淺議煤礦井下皮帶運(yùn)輸中P L C的應(yīng)用

武廷龍

（開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 063017）

煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸工程中，皮帶運(yùn)輸是一種比較常用的方式，其中皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行性能在根本上決定了煤礦的生產(chǎn)效益。就其應(yīng)用現(xiàn)狀來看，主要是由工作人員進(jìn)行操作，存在的安全隱患比較大，并且人員調(diào)試設(shè)備的方式會(huì)增大設(shè)備運(yùn)行的誤差，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損害。而PLC在其中的應(yīng)用，可以通過繼電邏輯控制與IT技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)行，提高設(shè)備協(xié)調(diào)管理效率，在保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，不斷提高生產(chǎn)效益。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)分析

皮帶運(yùn)輸是煤礦井下生產(chǎn)常用的一種運(yùn)輸方式，目前在技術(shù)角度上來說已經(jīng)取得了一定的成果，常見的主要有順槽可伸縮式皮帶運(yùn)輸機(jī)以及大傾角長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)等，現(xiàn)在已經(jīng)得了廣泛的應(yīng)用。其中，皮帶運(yùn)輸機(jī)是影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，對(duì)于其性能的衡量，一般都是選擇從運(yùn)輸距離、帶速、運(yùn)輸量以及驅(qū)動(dòng)總功率等指標(biāo)來進(jìn)行研究評(píng)估。整個(gè)煤礦井下皮帶運(yùn)輸結(jié)構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)、保護(hù)裝置以及皮帶運(yùn)輸機(jī)。

1.1 控制系統(tǒng)

目前我國(guó)煤礦井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)雖然也利用了PLC來進(jìn)行控制，但是在實(shí)際應(yīng)用上還存在很大的局限性，僅僅停留在電子圖版方面，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用效果存在很大的差距，還需要就控制系統(tǒng)中存儲(chǔ)、計(jì)算以及邏輯推理等方面進(jìn)行更為深入的研究[1]。

1.2 保護(hù)裝置

從皮帶運(yùn)輸?shù)恼w運(yùn)行效果上來看，系統(tǒng)的保護(hù)裝置技術(shù)還比較落后，只能完成最基本的防跑偏、堆煤、防打滑以及超溫灑水等操作，在運(yùn)行安全性與靈敏性等方面還存在嚴(yán)重的不足。針對(duì)此種情況，需要積極吸取國(guó)外急停閉鎖開關(guān)、控制運(yùn)輸帶縱向撕裂以及滾筒溫度控制等方面專業(yè)技術(shù)，不斷提高保護(hù)裝置的運(yùn)行效果。

1.3 皮帶運(yùn)輸機(jī)

目前煤礦生產(chǎn)中選擇利用的皮帶運(yùn)輸機(jī)種類比較少，再加上煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，在實(shí)際應(yīng)用過程中，存在眾多因素影響降低了皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行效率。想要在整體上提高其運(yùn)行效果，更進(jìn)一步促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率，就需要更深層次的對(duì)其進(jìn)行研究，尤其是要做好特殊型專用皮帶運(yùn)輸機(jī)的研究發(fā)展。

2 PLC運(yùn)行原理分析

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

PLC在煤礦井下皮帶運(yùn)輸電控系統(tǒng)中的應(yīng)用，分別采用操作PLC與保護(hù)PLC來完成各項(xiàng)操作，并通過電纜連接工程一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)。其中，操作PLC模塊部分主要由1個(gè)電源模塊與一個(gè)CPU模塊，3個(gè)輸入與1個(gè)輸出模塊組成，以此配置來完成對(duì)PLC保護(hù)柜與上位機(jī)傳送信號(hào)的接收與輸入，然后根據(jù)邏輯控制操作面板中指示燈顯示情況，來將其中一部分輸入與輸出信號(hào)傳送給PLC保護(hù)柜，并將其余部分信息傳送到上位機(jī)[2]。當(dāng)PLC與上位機(jī)處于正常通信狀態(tài)時(shí)，操作臺(tái)中繼電器會(huì)處于封閉狀態(tài)，相反的如果PLC與上位機(jī)處于通信中斷狀態(tài)時(shí)，則操作臺(tái)中繼電器會(huì)開啟，保證接點(diǎn)信號(hào)可以輸入PLC，并取代上位機(jī)信號(hào)。另外，保護(hù)PLC模塊主要由將1個(gè)電源模塊，1個(gè)CPU模塊，2個(gè)輸入與輸出模塊組成，此種結(jié)構(gòu)組成來完成PLC傳送信號(hào)的接收與輸入，并以邏輯控制繼電器動(dòng)作為依據(jù)，將所有輸入與輸出信號(hào)傳送到操作PLC中。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理

將PLC系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦井下皮帶運(yùn)輸中，需要對(duì)煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性進(jìn)行綜合分析，PLC輸入與輸出應(yīng)采用12路隔離設(shè)備進(jìn)行信號(hào)隔離，并切阻性采用250V/5A接點(diǎn)容量。另外，為確保PLC控制皮帶運(yùn)輸距離長(zhǎng)度可以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，應(yīng)將PLC輸出容量適當(dāng)?shù)恼{(diào)大，并利用轉(zhuǎn)換板與隔離板實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離與放大，以此來實(shí)現(xiàn)控制距離的轉(zhuǎn)換[3]。另外，選擇利用隔離電路來帶動(dòng)PLC控制設(shè)備，即便是設(shè)備在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)故障，對(duì)PLC系統(tǒng)造成的影響也比較小，不會(huì)產(chǎn)生直接性的損壞。這樣不僅可以提高煤礦井下運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑫r(shí)還可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限。

