基于PLC技術(shù)的煤礦井下帶式輸送自動控制系統(tǒng)的研究

肖利平

（貴州理工學(xué)院采礦工程學(xué)院，貴州省貴陽市，550003）

基于PLC技術(shù)的煤礦井下帶式輸送自動控制系統(tǒng)的研究

肖利平

（貴州理工學(xué)院采礦工程學(xué)院，貴州省貴陽市，550003）

針對傳統(tǒng)人工控制帶式輸送機(jī)啟停過程中存在的原煤遺撒和原煤堆積等問題，研究設(shè)計了一套基于PLC技術(shù)的煤礦井下帶式輸送自動控制系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)的控制要求，介紹了該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、使用操作和啟停時間設(shè)定。通過井下工業(yè)性試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，達(dá)到了煤礦井下采區(qū)帶式輸送系統(tǒng)無人值守的自動控制要求。

PLC 煤礦井下運(yùn)輸 帶式輸送機(jī) 自動控制

煤礦井下采區(qū)帶式輸送機(jī)工作環(huán)境惡劣，受輸送距離、輸送物料流量和地理?xiàng)l件等因素的影響，往往需要安裝多條且傾斜角度不同的帶式輸送機(jī)組成帶式輸送系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)物料的輸送。傳統(tǒng)人工啟停設(shè)備時，不能很好地協(xié)調(diào)各條帶式輸送機(jī)啟動的先后順序和時間間隔，往往出現(xiàn)原煤遺撒和原煤堆積等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)設(shè)備損壞和生產(chǎn)停止等嚴(yán)重后果?；诖?，設(shè)計了一套基于PLC的煤礦井下帶式輸送自動控制系統(tǒng)來集中控制各條帶式輸送機(jī)的啟停。帶式輸送機(jī)的自動延時啟停減少了人工的繁瑣勞動，提高了帶式輸送系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃?，大大提高了煤礦的生產(chǎn)效率。

1 帶式輸送自動控制系統(tǒng)的控制要求

1.1 傳統(tǒng)人工啟停帶式輸送機(jī)的控制缺陷

傳統(tǒng)人工啟停帶式輸送機(jī)時，操作工人根據(jù)現(xiàn)場的啟停信號依次手動啟動或停止各條帶式輸送機(jī)時間間隔不容易掌握，而且容易因?yàn)椴僮魇д`導(dǎo)致無法順利啟停，因而可靠性和人員安全系數(shù)較低。應(yīng)用PLC技術(shù)的自動控制系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)在按下啟動按鈕或者停止按鈕時，整個帶式輸送系統(tǒng)會自動進(jìn)行延時的啟動或者停止，降低帶式輸送機(jī)物料堆積或長時間無負(fù)載空轉(zhuǎn)造成資源浪費(fèi)的可能。

為了防止膠帶在物料輸送過程中偏離運(yùn)輸軌道發(fā)生損壞或者在生產(chǎn)中有緊急情況發(fā)生，根據(jù)膠帶長度為每條膠帶安裝多個跑偏開關(guān)及拉繩動作開關(guān)，在傳統(tǒng)繼電器啟?？刂葡到y(tǒng)中，任意一條膠帶的跑偏開關(guān)或者拉繩開關(guān)動作都會導(dǎo)致整個帶式輸送系統(tǒng)立刻停車，大量物料堆積在膠帶上，為了避免電機(jī)高負(fù)荷啟動造成設(shè)備損壞，再次啟動時只能人工鏟除堆積在輸送膠帶上的物料，這樣就會消耗掉大量的人力和物力，還會導(dǎo)致生產(chǎn)的長時間延誤。

1.2 應(yīng)用PLC技術(shù)的帶式輸送自動控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

以彎田煤礦7202采區(qū)配置的6條帶式輸送機(jī)構(gòu)成的帶式輸送系統(tǒng)為例，應(yīng)用PLC技術(shù)后實(shí)現(xiàn)多條帶式輸送機(jī)的自動順序延時啟停。從物料采集地到物料輸送目的地順序的6條帶式輸送機(jī)分別為1＃、2＃、3＃、4＃、5＃和6＃帶式輸送機(jī)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，帶式輸送機(jī)的啟動順序?yàn)槲锪陷斔湍康牡氐?＃帶式輸送機(jī)開始啟動，然后是5＃、4＃、3＃和2＃帶式輸送機(jī)，最后啟動靠近物料采集地區(qū)的1＃帶式輸送機(jī)。帶式輸送機(jī)的停止順序?yàn)槲锪喜杉貐^(qū)的1＃帶式輸送機(jī)開始停止，然后是2＃、3＃、4＃和5＃帶式輸送機(jī)，最后停止靠近物料輸送目的地的6＃帶式輸送機(jī)，即停止順序與啟動順序完全相反。

