淺談煤礦井下皮帶運(yùn)輸中PLC的應(yīng)用

馬元青， 陳丕軍

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)大成煤業(yè)有限公司，山西 太原 030000）

引言

目前皮帶運(yùn)輸仍是煤礦井下作業(yè)的主要運(yùn)輸方式.通過PLC可編程控制器對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行控制，可有效提升皮帶運(yùn)輸?shù)撵`活性，實(shí)現(xiàn)匹配輸出，大幅降低空載、輕載能耗，提升重載時(shí)的運(yùn)輸效率。

1 PLC概述

PLC是一種可編程的邏輯控制器，全稱為Pr ogrammable Logic Controller。PLC 的 基礎(chǔ) 是數(shù)字運(yùn)算，通過將信號(hào)數(shù)字化，可以對(duì)PLC進(jìn)行深度處理和分析，可在多個(gè)領(lǐng)域中取得良好的運(yùn)用效果［1］。PLC的發(fā)展依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和信息處理技術(shù)，正是在這些支撐技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的條件下，才能促進(jìn)PLC系統(tǒng)逐步完善升級(jí)，實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的功能。PLC的組成和計(jì)算機(jī)比較相似，主要包含了五個(gè)部分，分別為CPU、存儲(chǔ)器、電源、輸入和輸出裝置。利用PLC進(jìn)行工作操控時(shí)，一般是通過三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作。

1）對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行采樣然后輸入。PLC控制器可以逐一掃描輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，同時(shí)將掃描結(jié)果存儲(chǔ)到I／O單元內(nèi)。在這一步工作完成之后，PLC控制器就可以繼續(xù)執(zhí)行和輸出這兩個(gè)階段的相應(yīng)操作。值得注意的是，在執(zhí)行和輸出的過程中，輸入信息如果出現(xiàn)變化，I／O單元內(nèi)的數(shù)據(jù)則不會(huì)出現(xiàn)同步變化?；诖?，脈沖信號(hào)在進(jìn)行輸入時(shí)，應(yīng)該確保輸入寬度不小于PLC控制器的掃描周期，以便信息輸入能夠完全讀取。

2）執(zhí)行控制程序。執(zhí)行控制程序，一般是按照程序梯圖依次從上到下進(jìn)行掃描，在掃描一級(jí)程序時(shí)，應(yīng)當(dāng)從左至右逐步展開。所以，程序的執(zhí)行過程就是從上到下、從左到右。程序在執(zhí)行過程中，I／O單元內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)變化，但是輸出點(diǎn)或其他軟設(shè)備對(duì)應(yīng)的狀態(tài)或是數(shù)據(jù)都可能發(fā)生一定的變化［2］。

3）結(jié)果輸出。結(jié)果輸出就是在程序執(zhí)行完成后，PLC系統(tǒng)應(yīng)該展開輸出刷新。通過I／O單元內(nèi)的信息狀態(tài)和數(shù)據(jù)，對(duì)相應(yīng)的電路刷新處理，通過刷新電路實(shí)現(xiàn)外部其他設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。這一整個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了PLC控制。

PLC功能強(qiáng)大，因此得到了廣泛應(yīng)用。但是，PLC系統(tǒng)比較容易受到外部引線和內(nèi)部系統(tǒng)的干擾，導(dǎo)致程序執(zhí)行出現(xiàn)失誤。在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用PLC時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合應(yīng)用環(huán)境的實(shí)際情況，對(duì)PLC進(jìn)行合理布置，降低各類干擾，確保PLC發(fā)揮最大效用。

2 皮帶運(yùn)輸結(jié)構(gòu)功能

皮帶運(yùn)輸機(jī)是煤礦井下作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，具體形式較多，能夠在各類不同的煤礦井下環(huán)境中實(shí)現(xiàn)有效作業(yè)。但是，作業(yè)效率和高能消耗一直是皮帶運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)軟肋，制約了皮帶運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)一步應(yīng)用推廣。因此，需要明確皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)功能，加強(qiáng)皮帶運(yùn)輸機(jī)的研究開發(fā)，提升作業(yè)效率，降低作業(yè)能耗。

控制系統(tǒng)是皮帶運(yùn)輸機(jī)的核心部分之一，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的各類運(yùn)行操作控制，比如停機(jī)、啟動(dòng)、加速等。根據(jù)實(shí)際情況來看，皮帶運(yùn)輸?shù)目刂葡到y(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了PLC控制，在控制快速性上表現(xiàn)十分良好。但是，當(dāng)前的PLC控制僅僅停留在表面，沒有對(duì)其深層次功能進(jìn)行開發(fā)利用［3］。

保護(hù)裝置是皮帶運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要部分，保護(hù)裝置的作用是對(duì)皮帶運(yùn)輸起到良好的保護(hù)作用，比如保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)防打滑、防跑偏、高溫灑水等保護(hù)操作。但是，根據(jù)目前的實(shí)際情況來看，保護(hù)裝置的技術(shù)層次較低，靈敏性和安全性不高，對(duì)皮帶運(yùn)輸無法起到十分優(yōu)良的保護(hù)。導(dǎo)致保護(hù)裝置保護(hù)作用較低的因素有二：一是硬件技術(shù)層次較低，缺少高性能的元器件用于構(gòu)建保護(hù)裝置系統(tǒng)，比如急停閉鎖開關(guān)。二是軟件技術(shù)層次不高，導(dǎo)致相關(guān)技術(shù)操作難以實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的保護(hù)控制功能，比如滾筒溫度控制技術(shù)、縱向撕裂控制技術(shù)等，這些技術(shù)都是保護(hù)裝置中十分缺乏。

