基于PLC實(shí)現(xiàn)的連鎖功能在膠帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

康富軍

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，嘉峪關(guān) 735100）

電氣系統(tǒng)自動(dòng)化是提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能躍升的有效方法，同時(shí)也是很多傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行技術(shù)革新的重要突破點(diǎn)[1]。采礦行業(yè)在傳統(tǒng)意義上具有勞動(dòng)密集型的特點(diǎn)，多采用人工方式進(jìn)行開采和運(yùn)輸，不但工作效率較低，而且容易發(fā)生安全事故，從而危及工作人員的生命健康。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)綜合水平的提升和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，很多礦產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)積極引進(jìn)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)礦石的快速運(yùn)輸，并且有全面取代人拖馬拉、輪式機(jī)械運(yùn)輸?shù)膽B(tài)勢(shì)。

膠帶運(yùn)輸機(jī)主要由輸送帶、托輥、滾筒、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、張緊、改向、裝載、卸載以及清掃等裝置組成，是運(yùn)輸大噸位粉、塊狀物品的理想工具，既可以水平運(yùn)輸、也可以傾斜運(yùn)輸，因此在礦石、采煤、冶金等行業(yè)獲得到了廣泛應(yīng)用[2]。該設(shè)備的控制系統(tǒng)相當(dāng)于整套機(jī)械設(shè)備的“智能大腦”和“神經(jīng)中樞”，不但能夠有效地將功能各異的設(shè)備連接起來(lái)，而且能夠指揮這些設(shè)備協(xié)同動(dòng)作，并通過發(fā)揮出不同的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)整項(xiàng)工作任務(wù)[3]。然而，控制系統(tǒng)對(duì)工作穩(wěn)定性要求較高，且必須確保能夠長(zhǎng)時(shí)間可靠工作，否則一旦出現(xiàn)故障極易導(dǎo)致整套輸送系統(tǒng)無(wú)法工作，從而帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高膠帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，可以采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）設(shè)計(jì)連鎖機(jī)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上確保整套運(yùn)輸系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行。

1 PLC器件及PLC控制技術(shù)概述

1.1 PLC器件基本原理

PLC是指一種智能控制器件，主要用來(lái)代替繼電器或者與繼電器配合實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的邏輯控制。與繼電器相比，PLC除了能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程電氣自啟停功能之外，還能夠利用集成的邏輯芯片實(shí)現(xiàn)在線編程功能，并對(duì)控制指令進(jìn)行預(yù)加載，從而提高電氣系統(tǒng)的智能化程度[4]。相比于基于微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，利用PLC進(jìn)行電氣系統(tǒng)自動(dòng)化控制具有投入成本少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單一控制功能精準(zhǔn)等特點(diǎn)，因此在當(dāng)今電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域占有重要的地位。

1.2 PLC控制技術(shù)基礎(chǔ)理論

基于PLC可以開發(fā)出不同功能導(dǎo)向的控制技術(shù)[5]，這些控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程類似，可以用圖1進(jìn)行表示。由圖1可以看出，PLC控制技術(shù)通過對(duì)輸入信號(hào)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)采用反饋校正機(jī)制提高控制精度。另外，PLC控制技術(shù)的可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以與多種功能的設(shè)備配合使用，借助其邏輯控制可以簡(jiǎn)化編程難度，在工業(yè)環(huán)境下能夠直接應(yīng)用，且不易受到外部噪聲的干擾，對(duì)工作環(huán)境要求較低，因此便于工程應(yīng)用，是進(jìn)行膠帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)的重要實(shí)現(xiàn)手段。

2 膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

在膠帶運(yùn)輸機(jī)工作過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性[6]。連鎖機(jī)構(gòu)配合啟停功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)工作狀態(tài)的穩(wěn)定控制。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)行膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，既要關(guān)注運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)控制方式，也要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)裝置的可靠運(yùn)行[7]。

2.1 連鎖功能支持下膠帶運(yùn)輸機(jī)啟停方式分析

基于連鎖功能的膠帶運(yùn)輸機(jī)可以采用直接啟停、軟啟停和變頻啟停3種方式進(jìn)行控制。這3種啟停方式的異同見表1。在進(jìn)行連鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合3種啟停方式的適用范圍和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行比較選擇，配合PLC控制器采用合適的啟停方式實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)工作狀態(tài)的可靠控制。