本系統(tǒng)通過PLC實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)跑偏開關(guān)或拉繩開關(guān)動作，當(dāng)出現(xiàn)故障時帶式輸送機(jī)立刻自動停車，故障帶式輸送機(jī)的上游帶式輸送機(jī)同時自動停車，故障帶式輸送機(jī)的下游帶式輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)延時停車。例如：當(dāng)4＃帶式輸送機(jī)跑偏開關(guān)或拉繩開關(guān)動作時，4＃、3＃、2＃和1＃帶式輸送機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，5＃和6＃帶式輸送機(jī)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)延時停機(jī)，從而避免了5＃和6＃帶式輸送機(jī)上的物料堆積。待5＃和6＃帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行后，可對整個帶式輸送系統(tǒng)進(jìn)行故障排查，消除故障后再次啟動帶式輸送系統(tǒng)時，只需要將故障帶式輸送機(jī)和上游3條帶式輸送機(jī)上的物料清除，下游2條帶式輸送機(jī)上的物料已經(jīng)輸送完成，從而減少了人力資源的消耗，同時又縮短了耽誤生產(chǎn)的時間，提高了生產(chǎn)效率。越是運(yùn)輸線路長和運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜的情況下，本系統(tǒng)的優(yōu)勢就越是明顯。

2 帶式輸送自動控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

2.1 PLC型號選擇

根據(jù)帶式輸送系統(tǒng)的控制要求，輸入部分為系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)停止、故障輸入、復(fù)位和保護(hù)開關(guān)解除輸入等信號，共需要10個輸入端子。輸出部分為每個帶式輸送機(jī)主電機(jī)的啟動及故障顯示等信號，共需要12個輸出端子。根據(jù)系統(tǒng)的需要，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，選用性價比較高的OMRON公司生產(chǎn)的CPM1A-30CDR-A型號PLC，該型號PLC的輸入端子為18個，輸出端子為12個，其端子數(shù)量滿足系統(tǒng)要求且無大量端子剩余，各端子接線示意圖如圖1所示。

圖1 PLC硬件端子接線示意圖

2.2 PLC電源模塊

PLC自帶有24 V的AC／DC電源模塊，可將市電的220 V交流電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的24 V直流電。

2.3 輸入輸出端子部分

2.3.1 輸入端子部分

圖1中0CH部分的00端子為系統(tǒng)啟動按鈕SB0信號輸入端子，0CH部分的01～06端子依次為1＃～6＃帶式輸送機(jī)的保護(hù)開關(guān)信號輸入端子。保護(hù)開關(guān)信號為膠帶跑偏開關(guān)信號、拉繩開關(guān)信號及帶式輸送機(jī)主電機(jī)的保護(hù)開關(guān)信號的并聯(lián)信號，任一故障信號輸入時相應(yīng)端子就會有信號輸入。0CH部分的07端子為系統(tǒng)停止按鈕SB7信號輸入端子。0CH部分的08端子為故障信號復(fù)位按鈕SB8信號輸入端子。0CH部分的09端子為解除保護(hù)開關(guān)作用旋鈕SA信號輸入端子，該信號用于解除保護(hù)開關(guān)對帶式輸送機(jī)的保護(hù)聯(lián)鎖作用。

2.3.2 輸出端子部分

圖1中10CH部分的00～05端子是1?！?＃帶式輸送機(jī)電機(jī)主回路接觸器線圈輸出端子，即1?！?＃帶式輸送機(jī)的主電機(jī)驅(qū)動信號輸出端子，若主電機(jī)接觸器線圈功率較大，PLC輸出端子輸出信號無法滿足要求，可利用輸出端控制小型電動閥來間接控制各條帶式輸送機(jī)電機(jī)主回路接觸器。10CH部分的06和07端子為1?！?＃帶式輸送機(jī)的故障信號顯示輸出端子。11CH部分的00～03端子為3?！?＃帶式輸送機(jī)的故障信號顯示輸出端子。

3 帶式輸送自動控制系統(tǒng)的使用操作

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，帶式輸送機(jī)的保護(hù)開關(guān)動作信號在程序內(nèi)部設(shè)有自鎖，即信號輸入后會一直保持信號輸入狀態(tài)直到按下復(fù)位按鈕SB8，因此在每次啟動帶式輸送系統(tǒng)之前或者日常故障檢修之后，需要先按下復(fù)位按鈕SB8并觀察各帶式輸送機(jī)故障信號顯示指示燈是否點(diǎn)亮，若故障信號顯示燈均未點(diǎn)亮說明該系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒。系統(tǒng)操作流程示意圖如圖1所示。

圖2 系統(tǒng)操作流程示意圖

當(dāng)按下啟動按鈕SB0后，6條帶式輸送機(jī)會按照程序設(shè)定的啟動順序和延時間隔依次自動開啟設(shè)備，其中延時間隔長度可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中帶式輸送機(jī)的輸送速度和長度進(jìn)行更改設(shè)定。

