煤礦井下帶式輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)研究

段偉峰

（山西焦煤集團(tuán)介休正益煤業(yè)有限公司， 山西 介休 032000）

引言

山西焦煤集團(tuán)介休正益煤業(yè)有限公司西膠帶大巷一采區(qū)帶式輸送機(jī)承運(yùn)該區(qū)煤炭的運(yùn)輸工作，年運(yùn)輸量設(shè)計(jì)值148萬t。膠帶基本參數(shù)如下：L1=1390 m，α1=6°32′59″；L2=341 m，α2=9°29′11″；L3=49 m，α3=0°。年工作天數(shù)約 329 d，日工作時間17 h，輸送能力500 t/h。原有自動控制系統(tǒng)僅僅對帶式輸送機(jī)的遠(yuǎn)程啟停、電流進(jìn)行監(jiān)測。改進(jìn)后系統(tǒng)在原有遠(yuǎn)程啟停、電流監(jiān)測的基礎(chǔ)上增加皮帶跑偏、打滑、皮帶故障報(bào)警等監(jiān)測參數(shù)，同時配備相應(yīng)的保護(hù)裝置。從而達(dá)到減輕工人勞動強(qiáng)度、提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的目的。自動控制系統(tǒng)依靠傳感器監(jiān)測，PLC進(jìn)行參數(shù)顯示。將檢測數(shù)據(jù)傳遞到公司調(diào)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測[1]。

1 設(shè)計(jì)要求

為帶式輸送機(jī)選擇各類保護(hù)裝置。如：電流檢測、皮帶跑偏、打滑等保護(hù)裝置。實(shí)時監(jiān)測輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并起到保護(hù)作用。為直觀顯示各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用通信模塊和監(jiān)測主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（文字、圖像等顯示）。2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

選用S7-300PLC作為核心控制單元。主要控制PLC主站、輸送機(jī)保護(hù)部分、機(jī)身PLC控制分站、通信等方面內(nèi)容。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件圖

S7-300PLC控制單元包含MAX485串行芯片、電平轉(zhuǎn)換電路（12 V、24 V），節(jié)點(diǎn)閉合電路值5 mA，開路電壓大于200 V。

帶式輸送機(jī)驅(qū)動方式采用雙直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，對控制系統(tǒng)而言，主要控制兩方面的內(nèi)容，即電樞和勵磁回路的調(diào)節(jié)。電樞調(diào)節(jié)：通過控制串聯(lián)的2組晶閘管整流器實(shí)現(xiàn)；勵磁調(diào)節(jié)：通過控制并聯(lián)的2組晶閘管整流器實(shí)現(xiàn)[2]。

2.2 傳感器選型

輸送機(jī)保護(hù)裝置主機(jī)型號選用KHP128-Z。其一，速度傳感器起速度檢測作用，帶速異常則立即通過主控裝置向回路晶閘管發(fā)信號[3]；其二，溫度傳感器起超溫保護(hù)作用，對設(shè)備待測點(diǎn)進(jìn)行溫度檢測，超溫進(jìn)行自動灑水保護(hù)（采用集成感溫探頭檢測，選用本安型）；其三，煙霧傳感器對輸送機(jī)的工作環(huán)境進(jìn)行煙霧檢測，若煙霧質(zhì)量濃度超過0.1 mg/m3，及時輸送低電平信號，采取相應(yīng)保護(hù)；其四，跑偏傳感器對輸送機(jī)的輸送帶進(jìn)行跑偏檢測，使用探桿牽引探桿軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動至某個角度會波動行程開關(guān)，然后先主機(jī)發(fā)出跑偏信號[4]；其五，堆煤傳感器起煤位保護(hù)作用；其六，撕裂傳感器起輸送帶撕裂保護(hù)作用，當(dāng)作用力大于20 N時，發(fā)揮作用，電阻輸出值在2 kΩ以下，輸送帶無物料時電阻值大于1 kΩ，當(dāng)電阻值在2 kΩ以下時，PLC發(fā)出撕裂信號，延時2 s主機(jī)停止；其七，急停傳感器在拉桿承受動力后，將信號輸出，并進(jìn)行鎖定，一旦鎖定，需要人工進(jìn)行復(fù)位后才可以啟動[5]。

