，可以在線實時修改變頻器的參數而改變電機運行模式。為實現合理分配，采用主、從控制技術來實現兩套驅動裝置之間的速度同步和力矩平衡，主、從控制分為從機速度控制和從機力矩控制。從機力矩控制適用于剛性連接，從機的力矩給定來自于主機的力矩輸出；從機速度控制適用于柔性連接，從機的速度給定來自于主機的速度輸出，可使負載在電機之間均衡分配，以保證各電機出力均衡和速度同步。
4)編制符合現場流程的軟件。根據AC800M的編程環境與要求，遵循帶式輸送機的控制規律，調試符合現場流程的軟件。以控制柜的操作面板為例，簡述操作流程。系統工作方式分為三種：集控、手動、檢修。集控時無需人工操作，完全由PLC控制自動運行，監測各設備及保護傳感器的運行情況，并進行簡單的故障處理；手動時主要用于設備調試階段，當控制核心發生故障時，也可作為臨時生產的應急措施；當輸送機的外部傳感器發生非主要保護故障時，先將保護旁路，繼續開車，此時可邊檢修邊運行，最大限度滿足生產。為了安全起見，如果變頻器在運行，應先轉為低速再進行檢修。
手動方式操作時，需確認工作人員是否到位，在沒有故障信號的情況下，將高壓開關柜合閘，依次啟動變頻器風機、主電機風機、潤滑油泵電機、制動油泵電機后，收到變頻器使能信號再啟動變頻器，進入運行狀態。在運行中可以調整低速、中速、全速開關，也可在運行之前設定速度再啟動。
3、系統特點
(1)可控軟啟動技術
大傾角帶式輸送機設計中，軟啟動技術已成為確保正常工作的標志。即在～定的啟動時間內，通過控制啟動加速度值來確保帶式輸送機按所要求的速度曲線平穩啟動，并達到額定的運行速度，同時使電動機的啟動電流和輸送帶的啟動動張力控制在允許范圍內。本項目通過對ABB公司AC800M-PLC的合理控制，使ACS800-變頻器帶動電機按照圖l的速度曲線啟動，實現了帶式輸送機的軟啟動。
(2)人機通訊
在工作室內配備了研華工控機，裝有WinCC組態軟件，靠OPC Server聯結AC800M。操作人員通過工控機，可在線讀出PLC內的程序以及全部參數，進行實時修改，如有故障報警，可及時處理。ACS800變頻器提供良好的控制盤，既可嵌入在柜體表面，又可提供3m長的聯接電纜。在控制盤上有四種不同的鍵盤模式：實際信號和故障記錄顯示模式、參數模式、功能模式和傳動選擇模式。實際信號顯示模式中可以同時監視三個實際信號，諸如頻率、轉速、電流和流量等信號。人機界面見于圖2。
(3)軟件編程
操作人員可以根據現場情況調節PLC的程序并下載到CPU中，邊調試邊運行，也可以在無硬件條件下，通過軟件模擬調節程序，支持無硬件仿真。由于PLC具有以太網接口，操作人員可通過設定的IP地址通過以太網與PLC連接，進行遠程調試。
4、結語
本系統現已投入運行，輸送帶能進行上運35。傾角的原煤輸送，在輕載、半載及滿載裝料時，無論在起動過程、運行階段，還是制動過程及靜止狀態，都能使物料在輸送帶上保持穩態，尚未出現物料下滑和滾料現象。
該機的研制成功，拓展了大傾角帶式輸送機的最大輸送角度，增大了大傾角帶式輸送機的使用范圍，為煤礦主斜井運輸系統箕斗提升改為大傾角上運帶式輸送機提升提供了可靠的技術保障，具有顯著的社會效益及推廣價值。
相關輸送機產品：
1、刮板輸送機
2、螺旋輸送機
