PLC控制技術(shù)在井下皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用

[摘 要]根據(jù)實(shí)際的運(yùn)輸情況和要求，為了確保安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率，煤礦井下皮帶運(yùn)輸中將采用PLC取代原有的繼電控制。文章簡(jiǎn)要介紹了PLC及其在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)PLC系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析，并闡述了PLC在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用，并對(duì)皮帶運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

[關(guān)鍵詞]PLC；煤礦；皮帶運(yùn)輸；電氣制動(dòng)

中圖分類號(hào)：TD634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）48-0350-01

煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)是煤礦的主要設(shè)備之一，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中最常用的系統(tǒng)。隨著科技的不斷發(fā)展，軟件工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)也在不斷地適應(yīng)著社會(huì)的發(fā)展，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)由“工人值守”變?yōu)椤盁o(wú)人值守”，機(jī)械化、系統(tǒng)化的廣泛應(yīng)用，對(duì)煤礦開(kāi)采運(yùn)輸技術(shù)提出了更高的要求。煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的全方位的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該把網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控與多媒體等融為一體，其中最為重要的是監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)管系統(tǒng)，本文主要描述了當(dāng)前PLC技術(shù)在煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，主要結(jié)合SCADA系統(tǒng)中的調(diào)控技術(shù)來(lái)對(duì)整個(gè)煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)控和信息收集匯總，進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證煤礦開(kāi)采到的原煤經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠。

1 PLC概述

PLC全稱可編程邏輯控制器，是一種采用數(shù)字運(yùn)算操作的控制系統(tǒng)，是專門(mén)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的。PLC控制系統(tǒng)主要由地面控制中心和井下皮帶運(yùn)輸分站組成，其中地面控制中心的核心是綜合操作臺(tái)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行操作和控制袁其主要工作方式有兩種，一種是自動(dòng)控制，由控制中心的操作臺(tái)向控制器發(fā)出控制信號(hào)，控制器在接收信號(hào)之后根據(jù)指令完成一系列皮帶運(yùn)輸機(jī)的開(kāi)機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)和停止等工作，且自動(dòng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括對(duì)電機(jī)三相電流、功率、瓦斯?jié)舛纫约斑\(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，并將各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給控制中心，以便控制中心能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的故障，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行和安全生產(chǎn)。而另一種控制則是手動(dòng)控制，手動(dòng)控制實(shí)際上是自動(dòng)控制的補(bǔ)充，在自動(dòng)控制出現(xiàn)電力故障等問(wèn)題時(shí)，能夠手動(dòng)操作設(shè)備，對(duì)設(shè)備的突發(fā)狀況進(jìn)行處理。井下皮帶運(yùn)輸控制分站是執(zhí)行控制中心發(fā)出指令的終端控制器，控制分站在接收到控制中心的指令后，根據(jù)指令來(lái)控制皮帶運(yùn)輸機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作，完成井下運(yùn)輸工作。井下有很多條皮帶運(yùn)輸機(jī)，這些皮帶運(yùn)輸機(jī)都是通過(guò)PLC控制系統(tǒng)的通信接口連接到礦井的控制網(wǎng)中，由控制網(wǎng)將各條皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀況傳送到控制中心，再由控制中心將收集起來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井皮帶運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化控制。

2 皮帶運(yùn)輸機(jī)PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成分析

2.1 地面控制中心

地面控制中心的核心構(gòu)成為綜合操作平臺(tái)，其處于中央控制室中。通常而言，系統(tǒng)控制中心同井下控制點(diǎn)之間有著較大距離間隔，因此為確保監(jiān)控工作合理有效，多選用上位機(jī)對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，其常見(jiàn)操作方式可分為自動(dòng)操作與人工操作兩種。

a）自動(dòng)操作。這種控制方法是通過(guò)操作平臺(tái)編輯發(fā)送控制指令到PLc系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)接收命令后依據(jù)預(yù)設(shè)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸機(jī)開(kāi)關(guān)的控制，同時(shí)系統(tǒng)還可自動(dòng)監(jiān)測(cè)反饋設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如輸出功率、三相電流等，從而對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)定位與處理.

