基于PLC的皮帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的開發(fā)與研究

摘 要：皮帶礦用運(yùn)輸機(jī)是各行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸散狀型物料的機(jī)械設(shè)備，在生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中高頻率的出現(xiàn)打滑、有害噪音、皮帶偏移、撒料、堆煤、皮帶破裂、減速機(jī)軸斷等故障，這些故障直接影響著煤礦生產(chǎn)的安全。本文采用S7-200西門子邏輯可編程控制器進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計，采用CPU-224XP作中心處理器，使用CP243-1型通訊模板，使有用EM211擴(kuò)展模板，將以上裝置組合構(gòu)成集控系統(tǒng)，實現(xiàn)對運(yùn)輸機(jī)的遠(yuǎn)程智能化控制。

關(guān)鍵詞：礦用運(yùn)輸機(jī);各種故障;集控系統(tǒng);遠(yuǎn)程控制

0 前言

生產(chǎn)當(dāng)中皮帶礦用運(yùn)輸機(jī)經(jīng)常會發(fā)生各類故障，諸如撒料、皮帶偏移、有害噪音、皮帶破裂、堆煤、減速機(jī)軸斷等等問題，對煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。所以，加強(qiáng)運(yùn)輸機(jī)的防護(hù)安全系統(tǒng)具有重要意義。按照生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種運(yùn)輸機(jī)的故障問題，通過在各種故障位置處加裝傳感器的辦法解決[1]。比如常見的皮帶發(fā)生跑偏故障，其原因主要是改向式滾筒與驅(qū)動式滾筒產(chǎn)生位移，此類問題的解決辦法是在滾筒的邊緣設(shè)置紅外定位數(shù)字傳感器，滾筒的位置只要發(fā)生改變，傳感器就會自動將信息發(fā)送至PLC，及時完成滾筒的位置調(diào)整。

1 煤礦用皮帶式集控運(yùn)輸系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計

在研究和設(shè)計皮帶集控運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)時，需要考慮以下方面問題：

第一、集控自動系統(tǒng)的可靠性和安全性對于工業(yè)化集控型系統(tǒng)的實現(xiàn)，特別是對實時監(jiān)測集控自動系統(tǒng)的實現(xiàn)來說，具有非常關(guān)鍵的作用。

第二、先進(jìn)的集控型系統(tǒng)設(shè)備，在進(jìn)行集控運(yùn)輸系統(tǒng)的研究和設(shè)計時，要盡量選用目前最先進(jìn)的科技及設(shè)備，即要保證系統(tǒng)的各項功能能夠得以充分發(fā)揮，又要保障集控自動系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備儀器能夠在可靠安全的環(huán)境狀況下高效快速地運(yùn)轉(zhuǎn)。

第三、實時對集控型系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測對煤礦生產(chǎn)具有重要作用，性能安全、運(yùn)行可靠的皮帶式煤礦運(yùn)輸機(jī)對井下生產(chǎn)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)意義重大，所以，對皮帶式運(yùn)輸機(jī)的集控化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時需要系統(tǒng)具備實時的監(jiān)測功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)對接收數(shù)據(jù)加以及時分析和處理，保障系統(tǒng)可以高效的運(yùn)行。

第四、集控自動系統(tǒng)要具備高效的管理功能，該項功能可有效降低煤礦的安全故障發(fā)生率，為設(shè)備的日常維護(hù)和故障檢測提供便利條件，同時，在進(jìn)行集控型自動系統(tǒng)設(shè)計時，還要保證計算機(jī)對集控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的準(zhǔn)確與高效，以便對故障隱患進(jìn)行實時的跟蹤監(jiān)測[2]。

2 PLC的選型

2.1 PLC系統(tǒng)相應(yīng)選型

該系統(tǒng)的皮帶式運(yùn)輸機(jī)采用的是S7-200西門子邏輯可編程控制器設(shè)計的，S7-200型產(chǎn)品是西門子S7系列產(chǎn)品中的特殊產(chǎn)品[3]，該產(chǎn)品能夠單獨(dú)建立符合需求的控制自動化系統(tǒng)，同其他的網(wǎng)格進(jìn)行連接后，組成復(fù)雜的控制智能化系統(tǒng)，PLC隨著現(xiàn)代化的發(fā)展在自動化控制及自動化檢測領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，詳細(xì)情況如下圖1所示：

