煤礦帶式輸送機(jī)中PLC技術(shù)的應(yīng)用分析

＊徐 潔

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理分公司 山西 037003）

引言

在煤礦產(chǎn)業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，帶式輸送機(jī)是保證煤資源穩(wěn)定傳送的重要設(shè)備，而控制系統(tǒng)是決定帶式運(yùn)輸機(jī)能否安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵前提。為了提高煤礦運(yùn)輸作業(yè)效率和運(yùn)行安全，需要采取科學(xué)、可行的技術(shù)應(yīng)用到控制系統(tǒng)當(dāng)中。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)沖擊力大、功率不穩(wěn)定等情況，嚴(yán)重影響運(yùn)輸效率[1]。因此，針對(duì)這一現(xiàn)象，將PLC技術(shù)應(yīng)用到帶式傳送機(jī)控制系統(tǒng)中，能讓輸送機(jī)保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，為煤礦輸送效率和作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全提供有力保障。

1.帶式輸送機(jī)工作原理

在煤礦行業(yè)領(lǐng)域中，帶式輸送機(jī)是十分重要的作業(yè)組成部分。帶式輸送機(jī)即采用輸送帶作為牽引部件來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送功能的作業(yè)設(shè)備，可以對(duì)物料進(jìn)行有效運(yùn)輸。輸送機(jī)上的輸送帶分為牽引結(jié)構(gòu)和承載結(jié)構(gòu)[2]。輸送帶主要是利用托輥旋轉(zhuǎn)來(lái)完成傳動(dòng)功能。因此，帶式輸送機(jī)在輸送過(guò)程中受到的阻力并不大，并且經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行能讓驅(qū)動(dòng)滾筒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而可以讓驅(qū)動(dòng)滾筒和輸送帶產(chǎn)生一定的摩擦力，進(jìn)而帶動(dòng)傳送機(jī)運(yùn)行。

在傳送帶的另一端，走到終點(diǎn)處后會(huì)經(jīng)過(guò)改向滾筒來(lái)調(diào)轉(zhuǎn)方向，從而將物料進(jìn)行自動(dòng)卸載。另外，帶式輸送機(jī)上加裝了卸載設(shè)備，可以讓物料在輸送帶終端處更好的完成卸載，作業(yè)效率更高。帶式輸送機(jī)如圖1所示[3]。

圖1 帶式輸送機(jī)

2.PLC技術(shù)概述

在如今自動(dòng)化水平日益提高的時(shí)代背景下，PLC技術(shù)在其中的應(yīng)用能起到一定的促進(jìn)作用。通過(guò)PLC可編程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，能替代傳統(tǒng)的控制設(shè)備，進(jìn)而可以對(duì)應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行邏輯控制[4]。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的日益提升，PLC技術(shù)也到了完善和優(yōu)化，在設(shè)備邏輯控制器控制中起到了顯著的效果。在應(yīng)用PLC時(shí)，通過(guò)分時(shí)、多任務(wù)的功能可以及時(shí)控制設(shè)備操作[5]。PLC是利用了數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)操控功能的設(shè)備，其技術(shù)帶有可編程的程序，在存儲(chǔ)、運(yùn)算、執(zhí)行方面均能實(shí)現(xiàn)一定的功能。在現(xiàn)實(shí)設(shè)備上輸入指令后，能對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制。PLC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛，能深度融合到系統(tǒng)當(dāng)中，為系統(tǒng)的擴(kuò)展起到促進(jìn)作用。PLC技術(shù)所應(yīng)用的控制系統(tǒng)中，元件可以分成CPU模塊和IO模塊,而PLC可編程控制器具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）控制器設(shè)備具有較強(qiáng)的抗干擾性能，PLC技術(shù)在控制器中的應(yīng)用能讓電子集成電路的規(guī)模更大，從而在抵抗外界干擾方面的能力也就越強(qiáng)。PLC技術(shù)應(yīng)用成熟的控制設(shè)備，無(wú)故障運(yùn)行時(shí)限能達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)以上，從而大大縮減了設(shè)備日常維修、檢驗(yàn)的時(shí)間，也降低了檢驗(yàn)成本[6]。

（2）PLC控制器設(shè)備具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，生產(chǎn)方式也逐漸趨向于自動(dòng)化、信息化，PLC技術(shù)的應(yīng)用也更為多樣化，能和工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入融合，間接地提高了工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)備的適應(yīng)能力。