當(dāng)需要停止帶式輸送系統(tǒng)時，按下停止按鈕SB7，6條帶式輸送機(jī)會按照程序設(shè)定的啟動順序和延時間隔依次自動停止設(shè)備，其延時間隔長度亦可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中帶式輸送機(jī)的輸送速度和長度進(jìn)行更改設(shè)定。

在帶式輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)輸過程中，若某一條帶式輸送機(jī)的保護(hù)開關(guān)動作信號輸入，這條帶式輸送機(jī)及上游的幾條帶式輸送機(jī)會立刻停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以避免物料堆積將帶式輸送機(jī)壓死而為物料清除帶來難度，下游的帶式輸送機(jī)會繼續(xù)運(yùn)行將物料向目的地輸送。如果下游的帶式輸送機(jī)在輸送過程中按下停止按鈕SB7，則下游的帶式輸送機(jī)會按照程序設(shè)定的延時間隔自動停止。如果在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中按下復(fù)位按鈕SB8，則所有運(yùn)轉(zhuǎn)的帶式輸送機(jī)會立刻停止，因此復(fù)位按鈕SB8亦可以作為急停按鈕使用。

解除保護(hù)開關(guān)作用旋鈕SA用于解除整個帶式輸送系統(tǒng)中的所有保護(hù)開關(guān)的保護(hù)作用，在正常運(yùn)行情況下嚴(yán)禁閉合此開關(guān)，以避免因失去保護(hù)而導(dǎo)致的帶式輸送機(jī)損壞。

4 帶式輸送自動控制系統(tǒng)的啟停時間設(shè)定

本帶式輸送自動控制系統(tǒng)設(shè)定的啟動延時間隔為：6＃與5＃帶式輸送機(jī)啟動間隔為3 s，5＃與4＃帶式輸送機(jī)啟動間隔為6 s，4＃與3＃帶式輸送機(jī)啟動間隔為8 s，3＃與2＃帶式輸送機(jī)啟動間隔為10 s，2與1＃帶式輸送機(jī)啟動間隔為12 s。本帶式輸送系統(tǒng)設(shè)定的停止延時間隔為：1＃與2＃帶式輸送機(jī)停止間隔為3 s，2＃與3＃帶式輸送機(jī)停止間隔為6 s，3＃與4＃帶式輸送機(jī)停止間隔為9 s，4＃與5＃帶式輸送機(jī)停止間隔為12 s，5＃與6＃帶式輸送機(jī)停止間隔為15 s。用戶可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際需要自行調(diào)節(jié)延時的時間間隔，因?yàn)镻LC中的時間間隔的基本單位為0.1 s，所以間隔設(shè)置只可精確到0.1 s。

5 結(jié)語

基于PLC技術(shù)的煤礦井下采區(qū)帶式輸送自動控制系統(tǒng)在貴州省盤縣彎田煤礦7202采區(qū)2013年投入使用，通過1年多的實(shí)際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，達(dá)到了煤礦井下采區(qū)帶式輸送系統(tǒng)無人值守的自動控制要求。7202采區(qū)帶式輸送自動控制系統(tǒng)由6條帶式輸送機(jī)和一個給煤機(jī)組成，帶式輸送自動控制系統(tǒng)準(zhǔn)確地故障指示減少了人力資源的投入，良好的可靠性和安全性減少了因設(shè)備故障或人為操作失誤導(dǎo)致的設(shè)備損壞，降低了設(shè)備損耗，提高了礦井安全生產(chǎn)水平，達(dá)到了減員增效的目的。

［1］李鵬.PLC變頻控制系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用 ［J］.中國煤炭，2010（10）

［2］王整風(fēng)，謝云敏 .可編程控制器原理與實(shí)踐教程［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2007

［3］楊春穩(wěn)，李俊豪，馬東娟等 .基于PLC煤礦通風(fēng)機(jī)供電控制系統(tǒng)可靠性研究 ［J］.中國煤炭，2011（4）

［4］毛浩 .張家峁選煤廠電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 ［J］.中國煤炭，2013 （6）

Research on automatic control system of belt conveyor for coal mine based on PLC

Xiao Liping
（College of Mining Engineering，Guizhou Institute of Technology，Guiyang，Guizhou 550003，China）

In view of the scattering and stacking of raw coal for traditional manual controlled belt conveyor in the process of start-up and stop，a set of automatic control system of belt conveyor for coal mine was developed on the basis of PLC.Its control requirements were expounded，moreover，the hardware circuit design and the operation instruction as well as the start-stop time setting were introduced.The underground industrial test showed that the system runs safely，meeting the requirements for unattended automatic control of belt conveyor for coal mine.

PLC，underground transportation in coal mine，belt conveyor，automatic control

TD528

A

肖利平 （1969-），女，湖南邵陽人，副教授，碩士，現(xiàn)任職于貴州理工學(xué)院采礦工程學(xué)院，主要從事自動控制、煤礦開采和煤礦安全方面的研究。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）