皮帶運(yùn)輸機(jī)的種類型號(hào)并不多，所以性能方面并無太大差別。加之煤礦井下作業(yè)環(huán)境艱苦，存在許多外部干擾，可能對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的性能和安全造成影響，比如電機(jī)效率、載物性質(zhì)等。所以，要提升皮帶運(yùn)輸機(jī)的效率和性能，需要結(jié)合煤礦井下實(shí)際作業(yè)，根據(jù)需求對(duì)皮帶運(yùn)輸加強(qiáng)PLC控制研究，利用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸?shù)母咝Э刂?，使PLC控制系統(tǒng)在井下作業(yè)中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

3 PLC在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用探究

3.1 PLC結(jié)構(gòu)及功能

對(duì)于煤礦井下的皮帶運(yùn)輸而言，主要有均勻轉(zhuǎn)速和均勻轉(zhuǎn)矩這兩種運(yùn)行模式，在不同的運(yùn)行模式下，皮帶運(yùn)輸?shù)乃俣仁遣灰粯拥模н\(yùn)輸?shù)姆绞胶退俣扔质怯煽刂葡到y(tǒng)決定的。所以，就可以對(duì)皮帶運(yùn)輸原本存在的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能升級(jí)，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的操作控制。PLC系統(tǒng)接收的外部信號(hào)主要包括了保護(hù)信號(hào)、上位機(jī)信號(hào)、按鈕信號(hào)和開關(guān)信號(hào)等。

優(yōu)化PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要是對(duì)控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。皮帶運(yùn)輸?shù)目刂葡到y(tǒng)原本是具有一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的基本功能。許多煤礦企業(yè)在購入皮帶運(yùn)輸機(jī)后，沒有對(duì)控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)致PLC在作業(yè)過程中，與實(shí)際作業(yè)需求存在不符。因此，需要結(jié)合煤礦井下作業(yè)的具體要求，對(duì)皮帶運(yùn)輸PLC控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)功能分布進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使貼合煤礦井下實(shí)際作業(yè)。

功能升級(jí)主要是指對(duì)PLC控制系統(tǒng)的一些功能進(jìn)行升級(jí)，在煤礦井下作業(yè)不斷進(jìn)行的過程中，對(duì)皮帶運(yùn)輸?shù)墓δ苄枨髸?huì)出現(xiàn)一定變化。在這一背景下，就應(yīng)該結(jié)合不斷變化的新需求，對(duì)PLC系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行升級(jí)，使其能夠發(fā)揮出最優(yōu)控制效果。

3.2 皮帶運(yùn)輸變頻控制

通過PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的變頻控制，對(duì)提升皮帶運(yùn)輸機(jī)的整體性能具有十分顯著的意義。在煤礦井下作業(yè)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作狀態(tài)是在不斷發(fā)生變化的，重載、輕載和空載的情況不斷交換發(fā)生，這就給皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行匹配性提出了很高要求。所謂匹配性，就是皮帶運(yùn)輸機(jī)可以通過PLC控制系統(tǒng)調(diào)整自身運(yùn)行狀態(tài)，匹配實(shí)際工作需求，實(shí)現(xiàn)效率最大化。由此提出的一個(gè)理論就是變頻控制。

通過PLC實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸?shù)淖冾l控制，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的PLC變頻控制。通過在皮帶設(shè)置傳感器，對(duì)它的承載重量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在電機(jī)上設(shè)置速度傳感器，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和皮帶運(yùn)輸承載之間的關(guān)鍵進(jìn)行曲線繪制，找出對(duì)應(yīng)關(guān)系，再根據(jù)這一對(duì)應(yīng)關(guān)系在PLC控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)邏輯控制程序，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精細(xì)控制，從而達(dá)成皮帶運(yùn)輸?shù)淖冾l控制。實(shí)現(xiàn)變頻控制的意義重大，不僅可以有效降低皮帶運(yùn)輸?shù)哪芎?，還能顯著提升皮帶運(yùn)輸?shù)男?，有利于促進(jìn)煤礦井下作業(yè)發(fā)展進(jìn)步。

3.3 提升保護(hù)功能

保護(hù)裝置是皮帶運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要部分，其核心意義在于對(duì)皮帶運(yùn)輸進(jìn)行一定的保護(hù)操作，最大程度保證皮帶運(yùn)輸?shù)陌踩?。由于目前的保護(hù)裝置存在響應(yīng)慢、安全效用低等問題，因此可以使用PLC加強(qiáng)保護(hù)裝置的靈敏性和安全性。通過設(shè)計(jì)合理的邏輯控制程序，在皮帶運(yùn)輸機(jī)上加裝溫度傳感器、壓力傳感器等進(jìn)行采樣輸入，觸發(fā)PLC邏輯控制程序，快速實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作。

4 結(jié)語

PLC的功能顯著，具有很高的發(fā)展?jié)摿?。在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中，存在一些控制度低、靈敏度差的問題，導(dǎo)致皮帶運(yùn)輸表現(xiàn)出低效率、高能耗的問題。因此，需要對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)加強(qiáng)PLC應(yīng)用，提升各方面的基本性能。

［1］ 段成軍.煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.科技風(fēng)，2013（17）：2-3.

［2］ 馮世剛.煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.重慶：重慶大學(xué)，2013.

［3］ 趙鵬.基于PLC技術(shù)的煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的控制改造［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011（10）：12-14.