（3）PLC控制器操控系統(tǒng)更加便捷。該控制系統(tǒng)采用了可編程程序和繼電器電路語(yǔ)言，將兩者進(jìn)行充分結(jié)合后，使用者僅僅通過(guò)繼電器操控就能更好地理解編程程序內(nèi)容[7]。

圖2 整體式PLC組成示意圖

3.PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)

PLC技術(shù)在煤礦帶式傳送機(jī)中具有諸多優(yōu)勢(shì)：

首先，PLC技術(shù)在多種傳送機(jī)產(chǎn)品中均能充分應(yīng)用，并且PLC硬件使用功能也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，通用性強(qiáng)，能在多種產(chǎn)品中合理應(yīng)用，并且能在不同規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中都能完成構(gòu)建。

其次，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)受到各種因素的干擾，如電磁、電壓等，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在受到煤礦中劇烈的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和惡劣的環(huán)境后，在運(yùn)行準(zhǔn)確率、運(yùn)行過(guò)程方面會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，而PLC技術(shù)中融入了微電路繼承技術(shù)，在繼承元件上并無(wú)大量的接觸點(diǎn)，使用年限更長(zhǎng)且具有較高的安全性。例如：在某項(xiàng)煤礦生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，讓無(wú)故障運(yùn)行的時(shí)限延長(zhǎng)到了6萬(wàn)小時(shí)。PLC技術(shù)的應(yīng)用在抗干擾性能中具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，且功能性較強(qiáng)，能夠及時(shí)糾正系統(tǒng)故障，具有一定的可靠性[8]。并且PLC技術(shù)在煤礦帶式傳送機(jī)控制系統(tǒng)中能為后期的維護(hù)提供一定的便利，可以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出的功能，從而在系統(tǒng)發(fā)生故障需要替換模塊時(shí)，不需要停止系統(tǒng)工作就能在更短的時(shí)間內(nèi)完成故障排查和維修[9]。

最后，PLC技術(shù)在煤礦帶式傳送機(jī)控制系統(tǒng)中能夠起到降低功耗的作用。例如：在小型帶式傳送機(jī)的設(shè)備控制系統(tǒng)中，輸入、輸出的接口共計(jì)130個(gè)，繼電器的接口共580個(gè)，接口數(shù)量相對(duì)較少。并且小型帶式傳送機(jī)PLC設(shè)備的總質(zhì)量為3kg，在空載時(shí)所產(chǎn)生的功耗為0.9W，僅為繼電器控制系統(tǒng)的1/11[10]。在控制系統(tǒng)中，PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)情況的功能，并且所反饋的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)十分清晰，可以充分控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，讓工作人員能更好地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行監(jiān)控，提高監(jiān)控操作便利性。

4.PLC技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用分析

(1)煤礦帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文基于PLC技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一套煤礦帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)，具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容如圖3所示[11]。此控制系統(tǒng)中的變頻驅(qū)動(dòng)裝置包含了3臺(tái)電機(jī)，其中電機(jī)1安裝在輸送機(jī)頭、電機(jī)2、電機(jī)3安裝在輸送機(jī)尾。3臺(tái)電機(jī)分別采用不同的變頻驅(qū)動(dòng)裝置，并且采用變頻驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)Profibus-DP通信方式傳輸?shù)絇LC控制器中。并且遠(yuǎn)程操作平臺(tái)也通過(guò)Profibus-DP將信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器中來(lái)實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備運(yùn)行功能。帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中帶有速度傳感器，輸送機(jī)通過(guò)速度傳感器能按照設(shè)定的速度頻率來(lái)達(dá)到運(yùn)行目的，將帶速信息采集后傳輸給PLC控制器。帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中自皮帶秤稱(chēng)重感應(yīng)裝置，且安裝了稱(chēng)重設(shè)備，從而可以通過(guò)PLC控制系統(tǒng)及時(shí)掌握運(yùn)輸機(jī)皮帶上的荷載變化情況。在保護(hù)傳感器方面，通過(guò)多種意外情況能及時(shí)起到保護(hù)帶式輸送機(jī)的作用，如控制系統(tǒng)識(shí)別出運(yùn)輸機(jī)跑偏、打滑、堆煤、縱撕、超溫、斷帶、煙霧、張力下降、沿線(xiàn)急停等情況，保護(hù)傳感器感應(yīng)到后通過(guò)模擬量輸入傳輸給PLC控制器，進(jìn)而起到及時(shí)停止帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的作用[12]。PLC控制器通過(guò)Profibus-DP通信方式將煤礦帶式輸送機(jī)的各種運(yùn)行關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)傳送到運(yùn)程操控平臺(tái)，接受反饋操控指令。

