淺談煤礦井下皮帶運輸中PLC的應用

馬元青， 陳丕軍

（山西煤炭運銷集團大成煤業有限公司，山西 太原 030000）

引言

目前皮帶運輸仍是煤礦井下作業的主要運輸方式.通過PLC可編程控制器對皮帶運輸機進行控制，可有效提升皮帶運輸的靈活性，實現匹配輸出，大幅降低空載、輕載能耗，提升重載時的運輸效率。

1 PLC概述

PLC是一種可編程的邏輯控制器，全稱為Pr ogrammable Logic Controller。PLC 的 基礎 是數字運算，通過將信號數字化，可以對PLC進行深度處理和分析，可在多個領域中取得良好的運用效果［1］。PLC的發展依托于計算機技術、控制技術和信息處理技術，正是在這些支撐技術不斷發展進步的條件下，才能促進PLC系統逐步完善升級，實現更加強大的功能。PLC的組成和計算機比較相似，主要包含了五個部分，分別為CPU、存儲器、電源、輸入和輸出裝置。利用PLC進行工作操控時，一般是通過三個步驟實現相關操作。

1）對相關信息進行采樣然后輸入。PLC控制器可以逐一掃描輸入狀態和數據，同時將掃描結果存儲到I／O單元內。在這一步工作完成之后，PLC控制器就可以繼續執行和輸出這兩個階段的相應操作。值得注意的是，在執行和輸出的過程中，輸入信息如果出現變化，I／O單元內的數據則不會出現同步變化。基于此，脈沖信號在進行輸入時，應該確保輸入寬度不小于PLC控制器的掃描周期，以便信息輸入能夠完全讀取。

2）執行控制程序。執行控制程序，一般是按照程序梯圖依次從上到下進行掃描，在掃描一級程序時，應當從左至右逐步展開。所以，程序的執行過程就是從上到下、從左到右。程序在執行過程中，I／O單元內的數據不會出現變化，但是輸出點或其他軟設備對應的狀態或是數據都可能發生一定的變化［2］。

3）結果輸出。結果輸出就是在程序執行完成后，PLC系統應該展開輸出刷新。通過I／O單元內的信息狀態和數據，對相應的電路刷新處理，通過刷新電路實現外部其他設備的驅動。這一整個過程就實現了PLC控制。

PLC功能強大，因此得到了廣泛應用。但是，PLC系統比較容易受到外部引線和內部系統的干擾，導致程序執行出現失誤。在相關領域中應用PLC時，應當結合應用環境的實際情況，對PLC進行合理布置，降低各類干擾，確保PLC發揮最大效用。

2 皮帶運輸結構功能

皮帶運輸機是煤礦井下作業的關鍵設備之一，具體形式較多，能夠在各類不同的煤礦井下環境中實現有效作業。但是，作業效率和高能消耗一直是皮帶運輸的一個軟肋，制約了皮帶運輸的進一步應用推廣。因此，需要明確皮帶運輸機的結構功能，加強皮帶運輸機的研究開發，提升作業效率，降低作業能耗。

控制系統是皮帶運輸機的核心部分之一，主要實現對皮帶運輸機的各類運行操作控制，比如停機、啟動、加速等。根據實際情況來看，皮帶運輸的控制系統基本上實現了PLC控制，在控制快速性上表現十分良好。但是，當前的PLC控制僅僅停留在表面，沒有對其深層次功能進行開發利用［3］。

保護裝置是皮帶運輸的一個重要部分，保護裝置的作用是對皮帶運輸起到良好的保護作用，比如保護裝置可以實現防打滑、防跑偏、高溫灑水等保護操作。但是，根據目前的實際情況來看，保護裝置的技術層次較低，靈敏性和安全性不高，對皮帶運輸無法起到十分優良的保護。導致保護裝置保護作用較低的因素有二：一是硬件技術層次較低，缺少高性能的元器件用于構建保護裝置系統，比如急停閉鎖開關。二是軟件技術層次不高，導致相關技術操作難以實現高等級的保護控制功能，比如滾筒溫度控制技術、縱向撕裂控制技術等，這些技術都是保護裝置中十分缺乏。

