基于PLC的煤礦帶式輸送系統的設計與應用

吳 釗

（運城學院工科實驗實訓中心，山西運城 044000）

0 引言

在煤礦開采過程中，必須要保證開采的工作效率，并且要對其展開嚴格的控制，而PLC技術的出現和應用，給煤礦開采工作帶來了全新的技術，將PLC技術應用到開采工作中，通過PLC技術本身的科學運算和設備控制能力，能夠有效提高煤礦行業的產量和效益。而且PLC技術能夠實現對生產環節的控制和調度，融合自動化控制、設備監控等技術，從根本上實現礦產開采自動化，落實安全生產，從側面推動國家煤礦產業發展。

1 基于PLC的煤礦帶式輸送系統概述

新時期，煤礦的生產開采進入了全新的階段，對煤礦生產工作要求逐漸提高，相應的煤礦開采設備也需要進行全面的完善，而帶式輸送機在礦產開采過程中具有十分重要的作用，是保證生產效率和生產質量的關鍵設備，但是傳統的帶式傳輸機在啟動、停車階段都有著不同程度的問題和缺點，無法滿足當今社會對煤礦生產開采工作的要求，因此本文從PLC技術入手，將PLC技術引入到控制核心中，以此對輸送系統展開具體的分析和改進。本文設計出來的輸送系統是一種可控啟動傳輸系統（con?trolled starting transmission），以下簡稱為CST，在CST系統中包括CST控制器、CST傳感檢測元件，保護裝置、報警裝置以及控制對象[1]。這種CST是一種以PLC技術為核心的控制系統，通過檢測在現場采集回來的信號、接受員工發出的控制指令，通過對CST系統的實時操作，使帶式傳輸機得以穩定運行，且這種煤礦帶式輸送系統，無論是在啟動還是停車環節，都能夠對設備進行保護，真正實現了全方位的保護。此外這種技術本身還具有顯示功能，能夠讓相關人員直觀地了解到系統運行的情況，及時發現問題，展開檢修工作。此外，在PLC技術中還能夠利用速度PID實現對控制回路的控制，保證功率平衡。

2 基于PLC的煤礦帶式輸送系統的功能設計

2.1 傳感檢測裝置

傳感檢測裝置在整個輸送系統中發揮著十分重要的作用，本文設計出來的傳感檢測部分包括了多個傳感檢測元件，分別為：軸速度傳感器、油溫變送器、離合器壓力傳感器等，每個傳感器的作用各不相同。首先，是軸速度傳感器，這種傳感器主要是用來檢測CST在輸出時的軸速度，將所得到的速度值和帶式傳輸機本身的打滑檢測速度值進行比較分析，進行分析和判斷，如果偏差大于設定值，就立即停機并且發送打滑故障報警[2]。而利用在CST中的速度PID以及油溫變送器，分別控制輸送速度和具體的箱體油溫并檢查冷卻流量，以此保證控制回路和冷卻回路的正常工作。此外，還有離合器壓力傳感器和潤滑壓力傳感器，前者用來檢測液壓系統的高壓回路，后者用來檢測液壓系統的低壓回路，以此保證液壓系統有足夠的壓力推動離合器工作，并且完成潤滑軸承工作。除了上述內容以外，在檢測過程中還要對比例閥進行控制，比如，某礦場利用PLC控制系統通過輸出電流，控制比例閥，而比例閥在整體控制回路中起到了十分重要的作用，因此該礦場讓PLC控制系統輸出了0～15mA的電流，通過控制比例閥（PCV），實現對離合器的控制，根據具體的速度∕壓力PID程序，最終計算得出“S型”啟動曲線，從而有效延長其使用壽命。

2.2 保護報警裝置

在本文設計出來的PLC輸送系統中，對輸送速度、溫度、煙霧等內容都建立了相應的保護，以此保證系統的穩定運行。其中速度保護主要是用來保證輸送環節的穩定，避免帶式輸送機出現打滑、超速的情況，而溫度保護是對輸送機的溫度進行保護，避免出現高溫故障，在帶式輸送機運行過程中驅動輥筒會受到溫度的影響，如果溫度升高到一定的高度后，就會對輥筒的運行造成影響，而在保護裝置下，一旦溫度到達設定高度后，溫度傳感器的熱敏元件就會發生動作，輸出報警信號，保證設備的安全。在運行時，堆煤滿倉的情況極為常見，設備的運行受阻，如果沒有及時處理，就會造成危險擴大化，嚴重的情況下甚至會威脅到人員的安全[3]。因此要對堆煤、滿倉展開保護，在皮帶機頭、溜煤眼處安裝相應的保護裝置，一旦發生了堆煤、滿倉，或者煤位超限等情況時，控制器就會發出控制信號，控制系統就會停機并且報警，保護膠帶不會受到摩擦，延長整個系統的使用壽命。除了以上幾點內容以外，在電氣設備在運行過程中，經常會出現電纜起火的情況，繼而引發冒煙事故，而煤層有時也會發生自燃現象，嚴重阻礙了開采工作的正常運行，因此要對煙霧進行保護。通過檢測帶式輸送機的摩擦情況，判斷冒煙事故的發生概率，如果達到設定標準值時就會發出報警。最后是跑偏保護，顧名思義，就是保證膠帶不會發生跑偏現象，一旦出現了跑偏，就會給控制器發送相應的信號，以此起到保護膠帶的作用，保證帶式輸送機的工作效率。以本文設計的CST控制器為例，在控制器內集成了PanelView600技術，實現了彩色顯示屏，操作人員通過這種人機界面，能夠對整個設備展開完整的監控過程，此外，還實現了遠程控制的目的，通過RS232C接口，以及Allen-Bradley公司提供的通訊協議(Allen-Bradley DF1)實現和PLC主控制單元之間的銜接和傳輸，以此達到遠程控制的目的。

