基于PLC 膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

牛萬春

（西山煤電晉興公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

隨著采煤技術(shù)、采煤工藝以及綜采設(shè)備水平的不斷提升，膠帶運(yùn)輸機(jī)作為煤礦綜采工作面生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，也需提升其運(yùn)輸能力，朝著大運(yùn)量、長距離以及大功率的方向發(fā)展，以確保其能夠與其他綜采設(shè)備的生產(chǎn)能力相匹配[1]。當(dāng)前，膠帶運(yùn)輸機(jī)還是僅依靠單臺(tái)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，無法滿足實(shí)際運(yùn)輸需求；而增加為多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后盡管能夠?yàn)樵O(shè)備提供足夠的牽引力，但是無法保證各個(gè)電機(jī)的功率分配相穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致膠帶的張力分配不均，加劇了膠帶的磨損。因此，針對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的膠帶機(jī)需對(duì)其進(jìn)行集中控制，以提高膠帶的可靠性和穩(wěn)定性。

1 工程概況

本文所研究的膠帶運(yùn)輸機(jī)主要被應(yīng)用于地面原煤的運(yùn)輸，該礦工作面的生產(chǎn)能力為180 萬t/年，由五部順序搭接的皮帶所組成，其中：1 號(hào)、2 號(hào)、4 號(hào)膠帶機(jī)均為落地式鋼架膠帶機(jī)；3 號(hào)為圓振動(dòng)篩；5號(hào)膠帶機(jī)為鋼絲繩芯強(qiáng)力膠帶機(jī)。該膠帶機(jī)的原煤的運(yùn)輸流程如下：綜采工作面的原煤由5 號(hào)膠帶機(jī)運(yùn)送至地面，而后經(jīng)由4 號(hào)、3 號(hào)、2 號(hào)、1 號(hào)膠帶機(jī)運(yùn)輸至地面儲(chǔ)煤場(chǎng)。5 部皮帶機(jī)的運(yùn)輸流程如圖1所示。

該膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中，5 部皮帶機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

目前，該膠帶機(jī)主要通過繼電器、接觸器對(duì)其運(yùn)輸參數(shù)進(jìn)行控制，存在響應(yīng)速度慢、故障率高以及保護(hù)動(dòng)作延后的問題[2]。因此，急需對(duì)該膠帶機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并基于當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的PLC 控制器進(jìn)行改造。

圖1 5 號(hào)皮帶機(jī)運(yùn)輸流程

表1 膠帶機(jī)相關(guān)參數(shù)一覽表

2 膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的分析

針對(duì)該膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中膠帶機(jī)的集中控制，需明確各個(gè)膠帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及各個(gè)膠帶機(jī)運(yùn)行時(shí)的相互聯(lián)系。因此，本節(jié)對(duì)單個(gè)膠帶機(jī)及膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

2.1 單臺(tái)膠帶機(jī)的運(yùn)輸

單臺(tái)膠帶機(jī)需經(jīng)歷啟動(dòng)- 加速- 勻速- 下部設(shè)備運(yùn)行- 停機(jī)- 減速- 制動(dòng)閘上閘- 電機(jī)斷電- 停機(jī)完畢的工作流程。

其中，為確保生產(chǎn)的安全性，啟動(dòng)前10 s 需發(fā)出報(bào)；報(bào)警結(jié)束后逐臺(tái)啟動(dòng)膠帶機(jī)中的各個(gè)電機(jī)，且保證各個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間間隔大于3 s。當(dāng)停機(jī)按鈕被按下時(shí)，工作面的給煤設(shè)備立即停止向膠帶機(jī)供煤，膠帶機(jī)開始減速運(yùn)行直至制動(dòng)閘上閘后將其電機(jī)斷電[3]。

此外，當(dāng)生產(chǎn)中遇緊急情況需緊急停車時(shí)，作業(yè)人員按下急停機(jī)按鈕，此時(shí)膠帶機(jī)電機(jī)會(huì)立即斷電并將制動(dòng)閘上閘。各個(gè)膠帶機(jī)均配置有堆煤、超溫、煙霧、縱撕以及跑偏等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶機(jī)的保護(hù)。

2.2 多臺(tái)膠帶機(jī)的集中控制

多臺(tái)膠帶機(jī)集中控制時(shí)，需經(jīng)歷啟動(dòng)- 加速- 運(yùn)速聯(lián)鎖運(yùn)行- 停機(jī)- 減速- 停機(jī)完畢的工作流程。