皮帶運輸機的種類型號并不多，所以性能方面并無太大差別。加之煤礦井下作業環境艱苦，存在許多外部干擾，可能對皮帶運輸機的性能和安全造成影響，比如電機效率、載物性質等。所以，要提升皮帶運輸機的效率和性能，需要結合煤礦井下實際作業，根據需求對皮帶運輸加強PLC控制研究，利用PLC控制系統實現皮帶運輸的高效控制，使PLC控制系統在井下作業中表現出優良的性能。

3 PLC在煤礦井下皮帶運輸中的應用探究

3.1 PLC結構及功能

對于煤礦井下的皮帶運輸而言，主要有均勻轉速和均勻轉矩這兩種運行模式，在不同的運行模式下，皮帶運輸的速度是不一樣的，而皮帶運輸的方式和速度又是由控制系統決定的。所以，就可以對皮帶運輸原本存在的PLC控制系統進行結構優化和功能升級，實現更加精細的操作控制。PLC系統接收的外部信號主要包括了保護信號、上位機信號、按鈕信號和開關信號等。

優化PLC系統結構，主要是對控制系統的邏輯結構進行優化。皮帶運輸的控制系統原本是具有一個邏輯結構系統的，能夠實現設計的基本功能。許多煤礦企業在購入皮帶運輸機后，沒有對控制系統的邏輯結構進行優化，導致PLC在作業過程中，與實際作業需求存在不符。因此，需要結合煤礦井下作業的具體要求，對皮帶運輸PLC控制系統的邏輯結構進行優化，對功能分布進行適當調整，使貼合煤礦井下實際作業。

功能升級主要是指對PLC控制系統的一些功能進行升級，在煤礦井下作業不斷進行的過程中，對皮帶運輸的功能需求會出現一定變化。在這一背景下，就應該結合不斷變化的新需求，對PLC系統的控制功能進行升級，使其能夠發揮出最優控制效果。

3.2 皮帶運輸變頻控制

通過PLC系統實現皮帶運輸機的變頻控制，對提升皮帶運輸機的整體性能具有十分顯著的意義。在煤礦井下作業中，皮帶運輸機的工作狀態是在不斷發生變化的，重載、輕載和空載的情況不斷交換發生，這就給皮帶運輸機運行匹配性提出了很高要求。所謂匹配性，就是皮帶運輸機可以通過PLC控制系統調整自身運行狀態，匹配實際工作需求，實現效率最大化。由此提出的一個理論就是變頻控制。

通過PLC實現皮帶運輸的變頻控制，關鍵在于實現電機的PLC變頻控制。通過在皮帶設置傳感器，對它的承載重量進行實時監測。在電機上設置速度傳感器，對電機轉速進行實時監控。通過對電機轉速和皮帶運輸承載之間的關鍵進行曲線繪制，找出對應關系，再根據這一對應關系在PLC控制系統中設計邏輯控制程序，用以實現對電機的精細控制，從而達成皮帶運輸的變頻控制。實現變頻控制的意義重大，不僅可以有效降低皮帶運輸的能耗，還能顯著提升皮帶運輸的效率，有利于促進煤礦井下作業發展進步。

3.3 提升保護功能

保護裝置是皮帶運輸的一個重要部分，其核心意義在于對皮帶運輸進行一定的保護操作，最大程度保證皮帶運輸的安全。由于目前的保護裝置存在響應慢、安全效用低等問題，因此可以使用PLC加強保護裝置的靈敏性和安全性。通過設計合理的邏輯控制程序，在皮帶運輸機上加裝溫度傳感器、壓力傳感器等進行采樣輸入，觸發PLC邏輯控制程序，快速實現保護動作。

4 結語

PLC的功能顯著，具有很高的發展潛力。在煤礦井下皮帶運輸中，存在一些控制度低、靈敏度差的問題，導致皮帶運輸表現出低效率、高能耗的問題。因此，需要對皮帶運輸機加強PLC應用，提升各方面的基本性能。

［1］ 段成軍.煤礦皮帶運輸系統中PLC技術的應用研究［J］.科技風，2013（17）：2-3.

［2］ 馮世剛.煤礦皮帶運輸集控系統的設計［D］.重慶：重慶大學，2013.

［3］ 趙鵬.基于PLC技術的煤礦皮帶運輸系統的控制改造［J］.科技情報開發與經濟，2011（10）：12-14.