基于PLC的刮板输送机变频驱动方案设计

□ 赵志龙　西山煤电有限责任公司马兰矿

刮板输送机是煤矿综采工作面重要的机械生产设备，既为采煤机提供运行轨道，又承载运输煤块的任务。刮板输送机工作情况复杂，有空载启动、重载启动等多种工作模式。当刮板输送机空载启动时，所需转矩较小；当重载启动时，启动电流和转矩过大，对电机和刮板链条造成冲击，严重时可能会损坏电机，造成断链等情况。因此，刮板输送机的驱动方式经历了液力耦合器驱动、CST驱动、双速电机驱动以及变频驱动等过程。为应对刮板输送机复杂工况，解决机头机尾电机功率不平衡导致的卡链、断链以及堆链等故障，以云冈矿综采工作面用刮板机为研究对象，设计并实现基于PLC控制的刮板输送机变频驱动方案。

1　刮板输送机变频驱动方案系统设计

刮板输送机变频驱动方案的系统设计如图1所示。刮板输送机有机头、机尾两个电机，在变频驱

图1　刮板输送机变频驱动方案系统设计

表1　变频器主要技术参数名称技术参数额定电压2 300 V额定功率1 200 kW额定频率50 Hz最大输出功率60 Hz电网功率因素cosφ＞0.9674 /矿业装备 MINING EQUIPMENT

动方案中，由变频器1驱动机头电机，变频器2驱动机尾电机。PLC控制器对变频器1和变频器2进行整体控制，保证机头机尾电机功率误差在2%以内。PLC控制器与变频器之间以CanOpen通信方式实现PLC控制指令以及变频器数据信息的传送。在机头电机和机尾电机中安装有精度较高的旋转编码器，实时反馈电机的转速，保证变频器对电机的准确控制。为保证刮板输送机机头机尾功率平衡，

在PLC控制器中，对变频器1以及变频器2的控制参数进行匹配和优化，保证其功率平衡，解决刮板输送机链条卡链、断链等问题。

2　刮板输送机变频驱动方案硬件选型

基于PLC的刮板输送机变频驱动方案的硬件中，机头机尾电机以及旋转编码器选用永济电机厂定制的变频电机，变频器选用罗克韦尔系列的变频器，该变频器可以运行在二象限模式和四象限模式，并支持转矩控制和转速控制两种模式，根据刮板输送机机头电机和机尾电机额定参数，所选变频器的其主要技术参数如表1所示。

PLC控制器选用EPEC6100系列，该系列PLC控制器体型小巧，数字量输入输出点以及模拟量输入输出点功能齐全，且支持CAN、CanOpen、Modbus以及TCP/IP等多种通信制式，功耗较低，防护等级较高等优点。在该变频驱动方案中还需要配备有电机的启动、停止、急停、加速、减速、复位、正转/反转等按钮，选用沈阳广角的矿用隔爆型控制按钮以及矿用隔爆型急停按钮，该控制按钮性能优异，符合刮板输送机的工作要求。

3　刮板输送机变频驱动方案软件设计

刮板输送机变频驱动方案的软件基于EPEC PLC控制器并采用ST语言进行软件编程实现。软件设计的PLC主流程控制如图2所示，首先完成

系统初始化工作，主要是对程序中用到的变量以及内存空间进行的初始化；其次是完成对输入数字量延时处理，其目的是防止由于机械抖动造成的输入数字量变化，进而造成机器的误操作，在延时处理中，一般延时时间为2 s，以机头电机“启动”按钮为例，只有按下机头电机“启动”按钮2 s后，变频器才会驱动机头电机启动，这样就防止了由于误操作或机械抖动等信号干扰而导致的机器误动作。完成延时处理工作后，需要建立PLC控制器与变频器1以及变频器2之间的CanOpen通信连接，严格按照CanOpen通信连接建立的步骤完成，并完成通信双方的参数配置，如通信端口、波特率、奇偶校验位、错误校验等。当刮板输送机启动后，进入变频驱动过程，否则就结束PLC程序。

刮板输送机的变频驱动控制流程见图3所示，其状态主要分为空载启动、重载启动以及正常启动三种，控制方式有加速、减速两种。根据刮板输送机电机参数和实际工况，计算出其空载启动的理论转矩N1，重载启动的理论转矩N2。当刮板输送机空载启动时，PLC控制器控制变频器，以转矩 驱动机头机尾电机启动。当刮板输送机重载启动时，PLC控制器控制变频器，以转矩N2驱动机头机尾电机启动。否则，以额定转矩驱动机头机尾电机启动。当按下“加速”按钮后，变频器以步距Step控制电机增加转矩；当按下“减速”按钮后，变频器以步距Step控制电机减少转矩。步距Step值的确定是根据刮板输送机的实际运行工况决定的。当没有按下“加速”、“减速”按钮时，保持当前转矩不变。刮板输送机采用变频驱动方案，在节省电能的同时，提高了工作效率。PLC控制器与变频器之间的CanOpen通信既保证了PLC控制指令的正常传递，又保证了变频器参数的传递，PLC控制器接收到该数据信息后，参与变频器驱动方案逻辑处理。

刮板输送机变频驱动方案在运行中，会出现故障，如变频故障，机头机尾电机故障以及按钮故障等。在出现故障时，应急方案为按下“复位”按钮，即可对故障进行清除，重新启动刮板输送机。为保证刮板输送机正常运行，需要对其出现的故障进行专门的设计，HMI人机界面监控平台就是较好的解决方式之一。

图2　PLC主流程控制

图3　变频器驱控制流程4　结语

设计并实现的基于PLC的刮板输送机变频驱动方案，解决了机头机尾电机功率不平衡问题，降低了刮板输送机链条故障率，并可以根据实际工况对刮板输送机进行加速、减速等操作。该设计方案已经完成工业性试验，结果表

明所设计的变频驱动方案运行安全、稳定，在节省电能的同时极大的提高了刮板输送机工作效率。

〔赵志龙（1991—），男，从事安检工作〕

2019.2 矿业装备 / 75