b）人工操作。這種操作方式是自控操作的臨時(shí)補(bǔ)充。系統(tǒng)控制人員在自控失靈的情況下可依據(jù)操作平臺(tái)所展現(xiàn)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而保障遠(yuǎn)程操控長(zhǎng)時(shí)問(wèn)不間斷運(yùn)行。

2.2 井下運(yùn)輸機(jī)分站

運(yùn)輸機(jī)井下分站的關(guān)鍵組成構(gòu)件為可編程控制器（PLC），其借由調(diào)控運(yùn)輸機(jī)可對(duì)井下整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程實(shí)施控制。位于井下不同位置的運(yùn)輸機(jī)分站借由PLC系統(tǒng)中的通訊模塊可同井下以太網(wǎng)相連，并將其監(jiān)測(cè)到的信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地表控制中心，從而構(gòu)成完整的監(jiān)控體系，便于地表工作人員對(duì)井下生產(chǎn)運(yùn)輸井下遠(yuǎn)程控制。

3 PLC控制技術(shù)在井下皮帶運(yùn)輸中的實(shí)際應(yīng)用。

在煤礦企業(yè)應(yīng)用中，首先需要設(shè)定好皮帶運(yùn)輸程序，四臺(tái)啟動(dòng)柜會(huì)將常開(kāi)點(diǎn)串接在合閘回路當(dāng)中，但合閘回路是由啟動(dòng)柜自保點(diǎn)構(gòu)成。通過(guò)合閘之后的真空斷路器輔助接點(diǎn)把運(yùn)行信號(hào)返回到PLC當(dāng)中。啟動(dòng)柜出現(xiàn)故障后，主要表現(xiàn)為預(yù)定時(shí)間內(nèi)信號(hào)返回點(diǎn)的準(zhǔn)時(shí)傳達(dá)。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，故障的信息通過(guò)主電機(jī)操作臺(tái)顯現(xiàn)出來(lái)。工作人員能夠方便處理，其他設(shè)備能夠通過(guò)減速器、三相電流以及繞組溫度進(jìn)行分站處理，起車(chē)之前要先預(yù)警，對(duì)皮帶的檢測(cè)進(jìn)行沿線控制，正常的保護(hù)能夠決定主電機(jī)的信號(hào)輸出點(diǎn)，確保正常啟動(dòng)，總體上來(lái)看PLC技術(shù)的應(yīng)用在皮帶運(yùn)輸過(guò)程中起到了十分積極的作用，具體有以下幾點(diǎn)表現(xiàn)。

3.1 PLC在皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用

（1）PLC技術(shù)在皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的運(yùn)行方式

電動(dòng)機(jī)以均轉(zhuǎn)速和均轉(zhuǎn)矩、1+單機(jī)、2+單機(jī)這四種主要方式運(yùn)行，運(yùn)行速度分別小于2.5m/s、1.8m/s、0.63m/s，運(yùn)行及速度的狀況是由03XZK以及給定方式進(jìn)行確定的，當(dāng)1JA處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，速度是有內(nèi)外控制電位器決定的，但是速度保持在限制范圍內(nèi)，處于自動(dòng)控制的狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行的速度則是由運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)決定的，速度值可以被任意設(shè)置。

（2）PLC技術(shù)在皮帶運(yùn)輸過(guò)程中勻轉(zhuǎn)速和勻轉(zhuǎn)矩中的應(yīng)用

煤礦在井下進(jìn)行皮帶運(yùn)輸過(guò)程中，勻轉(zhuǎn)矩和勻轉(zhuǎn)速的運(yùn)行都是通過(guò)1+單機(jī)運(yùn)行的方式。其中，勻轉(zhuǎn)矩在系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中采用的定積分器和速度調(diào)節(jié)器都是共用的，因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器在輸出的定值上還存在一定的差異，所以，在電機(jī)的電流反饋強(qiáng)度相同的情況下，傳統(tǒng)的電流值和直流就是相等的。運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)其實(shí)屬于串聯(lián)，電極之間的額定磁通相同。假設(shè)電機(jī)之間的電樞電流也是相同的，轉(zhuǎn)矩就是相等的，形成了勻轉(zhuǎn)矩。系統(tǒng)處于勻轉(zhuǎn)矩的時(shí)候，要想達(dá)到最滿意的精度，必須將1+電動(dòng)機(jī)設(shè)定成雙閉環(huán)的系統(tǒng)，2+電動(dòng)機(jī)只是電流環(huán)跟隨系統(tǒng)，電機(jī)的出力雖然相同，但運(yùn)行速度一定不同。endprint

