基于PLC技術的煤礦井下帶式輸送自動控制系統的研究

肖利平

（貴州理工學院采礦工程學院，貴州省貴陽市，550003）

基于PLC技術的煤礦井下帶式輸送自動控制系統的研究

肖利平

（貴州理工學院采礦工程學院，貴州省貴陽市，550003）

針對傳統人工控制帶式輸送機啟停過程中存在的原煤遺撒和原煤堆積等問題，研究設計了一套基于PLC技術的煤礦井下帶式輸送自動控制系統，闡述了該系統的控制要求，介紹了該系統的硬件電路設計、使用操作和啟停時間設定。通過井下工業性試驗表明，該系統運行安全可靠，達到了煤礦井下采區帶式輸送系統無人值守的自動控制要求。

PLC 煤礦井下運輸 帶式輸送機 自動控制

煤礦井下采區帶式輸送機工作環境惡劣，受輸送距離、輸送物料流量和地理條件等因素的影響，往往需要安裝多條且傾斜角度不同的帶式輸送機組成帶式輸送系統共同實現物料的輸送。傳統人工啟停設備時，不能很好地協調各條帶式輸送機啟動的先后順序和時間間隔，往往出現原煤遺撒和原煤堆積等現象，甚至出現設備損壞和生產停止等嚴重后果。基于此，設計了一套基于PLC的煤礦井下帶式輸送自動控制系統來集中控制各條帶式輸送機的啟停。帶式輸送機的自動延時啟停減少了人工的繁瑣勞動，提高了帶式輸送系統運輸的安全性和可靠性，大大提高了煤礦的生產效率。

1 帶式輸送自動控制系統的控制要求

1.1 傳統人工啟停帶式輸送機的控制缺陷

傳統人工啟停帶式輸送機時，操作工人根據現場的啟停信號依次手動啟動或停止各條帶式輸送機時間間隔不容易掌握，而且容易因為操作失誤導致無法順利啟停，因而可靠性和人員安全系數較低。應用PLC技術的自動控制系統將實現在按下啟動按鈕或者停止按鈕時，整個帶式輸送系統會自動進行延時的啟動或者停止，降低帶式輸送機物料堆積或長時間無負載空轉造成資源浪費的可能。

為了防止膠帶在物料輸送過程中偏離運輸軌道發生損壞或者在生產中有緊急情況發生，根據膠帶長度為每條膠帶安裝多個跑偏開關及拉繩動作開關，在傳統繼電器啟停控制系統中，任意一條膠帶的跑偏開關或者拉繩開關動作都會導致整個帶式輸送系統立刻停車，大量物料堆積在膠帶上，為了避免電機高負荷啟動造成設備損壞，再次啟動時只能人工鏟除堆積在輸送膠帶上的物料，這樣就會消耗掉大量的人力和物力，還會導致生產的長時間延誤。

1.2 應用PLC技術的帶式輸送自動控制系統的優勢

以彎田煤礦7202采區配置的6條帶式輸送機構成的帶式輸送系統為例，應用PLC技術后實現多條帶式輸送機的自動順序延時啟停。從物料采集地到物料輸送目的地順序的6條帶式輸送機分別為1＃、2＃、3＃、4＃、5＃和6＃帶式輸送機。根據實際生產的需要，帶式輸送機的啟動順序為物料輸送目的地的6＃帶式輸送機開始啟動，然后是5＃、4＃、3＃和2＃帶式輸送機，最后啟動靠近物料采集地區的1＃帶式輸送機。帶式輸送機的停止順序為物料采集地區的1＃帶式輸送機開始停止，然后是2＃、3＃、4＃和5＃帶式輸送機，最后停止靠近物料輸送目的地的6＃帶式輸送機，即停止順序與啟動順序完全相反。

