煤礦井下帶式輸送機自動控制系統改進設計研究

段偉峰

（山西焦煤集團介休正益煤業有限公司， 山西 介休 032000）

引言

山西焦煤集團介休正益煤業有限公司西膠帶大巷一采區帶式輸送機承運該區煤炭的運輸工作，年運輸量設計值148萬t。膠帶基本參數如下：L1=1390 m，α1=6°32′59″；L2=341 m，α2=9°29′11″；L3=49 m，α3=0°。年工作天數約 329 d，日工作時間17 h，輸送能力500 t/h。原有自動控制系統僅僅對帶式輸送機的遠程啟停、電流進行監測。改進后系統在原有遠程啟停、電流監測的基礎上增加皮帶跑偏、打滑、皮帶故障報警等監測參數，同時配備相應的保護裝置。從而達到減輕工人勞動強度、提高設備運轉率的目的。自動控制系統依靠傳感器監測，PLC進行參數顯示。將檢測數據傳遞到公司調度，實現實時監測[1]。

1 設計要求

為帶式輸送機選擇各類保護裝置。如：電流檢測、皮帶跑偏、打滑等保護裝置。實時監測輸送機的運行狀態，并起到保護作用。為直觀顯示各項監測數據，運用通信模塊和監測主機進行數據交換（文字、圖像等顯示）。2 硬件設計

2.1 結構組成

選用S7-300PLC作為核心控制單元。主要控制PLC主站、輸送機保護部分、機身PLC控制分站、通信等方面內容。硬件結構如圖1所示。

圖1 系統硬件圖

S7-300PLC控制單元包含MAX485串行芯片、電平轉換電路（12 V、24 V），節點閉合電路值5 mA，開路電壓大于200 V。

帶式輸送機驅動方式采用雙直流電機實現，對控制系統而言，主要控制兩方面的內容，即電樞和勵磁回路的調節。電樞調節：通過控制串聯的2組晶閘管整流器實現；勵磁調節：通過控制并聯的2組晶閘管整流器實現[2]。

2.2 傳感器選型

輸送機保護裝置主機型號選用KHP128-Z。其一，速度傳感器起速度檢測作用，帶速異常則立即通過主控裝置向回路晶閘管發信號[3]；其二，溫度傳感器起超溫保護作用，對設備待測點進行溫度檢測，超溫進行自動灑水保護（采用集成感溫探頭檢測，選用本安型）；其三，煙霧傳感器對輸送機的工作環境進行煙霧檢測，若煙霧質量濃度超過0.1 mg/m3，及時輸送低電平信號，采取相應保護；其四，跑偏傳感器對輸送機的輸送帶進行跑偏檢測，使用探桿牽引探桿軸旋轉實現，轉動至某個角度會波動行程開關，然后先主機發出跑偏信號[4]；其五，堆煤傳感器起煤位保護作用；其六，撕裂傳感器起輸送帶撕裂保護作用，當作用力大于20 N時，發揮作用，電阻輸出值在2 kΩ以下，輸送帶無物料時電阻值大于1 kΩ，當電阻值在2 kΩ以下時，PLC發出撕裂信號，延時2 s主機停止；其七，急停傳感器在拉桿承受動力后，將信號輸出，并進行鎖定，一旦鎖定，需要人工進行復位后才可以啟動[5]。

3 軟件設計

PLC現場控制和控制中心通過以太網模塊CP343-1進行數據傳輸與通信。在控制中心操作服務器配置SSIEMENS SOFTNET、Intouch的OPCLINK客戶端驅動，在此基礎上實現兩者間的數據交換功能。系統軟件結構如圖2所示。

圖2 系統軟件架構圖

3.1 上位機軟件

設計按照數據采集、實時監管兩方面進行。上位機檢測系統結構如圖3所示。

圖3 上位機監控系統結構圖

3.1.1 人機界面

人機界面人性化，通過鍵盤、鼠標、顯示器等即可進行對話，可操作性強。界面簡單，有按鈕、菜單，操作簡便。此外，該監控系統能對所檢測的數據及其不同類別的動態曲線進行實時顯示，并且還可以進行打印操作。系統的菜單、提示、圖形等采用漢字界面，易于識別。若系統出現故障，會出現對應故障報警。Database對報警信息進行整理歸檔，可按照需求進行查詢。

3.1.2 圖形界面

主要表現為各類顯示。如：軟件總貌、故障報警、顯示數據等。具有畫面動畫顯示功能。畫面顯示可以對實際情況進行模擬，便于操作。

3.1.3 故障信息database

故障信息database涉及實時記錄、查詢、故障等信息。若發生故障，可迅速查出故障發生點，以便于故障查找和處理。系統在運行中，所有數據實時保存在database界面。數據保存具有實時性和完整性。

3.2 PLC控制軟件

用戶將需要完成的內容以編程的方式輸入PLC存儲器，PLC依照預設程序進行操作，按照存儲地址號按從大到小的次序進行程序掃描，同時進行操作指令的核實。PLC執行過程：將執行指令保存到寄存器。執行指令過程不受輸入狀態的改變而變化，寄存器數據保持不變。PLC掃描程序，自上而下、從左至右，追條掃描，從寄存器中讀取，將執行結果實時輸送。

4 結論

焦煤集團通過對西膠帶大巷一采區帶式輸送機進行自控系統設計，依據監測需要選用相應傳感器，采用S7-300PLC作為核心控制單元，確立PLC規格及相關功能模塊，進行控制流程圖設計，實現了帶式輸送機自動化控制，有效地提高了設備的運轉率，同時降低了工人的勞動強度，有利于提高生產效率。

[1]李富強.基于PLC控制的煤礦井下帶式輸送機運輸電控系統改造[J].中國煤炭工業，2014（7）：60-61.

[2]周學亮.基于PLC的分布式控制系統及現場總線技術在煤礦膠帶運輸系統中的應用[J].科技資訊，2012（29）：71.

[3]施俏春.基于PLC控制控制系統在煤炭化工自動化中的應用探析[J].煤炭技術，2012（12）：233-235.

[4]李翠蘭，李遠清，杜香蓮，等西門子PLC在煤礦帶式輸送機運輸控制系統中的應用[J].煤礦機械，2004（8）：95-96.

[5]秦永康，黃和平.PLC集中控制系統在煤礦膠帶輸送機上的應用[J].工礦自動化，2011（2）：98-100.