2.2 電機(jī)的控制回路相關(guān)設(shè)計

控制電路如圖2所示，RJ1及RJ2分別為1號電機(jī)和2號電機(jī)控制開關(guān)，QF1及QF2分別為2個三相啟動接線開關(guān)。

3 PLC軟件控制系統(tǒng)設(shè)計

在進(jìn)行PLC程序設(shè)計前，先要對設(shè)計中涉及到的輸入輸出點進(jìn)行大致的了解，在對PLC進(jìn)行相應(yīng)配置的時候，具有更大的選擇性空間[4]。在對主程序進(jìn)行編程設(shè)計時，需要自動停止啟動、手動停止啟動以及全線停止啟動可以相互靈活的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使整個軟件系統(tǒng)具有更高的靈活性。在排除故障以后，按下啟動復(fù)位按鈕，皮帶機(jī)1#恢復(fù)運(yùn)行，如此能夠表現(xiàn)出系統(tǒng)故障預(yù)警程序的防護(hù)作用。在皮帶機(jī)發(fā)生其他的障礙時，皮帶機(jī)立即停止運(yùn)行，同時發(fā)出報警。

3.1 分配I/O地址

首先估算PLC的I/O端口的點數(shù)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算后方可確定需要購買相應(yīng)設(shè)備的型號。于PLC的I/O端口程序模塊所連接的電路均為I/O端口地址確定分配，但其I/O設(shè)備的功能體現(xiàn)也是由I/O地址的分配協(xié)助，使得PLC地址程序同其設(shè)備相互對應(yīng)，將處理故障的時間有效縮短。

3.2 設(shè)計其主程序

PLC主程序的設(shè)計主要是用于對整個系統(tǒng)的管理和調(diào)度，主要由三部分控制組成：其一，全線電源的通斷控制;其二，自動控制的啟動和停止;其三，程序手動進(jìn)行啟動與停止。前兩種方式控制都是利用傳感器將信號發(fā)送給PLC，再對內(nèi)部的羅輯電路進(jìn)行控制，但是手動進(jìn)行啟動與停止的方式不通過PLC，而是通過外部的繼電器完成電路獨(dú)立控制[5]。

3.2.1 皮帶啟動

3.2.1.1 全線式啟動

按下全線啟動鍵，峰鳴器的報警聲響過5s，2號皮帶機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，對應(yīng)的顯示器上的指示燈呈綠色，電機(jī)通電啟動，蜂鳴器響過3s，皮帶機(jī)1#開始工作，處于上位機(jī)指示啟動燈變綠，電機(jī)被啟動開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2.1.2 自動式啟動

皮帶機(jī)自動式啟動方式：按下自動運(yùn)行啟動鍵，伴隨蜂鳴器響動3s后，1號皮帶機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，顯示屏幕上的啟動指示燈呈綠色，電機(jī)通電轉(zhuǎn)動，然后2號電機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)動運(yùn)行狀態(tài)，相應(yīng)的指示燈也呈綠色。

3.2.1.3 手動式啟動

按下手動啟動按鈕，啟動指示燈閃爍后亮起，顯示屏幕上的指示燈變?yōu)榫G色，1號電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)工作;按下電機(jī)2#啟動機(jī)，2#指示啟動燈閃爍后點亮，處于2#上位機(jī)指示啟動燈變綠，電機(jī)被啟動開始運(yùn)軒工作。

3.2.2 皮帶停止

3.2.2.1 全線式停止

啟動全線式停止按鈕后，首先皮帶機(jī)1#停止運(yùn)行工作，指示故障燈變紅，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止，等待3s后，皮帶機(jī)2#出現(xiàn)相同狀況。