本系統通過PLC實現帶式輸送機跑偏開關或拉繩開關動作，當出現故障時帶式輸送機立刻自動停車，故障帶式輸送機的上游帶式輸送機同時自動停車，故障帶式輸送機的下游帶式輸送機繼續運轉延時停車。例如：當4＃帶式輸送機跑偏開關或拉繩開關動作時，4＃、3＃、2＃和1＃帶式輸送機將停止運轉，5＃和6＃帶式輸送機將繼續運轉延時停機，從而避免了5＃和6＃帶式輸送機上的物料堆積。待5＃和6＃帶式輸送機停止運行后，可對整個帶式輸送系統進行故障排查，消除故障后再次啟動帶式輸送系統時，只需要將故障帶式輸送機和上游3條帶式輸送機上的物料清除，下游2條帶式輸送機上的物料已經輸送完成，從而減少了人力資源的消耗，同時又縮短了耽誤生產的時間，提高了生產效率。越是運輸線路長和運輸系統復雜的情況下，本系統的優勢就越是明顯。

2 帶式輸送自動控制系統的硬件電路設計

2.1 PLC型號選擇

根據帶式輸送系統的控制要求，輸入部分為系統啟動、系統停止、故障輸入、復位和保護開關解除輸入等信號，共需要10個輸入端子。輸出部分為每個帶式輸送機主電機的啟動及故障顯示等信號，共需要12個輸出端子。根據系統的需要，在滿足系統要求的前提下，選用性價比較高的OMRON公司生產的CPM1A-30CDR-A型號PLC，該型號PLC的輸入端子為18個，輸出端子為12個，其端子數量滿足系統要求且無大量端子剩余，各端子接線示意圖如圖1所示。

圖1 PLC硬件端子接線示意圖

2.2 PLC電源模塊

PLC自帶有24 V的AC／DC電源模塊，可將市電的220 V交流電轉換為系統需要的24 V直流電。

2.3 輸入輸出端子部分

2.3.1 輸入端子部分

圖1中0CH部分的00端子為系統啟動按鈕SB0信號輸入端子，0CH部分的01～06端子依次為1＃～6＃帶式輸送機的保護開關信號輸入端子。保護開關信號為膠帶跑偏開關信號、拉繩開關信號及帶式輸送機主電機的保護開關信號的并聯信號，任一故障信號輸入時相應端子就會有信號輸入。0CH部分的07端子為系統停止按鈕SB7信號輸入端子。0CH部分的08端子為故障信號復位按鈕SB8信號輸入端子。0CH部分的09端子為解除保護開關作用旋鈕SA信號輸入端子，該信號用于解除保護開關對帶式輸送機的保護聯鎖作用。

2.3.2 輸出端子部分

圖1中10CH部分的00～05端子是1＃～6＃帶式輸送機電機主回路接觸器線圈輸出端子，即1＃～6＃帶式輸送機的主電機驅動信號輸出端子，若主電機接觸器線圈功率較大，PLC輸出端子輸出信號無法滿足要求，可利用輸出端控制小型電動閥來間接控制各條帶式輸送機電機主回路接觸器。10CH部分的06和07端子為1＃～2＃帶式輸送機的故障信號顯示輸出端子。11CH部分的00～03端子為3＃～6＃帶式輸送機的故障信號顯示輸出端子。

3 帶式輸送自動控制系統的使用操作

根據實際生產需要，帶式輸送機的保護開關動作信號在程序內部設有自鎖，即信號輸入后會一直保持信號輸入狀態直到按下復位按鈕SB8，因此在每次啟動帶式輸送系統之前或者日常故障檢修之后，需要先按下復位按鈕SB8并觀察各帶式輸送機故障信號顯示指示燈是否點亮，若故障信號顯示燈均未點亮說明該系統處于正常狀態，系統準備就緒。系統操作流程示意圖如圖1所示。

圖2 系統操作流程示意圖

當按下啟動按鈕SB0后，6條帶式輸送機會按照程序設定的啟動順序和延時間隔依次自動開啟設備，其中延時間隔長度可根據實際生產過程中帶式輸送機的輸送速度和長度進行更改設定。

當需要停止帶式輸送系統時，按下停止按鈕SB7，6條帶式輸送機會按照程序設定的啟動順序和延時間隔依次自動停止設備，其延時間隔長度亦可根據實際生產過程中帶式輸送機的輸送速度和長度進行更改設定。