3.2 PLC應(yīng)用于皮帶運(yùn)輸?shù)谋憩F(xiàn)

（1）操作人性化

同傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)的操作方式發(fā)生了變化，更加人性化、PLC技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)用了兩種操作方式，分別是自動(dòng)操作和手動(dòng)操作，而且這兩種方式是可以自由切換的，不需要任何輔助條件。用戶購(gòu)買(mǎi)了PLC技術(shù)之后，只需要按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行正常的使用就可以了，通過(guò)少量接線和簡(jiǎn)易程序設(shè)定，就能夠靈活地控制實(shí)際生產(chǎn)，在方便了操作人員的同時(shí)，充分體現(xiàn)了科技的人性化。

（2）控制高效化

PLC技術(shù)對(duì)整個(gè)煤炭的運(yùn)輸過(guò)程都可以起到控制和監(jiān)督的作用，對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)開(kāi)關(guān)都進(jìn)行有效的控制，工作人員結(jié)合實(shí)際的工作需要，選擇性地開(kāi)啟設(shè)備，實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)的系統(tǒng)管理功能，減少資源的浪費(fèi)，提升整體的工作質(zhì)量。

（3）自我控制化

根據(jù)PLC技術(shù)自身的特點(diǎn)，為煤炭運(yùn)輸工作提出了很多合理的解決辦法，對(duì)于煤礦皮帶的運(yùn)輸不良現(xiàn)象做出了很多改善。最主要的表現(xiàn)就是自我的診斷以及及時(shí)的報(bào)警，這兩個(gè)方面對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)做出了全面的檢測(cè)，在發(fā)生故障時(shí)候能夠及時(shí)預(yù)警。

4 皮帶運(yùn)輸自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展前景

如今礦產(chǎn)企業(yè)為擺脫現(xiàn)實(shí)困擾，全部挑選先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以達(dá)到提高礦產(chǎn)效率、節(jié)省能源消耗、保證煤礦產(chǎn)量的目的。實(shí)施自動(dòng)化控制能將運(yùn)行效率和負(fù)荷能力保持平衡，防止出現(xiàn)低負(fù)荷工作的情況，在很大程度上延長(zhǎng)設(shè)備利用時(shí)間，降低設(shè)備損耗程度，防止空轉(zhuǎn)過(guò)度帶來(lái)能量大量消耗，減少開(kāi)支。同時(shí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有一定的防護(hù)作用，能保證設(shè)備運(yùn)行安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并加以解決。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)不斷更新和完善，逐漸表現(xiàn)出廣泛應(yīng)用的趨勢(shì)和應(yīng)用前景。系統(tǒng)的更新和發(fā)展將主要集中在：

a）中樞處理速度提升。電腦技術(shù)與材料領(lǐng)域進(jìn)步提升中心處理器的性能，確保信息快速處理；

b）系統(tǒng)增加接口數(shù)量，更好地進(jìn)行軟件分析和處理，保證網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系與信息分享；

c）精細(xì)傳感器，提升其信息數(shù)據(jù)搜集性能，確保信息的有效性與真實(shí)性，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

5 結(jié)語(yǔ)

皮帶運(yùn)輸機(jī)作為煤礦井下開(kāi)采運(yùn)輸所不可缺少的關(guān)鍵核心設(shè)備，直接擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)安全和煤炭高效運(yùn)輸?shù)戎卮舐氊?zé)。特別是近年來(lái)隨著中國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加速，煤炭需求量日益增大，對(duì)于井下皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)的性能提出了更高要求。PLC控制技術(shù)作為新型自動(dòng)化控制手段，將其應(yīng)用到井下皮帶運(yùn)輸機(jī)中能大幅提升設(shè)備運(yùn)行的效率與可靠性，從而為礦山開(kāi)采的高效、安全開(kāi)展提供有力保障。

作者簡(jiǎn)介

張澤（1990-，山西運(yùn)城人，助理工程師，現(xiàn)供職于神東煤炭集團(tuán)柳塔煤礦，研究方向?yàn)槠н\(yùn)輸。endprint