2.3 監視監控裝置

和保護裝置不同，本文設計出來的監視監控裝置主要包括了兩個方面，分別為：輸送帶運行參數、整機運行狀態，通過對這兩個部分的監控，實現對整個運行系統的監控。首先通過對輸送帶運行的過程中參數的控制，對系統中主電機、主電流等參數進行采集，在經過PLC處理后，顯示到觸摸屏上，讓相關人員能夠在第一時間展開具體的分析。此外，PLC技術能夠對故障機械的位置進行定位，通過實現對監控功能的顯示，操作人員利用觸摸屏不僅能夠對參數情況進行監控，還能夠確定故障的具體位置，在這樣的情況下，設備故障能夠在第一時間得到良好的控制，及時展開相應的處理工作。本文還設計實現了視頻監視功能，在視頻監視中采用了KBA121A∕B型礦場用隔爆光纖攝像儀，在礦場運輸的重點位置安裝，比如在機尾入料、輸送機轉彎點、以及機頭的位置。通過對特殊位置的監控，能夠對輸送帶的情況實現實時監控，并且也實現了井下運輸系統的可視化[4]。系統的硬件結構如圖1所示。

圖1 系統的硬件結構

2.4 軟件系統設計

由上可知，本文采用了Allen-Bradley公司的Panel?View600，因此還需要相應的軟件進行設計，本文采用STEP7軟件展開設計工作，首先需要在STEP7中生成一個和硬件系統完全相同的軟件系統，繼而展開相應的軟件程序設計。首先是硬件組態和順控程序設計，在STEP7軟件導入了硬件系統后，利用梯形圖展開編程，實現對運行狀態的監視、數據變更以及輸入輸出信號等內容。其中PLC在啟動后，首先需要進行內部初始化，然后才能夠根據操作人員的選擇展開具體的操作，進入到不同的流程中。正常情況下，整個順控程序可以分為五個部分，分別為：正常起車、正常停車、緊急停車、故障保護和功率平衡，具體的操作流程為：在上電初始化后，判斷起車信號，如果是則進入正常起車的程序，如果不是則判斷是否為正常停車信號，如果是就可以準入到正常停車程序，如果既不是起車信號和停車信號，那么系統必然出現故障，但是還要進一步對故障進行判斷，如果是緊急停車信號，那么就要進入到故障處理程序中，如果依然不是緊急停車信號，那就要判斷是何種故障信號，判斷是否有故障，如果沒有故障，那么就要回到最開始，重新判斷，如果確認有故障，就要對故障進行處理。

3 基于PLC的煤礦帶式輸送系統的具體應用

以某礦場為例，該礦場應用的是一種基于PLC和Pan?elView600的一種煤礦帶式傳輸系統，這種系統在啟動后，管理人員會首先進入到登錄界面，輸入相應的用戶名和密碼，就能夠進入到系統的主界面中，對輸送系統展開管理和控制，完成其他具體的操作。這種系統的響應速度較快，可以達到ms級，而且這種系統的監控性能較好，能夠對整個輸送工作形成良好的監督和管理。系統能夠實現主機雙機備份，在這種系統中技術管理人員可以實現主機雙機切換。不僅如此，在這種輸送系統中實現了S形曲線啟動，減少了輸送過程中因電機速度突變對皮帶產生的破壞，有效降低了維護成本，保證設備的穩定運行。而其中的PID閉環回路程序，更是從根本上降低了帶式輸送機可能存在的功率變化，輸送機能夠實現平穩運行。這種基于PLC的煤礦帶式輸送系統的運用，在機電控制的基礎上，進一步實現了數據化和網絡化，實現了整個系統的信息化集成，加快了礦山的工作效率，保證開采工作的穩定運行。

4 總結

綜上所述，在礦產開采的過程中，保證礦產資源的穩定運輸對于開采工作的可持續發展具有著十分重要的作用，但現階段的輸送系統的穩定性較差，設備系統的工作效率較低，成本較高，因此本文設計出了一種基于PLC的煤礦帶式輸送系統，采用PLC和PanelView600實現了帶式輸送機的自動化、信息化運行，有效解決了系統中長距離彎曲輸送中存在的沖擊問題，且自試運行以來，整體效率較高，達到了設計目的，能夠較好地完成預期生產任務。