煤礦帶式輸送機控制系統中PLC技術的應用研究

摘 要：PLC是基于傳統繼電器技術發展而來的新型工業控制器，其以計算機控制程序為主，輔以回路調節，具備邏輯判斷、定時、計數、算術運算等多項功能，其不僅可以對開關量進行控制，還可以控制模擬量；其具備較高的可靠性及良好的適應性，可以適應各種工業現場的惡劣環境。本文就以某煤礦企業為例，針對PLC技術在煤礦帶式輸送機控制系統中的具體應用進行研究。

關鍵詞：PLC；煤礦生產；帶式輸送機控制系統

1 系統結構

某煤礦生產企業帶式輸送機控制系統中共有三條帶式輸送機，分別用于地面運輸、煤倉運輸以及煤礦發電運輸所用。該控制系統包括三大部分，即輸煤程控系統、現場傳感器及工業電視監控系統等；其中輸煤系統又包括取煤、運煤及配煤等子系統。生產現場設置操作臺，可以選擇手動模式或自動模式，其中手動模式必須在現場才能實現對輸送帶生產系統的控制；而自動模式則是利用PLC對變頻器、軟起動進行控制實現帶式輸送機的啟動運行。系統下位機PLC為西門子S7300系列，上位機設置監控軟件，基于Windows XP操作平臺運行。通過PROFIBUS網絡實現PLCCPU與上位機的通訊，采用MPI實現觸摸屏與PLC的通訊；PLC之間則通過工業以太網實現通訊。圖1為具體的系統結構圖：

2 控制系統的設計

2.1 硬件系統

系統主控制器采用的是西門子CPU315-2DP，其具備MPI 和 PROFIBUS兩個接口，為便于調度監控，還配置了以太網卡CP343-1 與 MIS 主網通訊。按照I/O點數配置6個開入模塊及3個開出模塊，并配置1個8路多種信號的模擬量輸入模塊及1個模擬量輸出模塊；從I/O模件到現場共有288個點，均設置指示燈，當現場輸入觸點處于閉合狀態或者輸出處于接通狀態時，指示燈亮起；輸出模件均設置熔斷器，并設置相應的指示器；開關量I/O通道均設置了隔離裝置；利用220V繼電器將現場與控制室之間的傳輸信號隔離開來。針對高負荷要求值采用中間繼電器予以處理。輸送帶工作系統采用的是大傾角、長距離的新型原煤帶式輸送機，其控制系統利用動態分析技術、智能控制技術等實現可編程電動控制。根據系統要求選擇Y系統三相導步電機，采用B級絕緣、全壓啟動，其定子饒組為△接法。

2.2 軟件系統

首先進行初始化將輸煤帶運輸至初始狀態。OB1包括三個部分，即公共程序、自動控制程序及手動控制程序。當自動/手動切換開關處于“ON”狀態時，會執行手動程序而跳過自動程序，反之當其處于“OFF”狀態時會執行自動程序而跳過手動程序，自動模式與手動模式的切換由公共程序來完成。系統要處于初始狀態下才能執行自動程序，否則需要通過手動模式操作系統使其進行初始狀態。具體系統程序自動模式與手動模式切換示意圖如圖2所示。

當PLC通電時，按照各開關位置設置標志位，再選擇流程，對事故停車信號做出判斷，在完成事故停成的同時進行設備預啟。預啟過程中，如果預啟時間未超過出規定時間，可以直接發送啟動命令，根據逆煤流方向啟動主設備，此時所有設備會按照逆煤流方向全部延時啟動；如果預啟時間超出規定時間，則要重新選擇流程；如果系統做出設備故障的判斷，則啟動會自動終止，并發出停止指令，此時系統中所有設備會根據順煤流方向依次延時停機。

3 輸煤系統的程控功能

3.1 運行聯鎖方式

該輸煤控制系統的控制方式包括三種，即自動程控、遠程手動及現場手動，三者互相結合，不管采用哪種控制方式，均能在輸煤系統出現嚴重故障時實現聯鎖跳閘。運煤系統啟動過程中是按照逆煤流方向依次啟動，即從生產流程中最后一臺設備開始，直至流程中第一臺設備啟動后，才會開始供煤。本文所提出的系統中，先啟動每條皮帶對應的除塵器；反之系統停運時會按照順煤流方向先將第一臺供煤設備停止，然后再依次停止至最后一臺設備，停運過程中每臺設備會根據預定的延時時間向下一臺需要停運的設備發送停機命令，以保證前臺設備有足夠的時間清除余煤。系統發生故障后，故障點下游設備會維持原來的工作狀態，而故障點及上游設備會瞬時停機，解除故障后再從故障點上游將設備重新啟動。

運行聯鎖方式可以有效控制任何設備超出順序異常啟動，皮帶機的運轉情況是通過速度開關來確認的，系統要求皮帶機的速度達到一定范圍后，下級設備自動啟動。根據運煤系統不同，程控系統分輥對應啟動皮帶與運煤設備，無論啟動哪種運行方式，均要先啟動與之對應的警告信號，對附近人員起到告知作用，如果未接通啟動信號，或其聲響時長不足均不得啟動。

3.2 自動配煤功能

自動配煤功能是按照不同煤種的加倉要求，由運煤控制室的操作人員在顯示屏上調出加倉畫面，再將給定加倉指令輸入系統，從而實現自動配煤。先按照一定順序向超低煤位倉配煤，當達到一定數量后，煤倉的超低煤位狀態會自動消除；然后再按順序依次向低煤位倉配煤，此時所有低煤位倉信號均會消除，然后再進行順序配煤即可；當一個煤倉配滿后按順序轉至下一個煤倉，直至裝滿全部煤倉。如果在順序配煤過程中出現低煤位倉或超低煤位倉，則要以這些低煤位倉為主，為其優先配煤，達到一定數量后再轉入正常的順序加倉配煤程序；直至所有煤倉均發出滿煤位信號，系統再自動停機，再將皮帶上剩余的煤量均勻分配至行煤倉。配煤過程中，系統可以控制自動跳過滿倉及檢修倉；利用上位機可以設置配煤的尾倉及檢修倉。自動配煤的方式包括兩種，一種時單路配煤，按照即定程序自動配置即可；另外一種是雙路配煤，系統處于雙路配煤模式時，可以先配甲路，完成配置后可以先停煤源一到兩分鐘，直至皮帶上無余煤再切換三通擋板，為乙路配煤。

參考文獻

[1]盧文海，李明.基于PLC的井下帶式輸送機控制系統[J].煤礦機械，2012（5）.

[2]趙彩紅.基于PLC的帶式輸送機控制系統設計[J].煤礦機械，2012（3）.

[3]任鋼鋒，李娟.PLC技術在帶式輸送機自動控制系統中的應用[J].昆明冶金高等專科學校學報，2009（1）.

[4]張炳良.PLC技術在帶式輸送機自動控制系統中的應用研究[J].煤質技術，2010（11）.

作者簡介：李志勇（1978-），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，現主要從事煤礦工業控制方面的研究工作。