煤礦井下帶式輸送機自動控制系統(tǒng)設(shè)計研究

李志鴻

（陽泉煤業(yè)集團長溝煤礦有限責(zé)任公司，山西陽泉 032700）

0 引言

某煤礦東一采區(qū)帶式輸送機主要負責(zé)運輸東一采區(qū)的煤炭，年設(shè)計運輸量148萬t。膠帶長度及傾角：L1=1 390 m，a1=6°32′59″；L2=341 m，a2=9°29′11″；L3=49 m，a3=0°。年工作天數(shù)約329天，日工作時間17 h。運輸能力500 t/h，不平衡系數(shù)1.2。為提高運輸效率和降低帶式輸送機的故障率，設(shè)計自動控制系統(tǒng)，運用傳感器進行監(jiān)測，PLC進行參數(shù)顯示。將檢測數(shù)據(jù)傳遞到公司調(diào)度，實現(xiàn)實時監(jiān)測，以提高帶式輸送機的運轉(zhuǎn)率[1]。

1 設(shè)計要求

進行各類傳感保護裝置的選型。如：電流檢測保護、膠帶跑偏保護、打滑保護等裝置。以實現(xiàn)實時監(jiān)測輸送機的運行狀態(tài)，并起到保護作用。為直觀顯示各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，運用通信模塊和監(jiān)測主機進行數(shù)據(jù)交換（文字、圖像等顯示）。

2 硬件設(shè)計

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、輸送機保護部分、機身PLC控制分站、通信等方面內(nèi)容。負責(zé)數(shù)據(jù)采集、信息傳送、交換數(shù)據(jù)、顯示、報警等[2]。該系統(tǒng)需要準(zhǔn)確各控制單元的啟停功能。該系統(tǒng)必須具備遠程控制、單機控制、多機聯(lián)動等功能。通過以太網(wǎng)接口向指揮中心傳遞信息。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖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)點閉合電路值5 mA，開路電壓大于200 V。

帶式輸送機驅(qū)動方式采用雙直流電機實現(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)[3]。電樞調(diào)節(jié)：通過2組晶閘管整流器串聯(lián)供電，順序控制晶閘管的開關(guān)電路通斷進行主電機的壓降啟動，從而減輕對電網(wǎng)的無功沖擊；勵磁調(diào)節(jié)：2組晶閘管整流器并聯(lián)供電，從而實現(xiàn)主電機運行中的平緩調(diào)速。

2.2 傳感器選型

輸送機保護裝置主機型號選用KHP128-Z。

（1）速度傳感器對輸送機進行速度檢測，若出現(xiàn)帶速異常，立即通過主控裝置向電樞（勵磁）回路的晶閘管發(fā)出信號；

（2）溫度傳感器對輸送機進行超溫保護，對設(shè)備待測點進行溫度檢測，超溫進行自動灑水保護（采用集成感溫探頭檢測，選用本安型）；

（3）煙霧傳感器對輸送機的工作環(huán)境進行煙霧檢測，若煙霧含量超過0.1 mg/m2，將會輸出低電平信號，進行對應(yīng)的保護功能；

（4）跑偏傳感器對輸送機的輸送帶進行跑偏檢測，使用探桿牽引探桿軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，轉(zhuǎn)動至某個角度會波動行程開關(guān)，然后先主機發(fā)出跑偏信號；

（5）堆煤傳感器實現(xiàn)煤位保護作用；

（6）撕裂傳感器起輸送帶撕裂保護作用，當(dāng)作用力大于20 N時，發(fā)揮作用，電阻輸出值在2kΩ以下，輸送帶無物料時電阻值大于1kΩ，當(dāng)電阻值在2kΩ以下時，PLC發(fā)出撕裂信號，延時2 s主機停止；

（7）急停傳感器當(dāng)拉桿承受動力后，隨后將信號輸出，并進行鎖定。一旦鎖定，需要人工進行復(fù)位后才可以啟動[4-5]。

3 軟件設(shè)計

PLC現(xiàn)場控制和控制中心是通過以太網(wǎng)模塊CP343-1進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)通信功能。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)上實現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.1 上位機軟件

設(shè)計基本上從數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)管兩個角度進行開發(fā)。上位機檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.1.1 人機界面

人機界面通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等實現(xiàn)人機對話，實現(xiàn)操作者對監(jiān)控系統(tǒng)的具體操控。界面有按鈕（圖標(biāo)）和菜單，易于操作。另外，監(jiān)控系統(tǒng)可以對數(shù)據(jù)和不同類別的動態(tài)曲線進行實時顯示，具有打印功能。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)故障報警[6]。Database對報警信息進行整理歸檔，可按照需求進行查詢。

3.1.2 圖形界面

主要表現(xiàn)為各類顯示。如：監(jiān)控軟件總貌、報警、數(shù)據(jù)實時顯示等[7]。所有畫面均可通過動畫的方式顯示，畫面顯示可以對實際情況進行模擬，便于操作。

圖3 上位機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.3 故障信息database

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

3.2 PLC控制軟件

用戶將程序通過編程器傳遞到PLC的存儲器，PLC依照預(yù)設(shè)程序進行操作，按照存儲地址號從大到小的次序進行程序掃描，同時進行操作指令的核實。PLC執(zhí)行過程：將輸入信號傳輸?shù)郊拇嫫鞅４妗?zhí)行過程不受輸入狀態(tài)的改變而變化，寄存器數(shù)據(jù)保持不變[8]。PLC掃描程序，自上而下、從左至右的次序進行，沒掃描一條指令，從輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀取，將執(zhí)行結(jié)果實時輸送。

4 小結(jié)

依據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計帶式輸送機自動控制系統(tǒng)，按照需求應(yīng)用各種傳感器，采用S7-300PLC，確立PLC規(guī)格及相關(guān)功能模塊，進行控制流程圖設(shè)計，實現(xiàn)帶式輸送機自動化控制。有效提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)率，同時降低工人的勞動強度，有利于提高生產(chǎn)效率。