PLC在礦用帶式輸送機(jī)集中控制中的應(yīng)用研究

郭鵬飛

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司焦家寨礦，山西 原平 034115）

膠帶運(yùn)送機(jī)所處工作環(huán)境非常惡劣，常常發(fā)生故障，給煤礦生產(chǎn)造成損失，如何提高礦用帶式輸送機(jī)的工作可靠性以及運(yùn)輸效率就變得尤為重要。通過調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)定子的供電頻率來調(diào)速的方式具有調(diào)節(jié)范圍寬、精度高、起動(dòng)制動(dòng)效果好以及穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于礦用皮帶機(jī)的速度控制。目前井下帶式輸送機(jī)僅限于起動(dòng)、停止的開環(huán)控制，功率不平衡，可靠性差，有必要對(duì)其智能閉環(huán)控制進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。本文以焦家寨煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)為例，采用PLC控制方法對(duì)礦用帶式輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，針對(duì)輸送機(jī)的起動(dòng)沖擊、功率不平衡等問題進(jìn)行智能控制，以實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的目標(biāo)。

1 膠帶輸送系統(tǒng)

焦家寨煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)由五臺(tái)帶式輸送機(jī)構(gòu)成，其中前四臺(tái)為膠帶輸送機(jī)，另一臺(tái)為鋼絲芯強(qiáng)力帶。原煤先經(jīng)過強(qiáng)力帶輸送機(jī)，然后依次輸送到其余四臺(tái)普通輸送機(jī)進(jìn)行傳送，最終輸送到儲(chǔ)煤倉庫，輸送系統(tǒng)如圖1所示。原系統(tǒng)運(yùn)用的繼電器控制方式，保護(hù)速度慢，可靠性較差。

圖1 原煤礦皮帶輸送系統(tǒng)

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)要求

將五臺(tái)輸送機(jī)編號(hào)為1～5#，輸送起始端為5#，末端為1#。要求打開啟動(dòng)按鈕后，五臺(tái)輸送機(jī)逆向順序開啟，打開停止按鈕后順向延時(shí)停止，出現(xiàn)故障能夠通過急停鍵立即控制停止，如果是自動(dòng)狀態(tài)發(fā)生故障，逆向輸送機(jī)應(yīng)立即停止，啟動(dòng)后應(yīng)反饋給PLC狀態(tài)信號(hào)。

2.2 控制方案設(shè)計(jì)

采用兩臺(tái)PLC控制裝置，使用FX2N控制器進(jìn)行編程，5#強(qiáng)力皮帶機(jī)采用交流6kV電壓，要求安全性較高，使用一臺(tái)PLC（三菱FX2N-48MT-001）單獨(dú)控制，其余四臺(tái)普通皮帶機(jī)配備380V交流電，使用另外一臺(tái)PLC(三菱2N-32MT-001)進(jìn)行集中控制，兩臺(tái)并行控制，編程通過梯形圖形式進(jìn)行。通過耦合隔離器來進(jìn)行信號(hào)過濾，增強(qiáng)系統(tǒng)精確性。安全保護(hù)系統(tǒng)使用KJD18控制箱，根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)的信號(hào)來控制停機(jī)保護(hù)。采用集中控制時(shí)幾部皮帶機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行。輸入信號(hào)主要是啟動(dòng)、停止、復(fù)位及手動(dòng)等按鈕信號(hào)，輸出信號(hào)主要為啟動(dòng)、停止等動(dòng)作信號(hào)以及一些報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)其他部分包括傳感器、輸出擴(kuò)容繼電器、驅(qū)動(dòng)控制及本安電源等部件。