圖3 帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

(2)煤礦帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)是通過(guò)PLC系統(tǒng)控制軟件來(lái)完成自動(dòng)化控制功能，因此應(yīng)當(dāng)完善軟件管理操作平臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)各種使用功能。對(duì)軟件進(jìn)行編程的過(guò)程中，基于PLC技術(shù)，將梯形圖編程模塊具體分成了幾個(gè)小模塊，分別為主系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、模擬量輸入、遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、數(shù)字量輸入、系統(tǒng)故障解決、處理等模塊[13]。

其中，在保護(hù)模塊中，當(dāng)帶式輸送機(jī)正式開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，若帶速小于預(yù)先設(shè)定的輸送機(jī)帶速的0.8倍，則出現(xiàn)打滑語(yǔ)音報(bào)警，然后經(jīng)過(guò)3s后亮起故障燈，最后停止運(yùn)行。若帶速大于預(yù)先設(shè)定的輸送機(jī)帶速的1.2倍，則會(huì)發(fā)出超速語(yǔ)音報(bào)警，然后經(jīng)過(guò)3s后出現(xiàn)亮起故障燈，最后停機(jī)。當(dāng)帶速處于0.8～1.2帶速之間，會(huì)查看是否有堆煤現(xiàn)象，若有堆煤則發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警并停機(jī)，若無(wú)堆煤則查看是否存在跑偏現(xiàn)象，依次檢測(cè)一級(jí)跑偏和二級(jí)跑偏，然后依次檢測(cè)撕裂、斷帶情況[14]。

若在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)上述任意故障，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警，并延時(shí)3s后亮起故障燈，停止運(yùn)行。而在變頻控制模塊中，輸送機(jī)通電后首先進(jìn)行自檢，自檢出現(xiàn)故障會(huì)直接停止運(yùn)行，若無(wú)故障會(huì)與PLC變頻器建立通信連接，反復(fù)連接，直至成功，成功連接后會(huì)按照操作指令來(lái)決定是否啟動(dòng)變頻器，并通過(guò)變頻器是否進(jìn)行加速或者減速，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)變頻控制的目的。

(3)煤礦帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)計(jì)方面包含了控制裝置、變頻裝置、電機(jī)設(shè)備以及負(fù)載電流檢測(cè)設(shè)備等。

①控制設(shè)備采用了于西門(mén)子S7-300PLC，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)開(kāi)啟、停止、維護(hù)、自檢故障等功能。

②變頻裝置選用了ACS-1000，與控制設(shè)備同一品牌[15]。

③電機(jī)設(shè)備采用了4臺(tái)250kW的交流電機(jī)。

④負(fù)載電流檢測(cè)設(shè)備通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器能將輸送機(jī)設(shè)備中的交流訊號(hào)傳送到主系統(tǒng)當(dāng)中，然后通過(guò)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行計(jì)算、處理后能分析出帶式運(yùn)輸機(jī)的具體運(yùn)行負(fù)荷情況。

另外跑偏傳感器、打滑保護(hù)傳感器、超溫傳感器、撕裂傳感器型號(hào)分別為了KG-1007A-1、KG5007A、WZP-T和為DJSBY-1[16]。所選的傳感器型號(hào)與主系統(tǒng)之間具有良好契合度，能滿(mǎn)足帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文首先對(duì)PLC技術(shù)的主要內(nèi)容、特點(diǎn)以及帶式輸送機(jī)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)地探討，并且詳細(xì)地分析了PLC技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)中的具體應(yīng)用，如何在輸送機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)揮自身的價(jià)值和作用的。并且在分析時(shí)從帶式輸送機(jī)的多個(gè)角度，如主體框架、硬件配置、軟件配置進(jìn)行介紹，闡述PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的執(zhí)行功能。在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)成為不可分割的一部分，為煤礦帶式輸送機(jī)提供了技術(shù)保障，提高了運(yùn)輸效率和安全質(zhì)量，為使用者提供了更多的操控便利。

并且，PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也具有十分強(qiáng)大的功能，能降低煤礦生產(chǎn)運(yùn)行成本。但PLC技術(shù)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求相對(duì)較高，在日常檢查、維修、編程中對(duì)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)水平提出了更高的要求。但只要嚴(yán)格按照相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范就能充分發(fā)揮出PLC技術(shù)價(jià)值，減少系統(tǒng)故障發(fā)生幾率，提高設(shè)備穩(wěn)定性，為煤礦生產(chǎn)安全提供有力保障。