3 PLC在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用分析

3.1 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

煤礦井下皮帶運(yùn)輸方式，主要是電動(dòng)機(jī)以均轉(zhuǎn)矩與均轉(zhuǎn)速綜合1+單機(jī)、2+單機(jī)的方式運(yùn)行，不同方式其運(yùn)行速度不同，而運(yùn)行速度與運(yùn)行具體情況主要由系統(tǒng)給定方式來決定。操作PLC主要是接收外來輸入信號(hào)，包括操作臺(tái)面板選擇開關(guān)信號(hào)、按鈕信號(hào)、上位機(jī)信號(hào)以及保護(hù)PLC信號(hào)等。以擬定邏輯控制操作臺(tái)面板指示燈狀態(tài)為依據(jù)，將信號(hào)傳遞給操作PLC，最終信號(hào)傳遞到上位機(jī)系統(tǒng)。PLC與上位機(jī)正常通信時(shí)，需要關(guān)閉繼電器，保證其不會(huì)發(fā)揮作用；而PLC與上位機(jī)通信中斷時(shí)，將繼電器開啟確保接點(diǎn)信號(hào)輸入PLC，取代來自上位機(jī)的信號(hào)。而安裝在繼電柜保護(hù)PLC主要包括電源模塊、輸出模塊、CPU模塊以及輸入模塊等，并且含有兩個(gè)輸入與輸出模塊。

3.2 PLC系統(tǒng)運(yùn)行原理

煤礦井下皮帶運(yùn)輸中均轉(zhuǎn)矩與均轉(zhuǎn)速運(yùn)行都是選擇1+單機(jī)的運(yùn)行模式，并且均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要速度調(diào)節(jié)與給定積分器共用的，因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器輸出給定值相同，這樣就決定了當(dāng)單機(jī)中電流反饋強(qiáng)度相同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)中直流與電流值將相同。其中，轉(zhuǎn)矩公式為：Te=Cm·Φe·Id，其中Cm表示點(diǎn)擊常數(shù)，Φe表示額定磁通，Id表示電機(jī)電樞電流。在運(yùn)行過程中，電機(jī)屬于串聯(lián)激磁，則可以確定電機(jī)間Φe相同，當(dāng)Id相同時(shí)，就可以確定轉(zhuǎn)矩相同，并且會(huì)形成均轉(zhuǎn)矩[4]。但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)處于均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，想要保證速度達(dá)到規(guī)定要求，則要求1+電動(dòng)機(jī)為一個(gè)完成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，而2+電動(dòng)機(jī)只屬于電流環(huán)跟隨系統(tǒng)，即便電機(jī)出力相同，但是運(yùn)行速度之間也存在一定差異。當(dāng)均轉(zhuǎn)速調(diào)運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于驗(yàn)繩狀態(tài)時(shí)，通過一個(gè)給定積分器輸出值來對(duì)回路速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電機(jī)反饋度相同的情況下，則可以確定電機(jī)轉(zhuǎn)速相同。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，受1+電機(jī)與2+電機(jī)實(shí)際負(fù)載影響，會(huì)造成電流存在差異。3.3 單機(jī)運(yùn)行與電動(dòng)機(jī)電氣制動(dòng)

電機(jī)運(yùn)行為一個(gè)完整雙閉環(huán)系統(tǒng)，1+電機(jī)與2+電機(jī)運(yùn)行原理基本相同，運(yùn)行時(shí)如果運(yùn)人為負(fù)力或者停車狀態(tài)，則會(huì)通過電氣制動(dòng)方式避免對(duì)人員造成傷害。運(yùn)行時(shí)電機(jī)磁繞組時(shí)間常數(shù)比較大，可以選擇增加2.5倍強(qiáng)電壓的方式來減少轉(zhuǎn)矩反向時(shí)間。如果電氣制動(dòng)出現(xiàn)越位或者失壓等現(xiàn)象后，為降低傷害與損失，也應(yīng)選擇電氣制動(dòng)的方式停車，降低機(jī)械帶來的強(qiáng)大沖擊力。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤礦井下皮帶運(yùn)輸是比較常用的一種運(yùn)輸方式，為提高其運(yùn)行效率而利用PLC，可以更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化，既能保證運(yùn)輸?shù)陌踩耘c效率，同時(shí)也可以減少設(shè)備的檢修，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用年限。

［1］武福現(xiàn),高紀(jì)磊,李正華.煤礦井下自動(dòng)化控制在皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用[J].河南科技,2014,15:123-124.

［2］馮世剛.煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].重慶大學(xué),2013.

［3］黃世頂.東灘煤礦井下皮帶機(jī)集控改造及應(yīng)用[D].電子科技大學(xué),2012.

［4］段成軍.煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技風(fēng),2013,17:120.