3 PLC控制說明

將功能要求的開關(guān)輸入與輸出信號(hào)分配給兩臺(tái)PLC地址，包括啟動(dòng)、停止、故障監(jiān)測(cè)的一些輸入信號(hào)及啟動(dòng)、聯(lián)鎖、制動(dòng)、故障指示等輸出開關(guān)信號(hào)，并定義了故障保護(hù)、延時(shí)處理等內(nèi)部位。采用PLC可編程控制器可實(shí)現(xiàn)集中、自動(dòng)與手動(dòng)三種工作方式，其中集中控制與自動(dòng)控制的區(qū)別在于集中控制能將幾臺(tái)皮帶機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行，而手動(dòng)控制模式下PLC只是負(fù)責(zé)監(jiān)控皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。集中控制狀態(tài)PLC接收操作室的起動(dòng)或停止指令，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行及保護(hù)。本次設(shè)計(jì)采用KJD18控制箱來保護(hù)，通過繼電器控制動(dòng)作。采用KGE17跑偏開關(guān)，根據(jù)跑偏程度選擇報(bào)警或停機(jī)。打滑保護(hù)開關(guān)使用KGS6型傳感器，用于監(jiān)測(cè)速度以及是否打滑。撕裂保護(hù)采用KGV2型傳感器，依靠監(jiān)測(cè)膠帶下垂量來判斷是否有撕裂故障，通過內(nèi)部開關(guān)實(shí)現(xiàn)停機(jī)控制。煙霧的控制采用KGV7A傳感器，安裝在巷道頂部。煤位傳感器采用KGU8型，用于判斷是否發(fā)生堆煤故障并控制停機(jī)。溫度檢測(cè)采用KGW8型傳感器，安裝在滾筒中部。其他一些線路保護(hù)裝置由相應(yīng)繼電器或接觸器來控制。對(duì)于PLC的保護(hù)采用UPS不間斷電源，可以減小電源波動(dòng)對(duì)PLC控制的影響，通過光電耦合器過濾外部信號(hào)，防止PLC電感損害，內(nèi)部電源熔斷絲可以防止PLC短路故障，采用本安電源保護(hù)。

運(yùn)行系統(tǒng)，控制打點(diǎn)按鍵時(shí)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，繼電器導(dǎo)通，電鈴響起，井下打點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過光電耦合過濾偶輸入PLC，經(jīng)過PLC處理控制點(diǎn)打點(diǎn)。運(yùn)行啟動(dòng)過程時(shí)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)內(nèi)部位，進(jìn)而控制定時(shí)器動(dòng)作，延時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)后觸發(fā)其他膠帶機(jī)定時(shí)器，進(jìn)而以相同的啟動(dòng)方式依次完成延時(shí)啟動(dòng)，程序梯形圖如圖2所示，程序流程為：M110/M29→M7/M12→T0→M33→M110→M101→T1→T 14→M31→M102→M103→M104→M106。

圖2 啟動(dòng)過程運(yùn)行梯形圖

運(yùn)行停機(jī)過程時(shí)，通過停止按鈕觸發(fā)內(nèi)部位，送煤機(jī)聯(lián)鎖輸出停止，觸發(fā)定時(shí)器，定時(shí)器控制4#輸送機(jī)停機(jī)，4#返回信號(hào)小時(shí)，通過內(nèi)部計(jì)算觸發(fā)3#機(jī)定時(shí)器，進(jìn)而控制3#機(jī)停機(jī)，然后以相同的方式控制全部停機(jī)，程序梯形圖如圖3所示，停機(jī)過程為：M41→T14→M114→Y4→KM4→X04→T13→M113→Y3→T1→Y1→M112→Y2。

圖3 停機(jī)過程運(yùn)行梯形圖

4 結(jié)論

文章通過分析當(dāng)前煤礦帶式輸送機(jī)控制現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了井下帶式輸送機(jī)的幾種控制方案，以焦家寨煤礦的皮帶輸送系統(tǒng)為例，結(jié)合煤礦的實(shí)際要求，運(yùn)用兩臺(tái)PLC對(duì)五臺(tái)輸送機(jī)進(jìn)行了集中控制設(shè)計(jì)，對(duì)開關(guān)信號(hào)變量及保護(hù)裝置進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，通過梯形圖的方式完成了PLC對(duì)帶式輸送機(jī)的集中控制，為改善井下輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化提供了參考。