在帶式輸送系統的正常運輸過程中，若某一條帶式輸送機的保護開關動作信號輸入，這條帶式輸送機及上游的幾條帶式輸送機會立刻停止運轉，以避免物料堆積將帶式輸送機壓死而為物料清除帶來難度，下游的帶式輸送機會繼續運行將物料向目的地輸送。如果下游的帶式輸送機在輸送過程中按下停止按鈕SB7，則下游的帶式輸送機會按照程序設定的延時間隔自動停止。如果在帶式輸送機運行過程中按下復位按鈕SB8，則所有運轉的帶式輸送機會立刻停止，因此復位按鈕SB8亦可以作為急停按鈕使用。

解除保護開關作用旋鈕SA用于解除整個帶式輸送系統中的所有保護開關的保護作用，在正常運行情況下嚴禁閉合此開關，以避免因失去保護而導致的帶式輸送機損壞。

4 帶式輸送自動控制系統的啟停時間設定

本帶式輸送自動控制系統設定的啟動延時間隔為：6＃與5＃帶式輸送機啟動間隔為3 s，5＃與4＃帶式輸送機啟動間隔為6 s，4＃與3＃帶式輸送機啟動間隔為8 s，3＃與2＃帶式輸送機啟動間隔為10 s，2與1＃帶式輸送機啟動間隔為12 s。本帶式輸送系統設定的停止延時間隔為：1＃與2＃帶式輸送機停止間隔為3 s，2＃與3＃帶式輸送機停止間隔為6 s，3＃與4＃帶式輸送機停止間隔為9 s，4＃與5＃帶式輸送機停止間隔為12 s，5＃與6＃帶式輸送機停止間隔為15 s。用戶可根據現場生產的實際需要自行調節延時的時間間隔，因為PLC中的時間間隔的基本單位為0.1 s，所以間隔設置只可精確到0.1 s。

5 結語

基于PLC技術的煤礦井下采區帶式輸送自動控制系統在貴州省盤縣彎田煤礦7202采區2013年投入使用，通過1年多的實際運行表明，該系統運行安全可靠，達到了煤礦井下采區帶式輸送系統無人值守的自動控制要求。7202采區帶式輸送自動控制系統由6條帶式輸送機和一個給煤機組成，帶式輸送自動控制系統準確地故障指示減少了人力資源的投入，良好的可靠性和安全性減少了因設備故障或人為操作失誤導致的設備損壞，降低了設備損耗，提高了礦井安全生產水平，達到了減員增效的目的。

［1］李鵬.PLC變頻控制系統在煤礦中的應用 ［J］.中國煤炭，2010（10）

［2］王整風，謝云敏 .可編程控制器原理與實踐教程［M］.上海：上海交通大學出版社，2007

［3］楊春穩，李俊豪，馬東娟等 .基于PLC煤礦通風機供電控制系統可靠性研究 ［J］.中國煤炭，2011（4）

［4］毛浩 .張家峁選煤廠電氣控制系統設計 ［J］.中國煤炭，2013 （6）

Research on automatic control system of belt conveyor for coal mine based on PLC

Xiao Liping
（College of Mining Engineering，Guizhou Institute of Technology，Guiyang，Guizhou 550003，China）

In view of the scattering and stacking of raw coal for traditional manual controlled belt conveyor in the process of start-up and stop，a set of automatic control system of belt conveyor for coal mine was developed on the basis of PLC.Its control requirements were expounded，moreover，the hardware circuit design and the operation instruction as well as the start-stop time setting were introduced.The underground industrial test showed that the system runs safely，meeting the requirements for unattended automatic control of belt conveyor for coal mine.

PLC，underground transportation in coal mine，belt conveyor，automatic control

TD528

A

肖利平 （1969-），女，湖南邵陽人，副教授，碩士，現任職于貴州理工學院采礦工程學院，主要從事自動控制、煤礦開采和煤礦安全方面的研究。

（責任編輯 路 強）