基于PLC 膠帶機集中控制系統的設計

牛萬春

（西山煤電晉興公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

隨著采煤技術、采煤工藝以及綜采設備水平的不斷提升，膠帶運輸機作為煤礦綜采工作面生產的主要運輸設備，也需提升其運輸能力，朝著大運量、長距離以及大功率的方向發展，以確保其能夠與其他綜采設備的生產能力相匹配[1]。當前，膠帶運輸機還是僅依靠單臺電機進行驅動，無法滿足實際運輸需求；而增加為多臺電機驅動后盡管能夠為設備提供足夠的牽引力，但是無法保證各個電機的功率分配相穩定，進而導致膠帶的張力分配不均，加劇了膠帶的磨損。因此，針對多電機驅動的膠帶機需對其進行集中控制，以提高膠帶的可靠性和穩定性。

1 工程概況

本文所研究的膠帶運輸機主要被應用于地面原煤的運輸，該礦工作面的生產能力為180 萬t/年，由五部順序搭接的皮帶所組成，其中：1 號、2 號、4 號膠帶機均為落地式鋼架膠帶機；3 號為圓振動篩；5號膠帶機為鋼絲繩芯強力膠帶機。該膠帶機的原煤的運輸流程如下：綜采工作面的原煤由5 號膠帶機運送至地面，而后經由4 號、3 號、2 號、1 號膠帶機運輸至地面儲煤場。5 部皮帶機的運輸流程如圖1所示。

該膠帶運輸系統中，5 部皮帶機的相關參數如表1 所示。

目前，該膠帶機主要通過繼電器、接觸器對其運輸參數進行控制，存在響應速度慢、故障率高以及保護動作延后的問題[2]。因此，急需對該膠帶機控制系統進行改造，并基于當前工業生產中應用最廣泛的PLC 控制器進行改造。

圖1 5 號皮帶機運輸流程

表1 膠帶機相關參數一覽表

2 膠帶機運行狀態的分析

針對該膠帶運輸系統中膠帶機的集中控制，需明確各個膠帶機的運行狀態及各個膠帶機運行時的相互聯系。因此，本節對單個膠帶機及膠帶機運輸系統的運行狀態進行分析。

2.1 單臺膠帶機的運輸

單臺膠帶機需經歷啟動- 加速- 勻速- 下部設備運行- 停機- 減速- 制動閘上閘- 電機斷電- 停機完畢的工作流程。

其中，為確保生產的安全性，啟動前10 s 需發出報；報警結束后逐臺啟動膠帶機中的各個電機，且保證各個電機的啟動時間間隔大于3 s。當停機按鈕被按下時，工作面的給煤設備立即停止向膠帶機供煤，膠帶機開始減速運行直至制動閘上閘后將其電機斷電[3]。

此外，當生產中遇緊急情況需緊急停車時，作業人員按下急停機按鈕，此時膠帶機電機會立即斷電并將制動閘上閘。各個膠帶機均配置有堆煤、超溫、煙霧、縱撕以及跑偏等傳感器，實現對膠帶機的保護。

2.2 多臺膠帶機的集中控制

多臺膠帶機集中控制時，需經歷啟動- 加速- 運速聯鎖運行- 停機- 減速- 停機完畢的工作流程。

其中，多臺膠帶機同時啟動時，需首先打開開機信號，確保每臺膠帶機的作業人員確認各個設備具備啟動條件；確認完畢后在設備啟動前10 s 發出信號報警，并采用逆煤流的方向依次間隔6 s 啟動各臺膠帶機。多臺膠帶機集中停機時，需采用順煤流的方向對設備進行停機操作，各臺設備停機前需確保其皮帶處于空膠帶狀態[4]。

當生產中遇緊急情況需緊急停車時，作業人員按下急停機按鈕，此時膠帶機電機會立即斷電并將制動閘上閘。各個膠帶機均配置有堆煤、超溫、煙霧、縱撕以及跑偏等傳感器，實現對膠帶機的保護。

3 膠帶機集中控制系統的原理分析與設計方案

3.1 控制原理

目前，工業生產中所采用的響應速度快、超調量小以及控制精度較高的控制算法為模糊控制算法[5]。因此，本文中膠帶機集中控制系統采用PLC+模糊控制算法相結合的控制方式。模糊控制算法的控制原理框圖如圖2 所示。

圖2 模糊控制算法原理框圖

如圖2 所示，模糊控制器為該控制器的核心，現場工作面傳感器對膠帶機的運行狀態進行監測并將所得數據與給定值進行對比，通過模糊控制器得出相應的控制策略，經D/A 轉換后給執行機構相應的控制指令。

3.2 設計方案

對于單臺膠帶機而言，要求既能夠進行手動控制，又能進行自動控制。手動控制模式僅適用于對膠帶機保護裝置的控制，且設備停機時必須由人工操作進行手動控制，并依據2.1 所述的控制流程進行設計。對于多臺膠帶機而言，要求其既能夠實現手動聯機控制也能夠實現自動聯機控制，并依據2.2 所述的控制流程進行設計。

針對該膠帶運輸系統中多臺膠帶機的控制要求，1 號、2 號、4 號膠帶機以及3 號圓形振篩為一臺PLC 完成控制；5 號膠帶機工作環境惡劣，保護裝置多且安全性高等要求，由另一臺PLC 控制。經統計單臺和多臺膠帶機控制的開關量數量如表2 所示。

表2 單臺和多臺膠帶機控制系統開關量的數量統計

根據上述開關量的統計結果，選用三菱FX2N-48MT 型PLC 對5 號膠帶機進行控制；選用三菱FX2N-32MT 型PLC 對1 號、2 號、4 號膠帶機以及3 號圓形振篩進行控制。此外，根據控制要求為各個膠帶機配置相應的傳感器實現對設備的速度、堆煤、跑偏、撕裂以及溫度等參數的保護，各保護裝置選型結果如表3 所示。

表3 保護裝置選型結果

4 結語

膠帶機作為當前煤礦生產的主要運輸設備，在實際生產中往往由多臺膠帶機組成膠帶機運輸系統，為確保膠帶運輸系統的可靠性和穩定性，需對傳統基于繼電器的控制系統進行改造，從而提升膠帶運輸控制系統的響應速度和安全性。為此，將PLC控制器和模糊控制算法應用于其中，達到提升煤礦運輸效率及煤礦生產效率的目的。