PLC控制系統在帶式輸送機設計中的應用

吳利群

（陽煤集團新景公司調度室， 山西 陽泉 045400）

引言

為了實現開采后的煤炭運輸快速、安全、高效，要求輸送機設備擁有裝載量大、遠距離、高運速的特點。PLC自動化控制系統可以實現帶式輸送機在井下惡劣的工作環境中，有效對輸送機運行狀態進行實時監控[1-2]，確保輸送機在運載負荷與運行速度達到最佳狀態，保證井下煤炭正常生產。

1 輸送機工作原理

帶式輸送機由膠帶機的結構形式及使用條件等特征可分為不同類型。帶式輸送機是由撓性輸送帶作為物料承載件和牽引件的連續輸送設備。輸送帶既是牽引機構又是承載機構，用旋轉的托輥支撐，運行阻力較小。主動滾筒在電動機驅動下旋轉，通過主動滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動帶及帶上的貨載一同連續運行，當貨載運到端部后，由于輸送帶換向而卸載。利用專門的卸載裝置也可以在中部任意卸載。具體結構如圖1所示。

2 自動化調節系統硬件組成

控制裝置、執行電機、變頻器和負載電流檢測等幾部分構成帶式輸送機的自動化調節系統，結構如圖2所示。

1）控制裝置為研華UNO-2172-C22E可編程控制器。保持整體連線（主要是輸入輸出接口與現場總線）的通訊暢通，以便實時把控帶式輸送機的啟動開車預警、停車、常規保護、故障類別指示功能。變頻器為4臺昇森1-90kW變頻器變頻調速裝置。其主要作用是通過控制交流電動機的驅動，從而達到電動機的軟啟動、軟停車。

2）交流電機4臺（4×250 kW）。利用A/D模塊搜集帶式輸送機的交流信號，傳輸到PLC，軟件分析過后，計算輸送機的負荷情況，將控制信號輸出到D/A模塊，修正帶式輸送機的運轉速度，確保輸送機運轉處于最佳狀態。

圖1 帶式輸送機結構圖

圖2 自動化調節系統結構圖

3 PLC控制系統設計

D/A、A/D轉換器和PLC共同組成了輸送機自動反饋系統的控制裝置，PLC是專門針對工業應用設計的裝置，控制著整個系統，主要用于輸入輸出之間的邏輯轉換。下頁圖3為PLC控制系統軟件的流程圖。

1-90kW變頻器采用就地和遠程兩種控制方式，而且可以互相切換，兩種控制方式都可以判斷系統是否處于正常運轉狀態。當系統出現非正常狀態時，變頻器將信號輸出給控制器，控制器進而輸出相應的應急信號。

4 現場試驗

將此系統應用于某煤礦的730/1號、730/2號帶式輸送機進行工程試驗。該礦煤層厚度平均為10.01m，傾角為4°，采用綜合放頂煤法采煤。該礦井西部為煤炭鐵路集運站，距該站距離為8 km，東部為井坪鎮，南部為太原市，北側為大同市，鐵路公路貫通，運輸方便，交通便利。

4.1 帶式輸送機參數說明

730/1號帶式輸送機型號為SJ-44SDJ-44，運煤量為850 t/h，輸送帶長度為600 m，坡度為7°，采用660 V的額定電壓，230 A的額定電流，電機型號為S200L-2。730/2號帶式輸送機的型號為STJ-120×2 200，運煤量 1 200 t/h，帶長 600 m，坡度為 8°，相應的輸送量額定電壓、額定電流為660 V、230 A，電機型號為S300L-2。

圖3 PLC控制系統軟件流程圖

4.2 試驗主要控制因素

試驗內容主要包括：電動機在運轉過程中載荷與電流的關系；電動機控制頻率對運轉速度的影響；根據以上的試驗結果，現場通過控制輸送機自動化調節系統，實現帶式輸送機的啟動和停車，再以實際操作結果為依據，驗證自動化調節系統對帶式輸送機控制的精確度與靈活性。

4.3 試驗控制系統相關參數設置

根據以往經驗，把變頻器上控制輸出速度的設備運行頻率穩定在0～60 Hz以內；控制系統里負責開始和停止的電動機時間上限為18 s，而且相應的配備對過大電流、電壓不足、設備漏電、載荷過重、電壓過大等危險因素的隱患排除功能。具體實驗內容是獲取750生產線1號和2號帶式輸送機的電流信號，以此為根據來判定帶式輸送機的運轉狀態，根據輸送機的運轉狀態，相應地改變輸送機的運行速度。帶式輸送機發出的電流信號、獲取電流信號的時間段，有利于系統靈敏度的調節與控制。

4.4 驗證結果分析

通過將此PLC控制系統安裝在帶式輸送機控制器上，結果表明，考核的輸送機控制頻率、運轉速度、載荷與電流等參數均處于安全域內。具體參數表現如下：輸送機載荷與皮帶張力在正常運轉時相對摩擦力保持在一定范圍內，避免產生打滑。PLC控制系統將啟車拉緊信號、停車信號輸出給液壓拉緊裝置，液壓拉緊裝置將信息反饋回預張緊信號、張緊正常信號、張緊故障信號等。如果張緊沒有達到正常狀態，控制系統會自動發出停機信號并報告故障，以免輸送帶過度損耗。PLC控制系統的應用增加了帶式輸送機運轉的安全性與穩定性，降低帶式輸送機啟車時對其他電氣設備的干擾，延長了輸送機的使用時間，極大地增長了生產效率。

5 結論

帶式輸送機自動化調節系統在某礦現場應用后取得良好的效果。它的主要功能為實時獲取現場數據信息、監測輸送機運行狀態、分析自動化故障、報告運行參數以及數據庫多項操作和報警提示等。根據輸送機反饋信號來針對性地加快或者減緩輸送機運轉速度，實現速度與載荷的最佳配合。