基于PLC的刮板輸送機自動張緊控制裝置研究

白明亮

（神華神東煤炭集團公司石圪臺煤礦，陜西 榆林 719315）

基于PLC的刮板輸送機自動張緊控制裝置研究

白明亮

（神華神東煤炭集團公司石圪臺煤礦，陜西 榆林 719315）

本文開發了基于PLC的刮板輸送機自動張緊裝置，通過在神東石圪臺煤礦22上205工作面的刮板輸送機上代替原有設備試驗運行，能夠滿足實際需求，并已穩定運行6個月。

PLC 刮板輸送機 自動張緊

前言

隨著自動化采煤技術的飛速發展，綜采設備的自動化程度越來越高。綜采﹑綜放工作面所使用的大型﹑重型設備如輸送機﹑轉載機﹑破碎機的自動化程度也在逐漸增加。神東公司此前引進的相當一部分國內﹑外綜采刮板輸送機都因其系統不適用現場條件或使用不可靠而不能實現鏈條的自動張緊功能，為此本文開發了基于PLC的刮板輸送機自動張緊裝置。

1 基本控制原理

圖1 液控單元原理圖

自動張緊裝置采用PLC可編程控制器作為CPU，通過壓力﹑位移等傳感器檢測刮板輸送機機尾伸縮油缸底的壓力監測及油缸活塞桿行程，來判斷鏈條的張力狀況，得出判斷結果后，控制電液系統來伸縮油缸，實現機尾的伸縮移動，達到在一定范圍內來控制刮板輸送機鏈條的松緊，使鏈條在工作時始終處于理想的松緊狀態。

2 系統組成

本裝置由電控單元和液控單元兩部分組成。

2.1 電控單元

電控單元是整個裝置的重要組成部分，是實現自動控制的核心。

a）直流電源

b）PLC可編程控制器

c）防爆數字量輸入模塊

d）防爆模擬量輸入模塊

e）防爆數字輸出塊

f）傳感器

2.2 液控單元

液控部分主要有一個伸縮缸﹑液控單向閥﹑安全閥﹑電磁換向閥﹑液控先導閥及其他管件等組成，其原理圖如圖1所示。

電液控制單元接受到來自主控系統的伸縮信號，驅動電磁閥動作，接通油路，使液控先導閥打開，給伸縮油缸注油，推動機尾動作，達到調節鏈條張力的目的。

3 控制邏輯與流程圖

啟動

輸送機啟動后，系統先檢測手/自動轉換開關位置，如果處于自動位置，系統將檢測鏈輪軸組的轉速，以判斷刮板輸送機是否達到正常轉速。

運行

輸送機運行正常后，系統不斷檢測機尾的缸底壓力。是否處于控制值限定的范圍，自動調節鏈條張力。

系統流程圖如圖2所示。

4 主要設備選型

電控單元的設備選型主要涉及PLC可編程控制器﹑數據采集單元﹑傳感器和電源模塊。

4.1 中央處理單元

該單元是系統的核心部件，采用德國西門子公司的S7—300系列可編程序控制器，型號CPU315F—2DP。S7—300系列可編程序控制器具有緊湊的設計，良好的擴展性以及強大的指令集，而且還有豐富的系列類型。我公司所選用的故障安全型CPU315F—2DP PLC具有MPI﹑PROFIBUS DP主/從接口，MPI口接顯示器，該CPU運行時須配MMC存儲卡，用于存儲硬件組態信息和PLC程序。

4.2 信號采集單元

信號采集單元是用來連接爆炸危險區域中的傳感器的I/O模塊，用來采集傳感器的信號,然后傳遞給CPU進行運算處理，之后轉換成顯示信號再通過數據線由彩色顯示屏顯示出具體數值。該單元分為數字量輸入和模擬量輸入模塊。

4.2.1 數字量輸入模塊

數字量輸入模塊用來接收按鈕狀態指令及油位開關量，其型號為SM321 DI4xNAMUR, Ex。

4.2.2 模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊是用來連接爆炸危險區域中的傳感器的I/O模塊，接收諸如減速箱冷卻水壓力等模擬量數值。針對井下工況，選用型號為SM331 AI4x0/ 4 to 20mA,Ex的模塊。減速器各軸承測量點和潤滑油的溫度值接收選用SM331 AI8xTC /4xRTD, Ex模塊。

4.3 傳感器

壓力傳感器選用GYD60-Y2（0-60Mpa）本質安全壓力傳感器；

行程傳感器選用德國瑪珂公司的本質安全型位移傳感器。

4.4 電源模塊

選用PS307/5A的電源模塊,其主要技術特征參數如下：

輸入 單相AC（50/60Hz）

額定電壓（電壓范圍）127VAC（75%-110%）

額定電流 1.7A

功率消耗 138W

輸出 24VDC/5A

5 軟件編程

5.1 人機界面的組態

利用PROTOOL CS軟件和專用通訊電纜對工業用彩色液晶顯示器TP170B進行編程和定義。

5.2 PLC軟件編程

利用STEP 7軟件和專用電纜對CPU 315F進行通訊和編程。

a）檢查硬件連接

——確認各傳感器正確連接。

——檢查各個輸入輸出模塊正確連接。

——確定前連接器正確連接在各模塊上。

b）應用PC編程

——新建項目后，首先進行硬件組態。所組硬件根據需要從數據庫中

選擇。

——對各模塊分配地址。組態時會自動分配地址（也可以人為修改，但是不能有沖突）。

編寫程序。應用STEP 7進行相應的程序編寫，完成后編譯并下載到CPU。

硬件組態完成后，各模塊將分配到固定的地址。

5.3 顯示及故障報警單元

本裝置主控箱的顯示單元采用西門子工業用TP170B COLOR 5.7英寸16色液晶顯示屏。需通過總線電纜和PLC連接。報警燈安裝在主控箱內，由DO 4×24VDC/10mA Ex數字量輸出模塊提供電源，CPU控制其閃爍報警。系統對位移傳感器采集到的極限行程進行報警：燈閃爍，提示用戶系統出現故障。

結語

本控制裝置在神東石圪臺煤礦22上205綜采工作面刮板輸送機上安裝調試正常，能夠實現實時自動張緊功能，在6個月的試用中未出現問題。不足之處是位移傳感器只能在油缸外部安裝，可能會缺乏較好的防護容易受到外部機械力而損壞，還需進一步改進。

圖2 系統流程圖

[1]楊杰,馮晨,汪愛明． 刮板輸送機電液控制器的開發[J]． 煤炭工程,2013,01：120-121+124．

[2]王軍霞,魏忠義． 模糊自適應PID技術在刮板輸送機鏈條張力控制上的應用研究[J]． 煤礦機械,2012,10：219-221．

[3]范國偉． 電氣控制與PLC應用技術[M]．人民郵電出版社,2013．

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