表1 基于連鎖功能的膠帶運(yùn)輸機(jī)啟停方式比較

2.2 用于連鎖功能的保護(hù)裝置分析

為了確保膠帶運(yùn)輸機(jī)在工作過程中穩(wěn)定運(yùn)行，需要時(shí)刻關(guān)注膠帶運(yùn)行狀態(tài)，確保膠帶不會(huì)出現(xiàn)跑偏、打滑、撕裂的情況，同時(shí)避免緊急停機(jī)帶來(lái)的危害。因此，基于連鎖功能可以設(shè)計(jì)膠帶跑偏保護(hù)、打滑保護(hù)、撕裂保護(hù)和緊急停機(jī)保護(hù)裝置。其中：跑偏保護(hù)由設(shè)置在機(jī)頭和機(jī)尾的跑偏開關(guān)實(shí)現(xiàn)；打滑保護(hù)由多齒輪冗余聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；撕裂保護(hù)由跑偏裝置聯(lián)合等間隔拉繩開關(guān)實(shí)現(xiàn)；緊急停機(jī)保護(hù)主要依靠邏輯控制電路的短時(shí)記憶功能實(shí)現(xiàn)。

3 基于PLC控制的膠帶運(yùn)輸機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行連鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

PLC控制器最重要的功能是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。對(duì)于膠帶運(yùn)輸機(jī)這種大型機(jī)械設(shè)備而言，其工作環(huán)境往往較為惡劣，且啟停較為頻繁。因此，有必要對(duì)這種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)需要準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程控制信號(hào)，并進(jìn)行有效性分析，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤啟停要能夠立刻啟動(dòng)停機(jī)保護(hù)，避免在無(wú)人值守的情況下造成不必要的損失。

3.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

利用PLC控制器進(jìn)行膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分類并采取有效集成的方式。連鎖系統(tǒng)的輸入信號(hào)需要融合本級(jí)接觸器KM的常開信號(hào)與后級(jí)設(shè)備的啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)加入膠帶跑偏保護(hù)、打滑保護(hù)、撕裂保護(hù)和緊急停機(jī)保護(hù)等信號(hào)，確保在工作過程中能夠達(dá)到上級(jí)設(shè)備、本機(jī)設(shè)備和下級(jí)設(shè)備的開、關(guān)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制，即上級(jí)設(shè)備開機(jī)的同時(shí)將信號(hào)傳至本級(jí)和下級(jí)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的同步開機(jī)。關(guān)機(jī)時(shí)的操作模式與此相同。PLC控制器內(nèi)部的控制指令邏輯分析元件可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，并根據(jù)采集到的本級(jí)接觸器常開信號(hào)與后級(jí)設(shè)備的啟動(dòng)信號(hào)進(jìn)行邏輯比較，在必要時(shí)啟動(dòng)保護(hù)信號(hào)（保護(hù)信號(hào)并不是一直啟動(dòng)），通過3種信號(hào)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)的連鎖啟?？刂?。

3.2 膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖機(jī)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

進(jìn)行膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以采用分級(jí)布控的方式實(shí)現(xiàn)連鎖機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的功能。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)用于布置PLC控制系統(tǒng)及相關(guān)信號(hào)采集裝置，同時(shí)架設(shè)監(jiān)控?cái)z像頭，以實(shí)時(shí)采集PLC控制器及膠帶運(yùn)輸機(jī)的工作狀態(tài)。傳輸級(jí)建立工業(yè)以太網(wǎng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)將采集到的信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸至用戶級(jí)。用戶級(jí)建立指揮顯示系統(tǒng)和決策推演系統(tǒng)，用來(lái)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和查看，并對(duì)決策信息進(jìn)行電腦模擬推演，供工作人員進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)判使用。利用PLC控制器設(shè)計(jì)膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖系統(tǒng)時(shí)，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖機(jī)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

PLC是當(dāng)前比較高效且成本低廉的一種電氣自動(dòng)控制裝置，尤其是其遠(yuǎn)程控制的高可靠性使其在工業(yè)應(yīng)用中占有較大市場(chǎng)份額。膠帶運(yùn)輸機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，需要采用遠(yuǎn)程控制的方式實(shí)現(xiàn)安全、可靠工作?；诖?，本文利用PLC控制器及相關(guān)控制技術(shù)，建立了一整套膠帶運(yùn)輸機(jī)連鎖啟停系統(tǒng)，幫助膠帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定運(yùn)行。本文提出的基于PLC控制的膠帶運(yùn)輸機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行連鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有一定的普遍適用性，相關(guān)企業(yè)可以結(jié)合特定型號(hào)的膠帶運(yùn)輸機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)特殊情況進(jìn)行擴(kuò)展改進(jìn)，進(jìn)一步探索PLC控制器的工業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的更新?lián)Q代式變革。