3 軟件設(shè)計(jì)

PLC現(xiàn)場控制和控制中心通過以太網(wǎng)模塊CP343-1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信。在控制中心操作服務(wù)器配置SSIEMENS SOFTNET、Intouch的OPCLINK客戶端驅(qū)動，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.1 上位機(jī)軟件

設(shè)計(jì)按照數(shù)據(jù)采集、實(shí)時監(jiān)管兩方面進(jìn)行。上位機(jī)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 人機(jī)界面

人機(jī)界面人性化，通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等即可進(jìn)行對話，可操作性強(qiáng)。界面簡單，有按鈕、菜單，操作簡便。此外，該監(jiān)控系統(tǒng)能對所檢測的數(shù)據(jù)及其不同類別的動態(tài)曲線進(jìn)行實(shí)時顯示，并且還可以進(jìn)行打印操作。系統(tǒng)的菜單、提示、圖形等采用漢字界面，易于識別。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會出現(xiàn)對應(yīng)故障報(bào)警。Database對報(bào)警信息進(jìn)行整理歸檔，可按照需求進(jìn)行查詢。

3.1.2 圖形界面

主要表現(xiàn)為各類顯示。如：軟件總貌、故障報(bào)警、顯示數(shù)據(jù)等。具有畫面動畫顯示功能。畫面顯示可以對實(shí)際情況進(jìn)行模擬，便于操作。

3.1.3 故障信息database

故障信息database涉及實(shí)時記錄、查詢、故障等信息。若發(fā)生故障，可迅速查出故障發(fā)生點(diǎn)，以便于故障查找和處理。系統(tǒng)在運(yùn)行中，所有數(shù)據(jù)實(shí)時保存在database界面。數(shù)據(jù)保存具有實(shí)時性和完整性。

3.2 PLC控制軟件

用戶將需要完成的內(nèi)容以編程的方式輸入PLC存儲器，PLC依照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行操作，按照存儲地址號按從大到小的次序進(jìn)行程序掃描，同時進(jìn)行操作指令的核實(shí)。PLC執(zhí)行過程：將執(zhí)行指令保存到寄存器。執(zhí)行指令過程不受輸入狀態(tài)的改變而變化，寄存器數(shù)據(jù)保持不變。PLC掃描程序，自上而下、從左至右，追條掃描，從寄存器中讀取，將執(zhí)行結(jié)果實(shí)時輸送。

4 結(jié)論

焦煤集團(tuán)通過對西膠帶大巷一采區(qū)帶式輸送機(jī)進(jìn)行自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，依據(jù)監(jiān)測需要選用相應(yīng)傳感器，采用S7-300PLC作為核心控制單元，確立PLC規(guī)格及相關(guān)功能模塊，進(jìn)行控制流程圖設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)自動化控制，有效地提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，同時降低了工人的勞動強(qiáng)度，有利于提高生產(chǎn)效率。

[1]李富強(qiáng).基于PLC控制的煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸電控系統(tǒng)改造[J].中國煤炭工業(yè)，2014（7）：60-61.

[2]周學(xué)亮.基于PLC的分布式控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線技術(shù)在煤礦膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2012（29）：71.

[3]施俏春.基于PLC控制控制系統(tǒng)在煤炭化工自動化中的應(yīng)用探析[J].煤炭技術(shù)，2012（12）：233-235.

[4]李翠蘭，李遠(yuǎn)清，杜香蓮，等西門子PLC在煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)輸控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2004（8）：95-96.

[5]秦永康，黃和平.PLC集中控制系統(tǒng)在煤礦膠帶輸送機(jī)上的應(yīng)用[J].工礦自動化，2011（2）：98-100.