基于PLC的礦井帶式輸送機(jī)集控保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

姜 濤

（西山煤電集團(tuán)公司東曲礦， 山西 古交 030200）

引言

目前，我國的煤礦井下帶式輸送機(jī)大多采用獨(dú)立控制，保護(hù)系統(tǒng)也很不完善，需要花費(fèi)大量的人力物力去檢修和維護(hù)。尤其是礦井下運(yùn)輸巷道有一定的角度或者是角度比較大時(shí)需要多條皮帶實(shí)現(xiàn)完整的運(yùn)輸功能。而多條皮帶的集中控制目前的技術(shù)還存在問題，比如說啟動(dòng)時(shí)的順煤流方式，當(dāng)遇到故障時(shí)的處理方式簡單粗暴，因此，設(shè)計(jì)一套集控保護(hù)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)對于礦井來說非常關(guān)鍵。

1 控制系統(tǒng)組成

帶式輸送機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)是煤礦井下自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，其主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)將工作面開采出來的煤安全高效的運(yùn)輸?shù)矫簜}。本文中采用可編程控制器結(jié)合其他外圍設(shè)備來實(shí)現(xiàn)所要求的功能，快速及時(shí)的判斷故障，對故障進(jìn)行處理都是評判這個(gè)系統(tǒng)是否穩(wěn)定的關(guān)鍵[1-2]。

帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)主要包括控制、保護(hù)和通信三大部分，如圖1所示，圖1中主要顯示控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)。其中控制部分包括工作面各種設(shè)備的控制，比如采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)等的啟停，以及后續(xù)的各級皮帶之間的連鎖關(guān)系，包括順煤流啟動(dòng)、逆煤流停機(jī)等。保護(hù)部分主要包括采集帶式輸送機(jī)涉及到的八大保護(hù)所使用傳感器的信號以及后續(xù)對信號的處理等。其中傳感器的信號分為數(shù)字量和模擬量。其中數(shù)字量包括帶式輸送機(jī)超速欠速信號、打滑信號、跑偏傳感器信號、堆煤傳感器信號、煙霧傳感器信號等。模擬量信號有滾筒溫度信號、帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)速度信號等。通信系統(tǒng)包括與上位機(jī)也就是地面監(jiān)控主站的工業(yè)以太網(wǎng)通信，因?yàn)榕c上位機(jī)的信號流量大以太網(wǎng)的帶寬可以完全滿足同時(shí)實(shí)時(shí)性又好。而與下面子設(shè)備的通信要求精度高，抗干擾能力強(qiáng)所以采用CAN和RS485總線通信。

圖1 控制系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)圖

2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC的選型

本控制系統(tǒng)所使用的可編程控制器是西門子1200中型PLC。這個(gè)控制器最大的特點(diǎn)就是能夠外接許多模塊，包括通信模塊、模擬量數(shù)字量模塊。尤其是以太網(wǎng)模塊的應(yīng)用使井下控制器與上位機(jī)能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。這是實(shí)現(xiàn)集控的基礎(chǔ)，通過通信聯(lián)系能夠組建大型的控制系統(tǒng)，該控制器還在很多領(lǐng)域都有相關(guān)應(yīng)用。具體構(gòu)成如圖2所示：

圖2 西門子1200控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.2 驅(qū)動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)

如下頁圖3所示采用兩臺三相異步電動(dòng)機(jī)并聯(lián)的方法來作為驅(qū)動(dòng)源，通過PLC控制接觸器來達(dá)到控制電機(jī)啟停的目的，其中QF1和QF2是斷路器是用來保護(hù)電機(jī)的，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)過流或過壓時(shí)能夠及時(shí)切斷電源避免電機(jī)的燒壞。

3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在程序開始設(shè)計(jì)之前首先要將可能用到的IO點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)大致的統(tǒng)計(jì)，如果確定好需要添加的模塊數(shù)量，再將輸入輸出點(diǎn)按功能按功能劃分區(qū)域。這樣做的效果就是能夠在編程時(shí)更加合理有效的運(yùn)用PLC已有的資源。在開始編寫主程序前詳細(xì)了解整個(gè)工藝流程，將功能按模塊劃分畫出各個(gè)模塊的程序流程圖等。對于帶式輸送機(jī)來說應(yīng)包括就地、檢修、遠(yuǎn)程、手動(dòng)等啟停模式。還有通信模塊的程序，人機(jī)界面與PLC的交互，這樣可以增加控制系統(tǒng)的可操作性。

