煤礦井下帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

李志鴻

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)溝煤礦有限責(zé)任公司，山西陽(yáng)泉 032700）

0 引言

某煤礦東一采區(qū)帶式輸送機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)輸東一采區(qū)的煤炭，年設(shè)計(jì)運(yùn)輸量148萬(wàn)t。膠帶長(zhǎng)度及傾角：L1=1 390 m，a1=6°32′59″；L2=341 m，a2=9°29′11″；L3=49 m，a3=0°。年工作天數(shù)約329天，日工作時(shí)間17 h。運(yùn)輸能力500 t/h，不平衡系數(shù)1.2。為提高運(yùn)輸效率和降低帶式輸送機(jī)的故障率，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)用傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，PLC進(jìn)行參數(shù)顯示。將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳遞到公司調(diào)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率[1]。

1 設(shè)計(jì)要求

進(jìn)行各類(lèi)傳感保護(hù)裝置的選型。如：電流檢測(cè)保護(hù)、膠帶跑偏保護(hù)、打滑保護(hù)等裝置。以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并起到保護(hù)作用。為直觀(guān)顯示各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用通信模塊和監(jiān)測(cè)主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（文字、圖像等顯示）。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

選用S7-300PLC作為核心控制單元。主要控制PLC主站、輸送機(jī)保護(hù)部分、機(jī)身PLC控制分站、通信等方面內(nèi)容。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、信息傳送、交換數(shù)據(jù)、顯示、報(bào)警等[2]。該系統(tǒng)需要準(zhǔn)確各控制單元的啟停功能。該系統(tǒng)必須具備遠(yuǎn)程控制、單機(jī)控制、多機(jī)聯(lián)動(dòng)等功能。通過(guò)以太網(wǎng)接口向指揮中心傳遞信息。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件圖

S7-300PLC控制單元包含MAX485串行芯片、電平轉(zhuǎn)換電路（12 V、24 V），節(jié)點(diǎn)閉合電路值5 mA，開(kāi)路電壓大于200 V。

帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式采用雙直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，對(duì)控制系統(tǒng)而言，主要控制兩方面的內(nèi)容，即電樞和勵(lì)磁回路的調(diào)節(jié)[3]。電樞調(diào)節(jié)：通過(guò)2組晶閘管整流器串聯(lián)供電，順序控制晶閘管的開(kāi)關(guān)電路通斷進(jìn)行主電機(jī)的壓降啟動(dòng)，從而減輕對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功沖擊；勵(lì)磁調(diào)節(jié)：2組晶閘管整流器并聯(lián)供電，從而實(shí)現(xiàn)主電機(jī)運(yùn)行中的平緩調(diào)速。

2.2 傳感器選型

輸送機(jī)保護(hù)裝置主機(jī)型號(hào)選用KHP128-Z。

（1）速度傳感器對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行速度檢測(cè)，若出現(xiàn)帶速異常，立即通過(guò)主控裝置向電樞（勵(lì)磁）回路的晶閘管發(fā)出信號(hào)；

（2）溫度傳感器對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行超溫保護(hù)，對(duì)設(shè)備待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度檢測(cè)，超溫進(jìn)行自動(dòng)灑水保護(hù)（采用集成感溫探頭檢測(cè)，選用本安型）；

（3）煙霧傳感器對(duì)輸送機(jī)的工作環(huán)境進(jìn)行煙霧檢測(cè)，若煙霧含量超過(guò)0.1 mg/m2，將會(huì)輸出低電平信號(hào)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的保護(hù)功能；

（4）跑偏傳感器對(duì)輸送機(jī)的輸送帶進(jìn)行跑偏檢測(cè)，使用探桿牽引探桿軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)至某個(gè)角度會(huì)波動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，然后先主機(jī)發(fā)出跑偏信號(hào)；

（5）堆煤傳感器實(shí)現(xiàn)煤位保護(hù)作用；

（6）撕裂傳感器起輸送帶撕裂保護(hù)作用，當(dāng)作用力大于20 N時(shí)，發(fā)揮作用，電阻輸出值在2kΩ以下，輸送帶無(wú)物料時(shí)電阻值大于1kΩ，當(dāng)電阻值在2kΩ以下時(shí)，PLC發(fā)出撕裂信號(hào)，延時(shí)2 s主機(jī)停止；

（7）急停傳感器當(dāng)拉桿承受動(dòng)力后，隨后將信號(hào)輸出，并進(jìn)行鎖定。一旦鎖定，需要人工進(jìn)行復(fù)位后才可以啟動(dòng)[4-5]。

3 軟件設(shè)計(jì)

PLC現(xiàn)場(chǎng)控制和控制中心是通過(guò)以太網(wǎng)模塊CP343-1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)通信功能。在控制中心操作服務(wù)器配置SSIEMENS SOFTNET、Intouch的OPCLINK客戶(hù)端驅(qū)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.1 上位機(jī)軟件

設(shè)計(jì)基本上從數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)管兩個(gè)角度進(jìn)行開(kāi)發(fā)。上位機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.1.1 人機(jī)界面

人機(jī)界面通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器等實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，實(shí)現(xiàn)操作者對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的具體操控。界面有按鈕（圖標(biāo)）和菜單，易于操作。另外，監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)和不同類(lèi)別的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，具有打印功能。系統(tǒng)的菜單、提示、圖形等采用漢字界面，易于識(shí)別。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)故障報(bào)警[6]。Database對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行整理歸檔，可按照需求進(jìn)行查詢(xún)。

3.1.2 圖形界面

主要表現(xiàn)為各類(lèi)顯示。如：監(jiān)控軟件總貌、報(bào)警、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示等[7]。所有畫(huà)面均可通過(guò)動(dòng)畫(huà)的方式顯示，畫(huà)面顯示可以對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行模擬，便于操作。

圖3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.3 故障信息database

故障信息database涉及實(shí)時(shí)記錄、查詢(xún)、故障等信息。若發(fā)生故障，可迅速查出故障發(fā)生點(diǎn)，便于故障查找和處理。系統(tǒng)在運(yùn)行中，所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存在database界面。數(shù)據(jù)保存具有實(shí)時(shí)性和完整性。

3.2 PLC控制軟件

用戶(hù)將程序通過(guò)編程器傳遞到PLC的存儲(chǔ)器，PLC依照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行操作，按照存儲(chǔ)地址號(hào)從大到小的次序進(jìn)行程序掃描，同時(shí)進(jìn)行操作指令的核實(shí)。PLC執(zhí)行過(guò)程：將輸入信號(hào)傳輸?shù)郊拇嫫鞅４妗?zhí)行過(guò)程不受輸入狀態(tài)的改變而變化，寄存器數(shù)據(jù)保持不變[8]。PLC掃描程序，自上而下、從左至右的次序進(jìn)行，沒(méi)掃描一條指令，從輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀取，將執(zhí)行結(jié)果實(shí)時(shí)輸送。

4 小結(jié)

依據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，按照需求應(yīng)用各種傳感器，采用S7-300PLC，確立PLC規(guī)格及相關(guān)功能模塊，進(jìn)行控制流程圖設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)自動(dòng)化控制。有效提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于提高生產(chǎn)效率。