其中，多臺(tái)膠帶機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，需首先打開開機(jī)信號(hào)，確保每臺(tái)膠帶機(jī)的作業(yè)人員確認(rèn)各個(gè)設(shè)備具備啟動(dòng)條件；確認(rèn)完畢后在設(shè)備啟動(dòng)前10 s 發(fā)出信號(hào)報(bào)警，并采用逆煤流的方向依次間隔6 s 啟動(dòng)各臺(tái)膠帶機(jī)。多臺(tái)膠帶機(jī)集中停機(jī)時(shí)，需采用順煤流的方向?qū)υO(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作，各臺(tái)設(shè)備停機(jī)前需確保其皮帶處于空膠帶狀態(tài)[4]。

當(dāng)生產(chǎn)中遇緊急情況需緊急停車時(shí)，作業(yè)人員按下急停機(jī)按鈕，此時(shí)膠帶機(jī)電機(jī)會(huì)立即斷電并將制動(dòng)閘上閘。各個(gè)膠帶機(jī)均配置有堆煤、超溫、煙霧、縱撕以及跑偏等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶機(jī)的保護(hù)。

3 膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的原理分析與設(shè)計(jì)方案

3.1 控制原理

目前，工業(yè)生產(chǎn)中所采用的響應(yīng)速度快、超調(diào)量小以及控制精度較高的控制算法為模糊控制算法[5]。因此，本文中膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)采用PLC+模糊控制算法相結(jié)合的控制方式。模糊控制算法的控制原理框圖如圖2 所示。

圖2 模糊控制算法原理框圖

如圖2 所示，模糊控制器為該控制器的核心，現(xiàn)場(chǎng)工作面?zhèn)鞲衅鲗?duì)膠帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將所得數(shù)據(jù)與給定值進(jìn)行對(duì)比，通過模糊控制器得出相應(yīng)的控制策略，經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后給執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)的控制指令。

3.2 設(shè)計(jì)方案

對(duì)于單臺(tái)膠帶機(jī)而言，要求既能夠進(jìn)行手動(dòng)控制，又能進(jìn)行自動(dòng)控制。手動(dòng)控制模式僅適用于對(duì)膠帶機(jī)保護(hù)裝置的控制，且設(shè)備停機(jī)時(shí)必須由人工操作進(jìn)行手動(dòng)控制，并依據(jù)2.1 所述的控制流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于多臺(tái)膠帶機(jī)而言，要求其既能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)聯(lián)機(jī)控制也能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)聯(lián)機(jī)控制，并依據(jù)2.2 所述的控制流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

針對(duì)該膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中多臺(tái)膠帶機(jī)的控制要求，1 號(hào)、2 號(hào)、4 號(hào)膠帶機(jī)以及3 號(hào)圓形振篩為一臺(tái)PLC 完成控制；5 號(hào)膠帶機(jī)工作環(huán)境惡劣，保護(hù)裝置多且安全性高等要求，由另一臺(tái)PLC 控制。經(jīng)統(tǒng)計(jì)單臺(tái)和多臺(tái)膠帶機(jī)控制的開關(guān)量數(shù)量如表2 所示。

表2 單臺(tái)和多臺(tái)膠帶機(jī)控制系統(tǒng)開關(guān)量的數(shù)量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述開關(guān)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，選用三菱FX2N-48MT 型PLC 對(duì)5 號(hào)膠帶機(jī)進(jìn)行控制；選用三菱FX2N-32MT 型PLC 對(duì)1 號(hào)、2 號(hào)、4 號(hào)膠帶機(jī)以及3 號(hào)圓形振篩進(jìn)行控制。此外，根據(jù)控制要求為各個(gè)膠帶機(jī)配置相應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的速度、堆煤、跑偏、撕裂以及溫度等參數(shù)的保護(hù)，各保護(hù)裝置選型結(jié)果如表3 所示。

表3 保護(hù)裝置選型結(jié)果

4 結(jié)語

膠帶機(jī)作為當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中往往由多臺(tái)膠帶機(jī)組成膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)，為確保膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，需對(duì)傳統(tǒng)基于繼電器的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，從而提升膠帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和安全性。為此，將PLC控制器和模糊控制算法應(yīng)用于其中，達(dá)到提升煤礦運(yùn)輸效率及煤礦生產(chǎn)效率的目的。