圖3 三相異步電機(jī)并聯(lián)示意圖

3.1 設(shè)計(jì)主程序

系統(tǒng)主程序主要是將帶式輸送機(jī)的運(yùn)行、保護(hù)、通信和連鎖結(jié)合起來。同時(shí)預(yù)設(shè)了集中不同的啟停方法：順序啟動(dòng)、逆序停止、就地啟動(dòng)、檢修啟動(dòng)、遠(yuǎn)程啟動(dòng)等多種控制模式之間的切換。

3.2 皮帶啟動(dòng)

全部皮帶啟動(dòng)：當(dāng)在控制界面選擇啟動(dòng)后，有半分鐘的啟動(dòng)前預(yù)警，其目的是提示帶式輸送機(jī)沿線的操作工人注意安全。首先啟動(dòng)的是最遠(yuǎn)處的帶式輸送機(jī)，啟動(dòng)后在人際界面以及中央集控室的顯示器上相應(yīng)的帶式輸送機(jī)會有動(dòng)畫顯示，當(dāng)?shù)谝粭l帶式輸送機(jī)確認(rèn)安全啟動(dòng)后再間隔半分鐘啟動(dòng)第二條皮帶使其電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。

單一皮帶啟動(dòng)：當(dāng)出現(xiàn)特殊情況需要單獨(dú)啟動(dòng)某一條帶式輸送機(jī)時(shí)需要在人際界面上選擇檢修模式，這時(shí)的畫面里就會顯示出每一個(gè)單個(gè)設(shè)備，他們都可以單獨(dú)的啟動(dòng)停止。這樣的設(shè)計(jì)就是為了方便檢修與調(diào)試。但是啟動(dòng)方式相差無幾都是在啟動(dòng)前有半分鐘的預(yù)警信號做安全提示。啟動(dòng)后相應(yīng)的界面上會有動(dòng)畫顯示等等[3]。

手動(dòng)啟動(dòng)：工人師傅在檢修時(shí)由于離操作的人際界面比較遠(yuǎn)，為了方便操作皮帶的啟停都會在每條帶式輸送機(jī)的開頭和結(jié)束的位置設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)停止按鈕，當(dāng)啟動(dòng)按鈕按下后相應(yīng)的接觸器就會閉合啟動(dòng)變頻器，再由變頻器將帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)起來，這時(shí)也會有相應(yīng)的指示燈顯示。當(dāng)需要停機(jī)時(shí)按下停機(jī)按鈕就會停止。但這個(gè)按鈕需要嚴(yán)格保護(hù)，只有在檢修模式或者是極其特殊的情況下才能夠操作。

3.3 皮帶停止

全部停止：當(dāng)帶式輸送機(jī)需要停機(jī)時(shí)一定要注意將皮帶上留有的煤全部卸載后才能停機(jī)，除非有緊急情況。停機(jī)時(shí)需要遵循逆序停機(jī)的原則，也就是先停最靠近工作面的皮帶，然后依次停下去，直到全部停下來為止。

4 超溫系統(tǒng)保護(hù)

當(dāng)滾筒溫度超出安全限制后溫度傳感器會給PLC一個(gè)超溫信號，當(dāng)PLC收到信號后首先確認(rèn)是否真的發(fā)生超溫，如果確認(rèn)后就立即開啟滾筒上方的水閥灑水降溫，同時(shí)聲光報(bào)警提示工作人員皮帶超溫，預(yù)防著火。當(dāng)延時(shí)半分鐘后溫度沒有降下來時(shí)就需要啟動(dòng)停機(jī)子程序，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制停機(jī)，以達(dá)到保護(hù)作用[4]。程序流程如下圖4所示：

圖4 超溫中斷子程序

5 結(jié)語

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的控制，在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)地發(fā)出聲光報(bào)警，并將故障及后續(xù)信息上傳到上位機(jī)或中央集控室。在工作面控制器上采用了組態(tài)畫面來顯示工作面及各個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，使人機(jī)交互更加方便，尤其是各項(xiàng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)大大降低了皮帶的停機(jī)率，為礦井的高效生產(chǎn)起到了舉足輕重的作用。