3.2.2.2 自動式停止

控制自動式停止的按鈕為2個，其中1個用于1#機(jī)控制，一個用于2#機(jī)控制。1#機(jī)啟動停止鍵時，皮帶機(jī)首先停止轉(zhuǎn)行，指示故障燈變紅，電機(jī)隨之停止工作。2#機(jī)啟動停止鍵時，皮帶機(jī)即刻停止運(yùn)轉(zhuǎn)，指示故障燈變紅，電機(jī)隨之停止工作。

3.2.2.3 手動式停止

手動式停止跟自動式停止的方式基本一致，差別在于啟動停止鍵時，指標(biāo)啟動燈被熄滅，即1#機(jī)停止鍵被啟動時，指示啟動燈被熄滅，皮帶機(jī)隨之停止運(yùn)轉(zhuǎn)，指示故障燈變紅，隨之電機(jī)被停止工作。2#機(jī)停止鍵被啟動時，皮帶機(jī)狀況基本相同。

3.3 故障的程序設(shè)計

傳感器一般都安裝在可能發(fā)生故障的不同部位，當(dāng)發(fā)生故障時，傳感器把故障的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給PLC，PLC負(fù)責(zé)分析處理接收到的數(shù)據(jù)信息，并將分析處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果傳遞給控制電路，由控制電路把信息傳送給故障信號指示燈，上位機(jī)的主板指示燈右路變成紅色，顯示該位置發(fā)生故障[6]。當(dāng)指示故障燈報警以后，皮帶機(jī)隨之停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直至排除故障，當(dāng)復(fù)位鍵被啟動時，指示燈即從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，隨即機(jī)器開始自動運(yùn)轉(zhuǎn)工作。

4 系統(tǒng)表現(xiàn)生產(chǎn)中的優(yōu)勢

4.1 安全性較高

系統(tǒng)在運(yùn)行中如果發(fā)生以下任何情況，系統(tǒng)即開啟故障自動停車安全保護(hù)，具體參數(shù)根據(jù)客戶需求設(shè)定。

①煙霧式報警保護(hù)功能;

②溫度護(hù)的功能;

③打滑保護(hù)的功能;

④監(jiān)測及保護(hù)運(yùn)輸皮帶跑偏的功能;

⑤堆煤故障報警的功能;

⑥急停及閉鎖的保護(hù)與識別故障的功能;

⑦其他安全防護(hù)的功能。

4.2 減少工作崗位的操作人員

在集控自動化系統(tǒng)沒有安裝之前，該皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的八部機(jī)械設(shè)備，每班八個生產(chǎn)崗位需要有人來進(jìn)行操作值守，一天執(zhí)行三班倒制，每天就要用24名工作人員。在集控自動系統(tǒng)安裝后，每天只需要一名巡檢員和一名操作員即可，徹底改變了原有的生產(chǎn)方式和操作辦法。使礦井采區(qū)機(jī)械工作面每天的崗位工作人員數(shù)由24人減至6人，有效的提高了企業(yè)生產(chǎn)率[7]。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)具備較高的安全性及智能性，能為日常安全檢修提供參考，以便對事故的征兆可以及時的發(fā)現(xiàn)，為預(yù)防事故的發(fā)生起到有效的防護(hù)作用，機(jī)電故障及其投入的成本明顯減少，崗位工作人員也明顯減少，生產(chǎn)效率得到有效提高，同時生產(chǎn)費(fèi)用也得到有效的降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]王波.基于PLC的礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的開發(fā)與研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2011.

[2]蔣亞聰.平煤八礦選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2016.

[3]霍德鵬.綜采自動化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.

[4]馬馭.基于PROFIBUS網(wǎng)的皮帶機(jī)集控系統(tǒng)的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2012.

[5]范桂齡.輸煤綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安科技大學(xué)，2013.

[6]郁洋.給煤機(jī)自動化控制系統(tǒng)改造工藝[J].山東煤炭科技，2019（04）：101-102+105.

[7]龔桂榮.皮帶機(jī)巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2019.

作者簡介：

范永惠（1987- ），男，湖北省鄖西縣人，本科，2014.9太原理工大學(xué)，機(jī)械制造及自動化，皮帶運(yùn)輸，礦井設(shè)備修理。