煤礦皮帶機PLC集中控制的研發與應用

溫洋

關鍵詞：煤礦;皮帶運輸機;PLC技術;系統設計;集中控制

前言：由于運輸量大、距離長、成本低等優點，煤炭皮帶機被廣泛應用在煤礦工作的運輸當中。但煤礦皮帶運輸機的運行安全和可靠性對煤礦的生產效率和安全性有著直接影響，在實際的煤礦運輸工作當中，皮帶運輸機需要安排專人看守，不但非常浪費人力資源，而且常常會出現跑偏、縱向撕裂以及打滑等重大安全隱患現象，對煤礦運輸造成安全方面的威脅。因此，本文基于PLC技術結合煤礦皮帶運輸機提出并設計一款集中控制的系統，以此來實現對煤礦皮帶運輸機的工作控制與監測。

一、PLC技術

該技術即指可編程邏輯控制器，也是一種新型的工業控制裝置。具備較強的控制功能和低耗能，并且其可靠的性能、靈活的擴展、簡易的編程和維修工作以及相配套的視頻監控功能，使得該項技術在自動化、可視化控制領域中得到廣泛的應用。

二、系統總體結構設計

（一）系統總體結構

從煤礦皮帶運輸機集中控制系統的功能方面來說，其功能主要包括了設備運輸、故障類型、視頻監控等方面的監測，以此來實現對運輸機的保護。同時，由于其集中控制系統的監測是針對供電、設備裝運狀態、環境以及運行情況等方面的監測[1]。因此，可以有效實現運輸機的無人運行功能。具體煤炭皮帶機集中控制系統結構如圖1所示。

（二）PLC控制系統方案

以PLC技術設計的煤礦皮帶運輸機集中控制系統的總體方面如圖2所示，同時從該系統的設計方面來看，主要由上位機、PLC控制器、傳感器模塊、變頻器、視頻監控以及電參數信號采集模塊等幾個部分組成。首先，上位機由組態軟件和計算軟件等部分構成，在控制系統中主要負責對煤礦皮帶機的工作狀況以及各類型參數信號進行實時監測，以便工作人員的統一調度。其次，PLC技術作為該系統中的核心部分分為解鎖手動、聯鎖自動、順煤流啟動三種工作模式，主要負責對各個傳感器所傳輸的模擬與數字信號的接受，在邏輯運算和數據分析下控制變頻輸出，實現以太網通信模塊、上位機信息傳輸功能以及煤礦皮帶機的變頻控制。再者，從其傳感器模塊方面來看，該部分主要負責對煤礦皮帶機運行過程模擬量信號的測量。然后，電參數信號采集模塊，在控制系統中主要對煤礦皮帶機運行過程中的電流、電壓等電參數信號進行測量，并且為變頻控制及機器故障診斷提供相應的參考數據[2]。最后，從變頻器方面來看，該部分在集中控制系統當中，通過PLC對變頻器的輸出頻率進行控制，以此實現對電機轉速的調節和節能的目的。

1、處理器模塊

在煤礦皮帶機PLC集中控制系統設計中，可編程控制器的選擇需要從故障判斷、信號采集以及控制與人機交互功能等3個方面為主。結合集中控制系統的輸入和輸出點需求，選取合適的控制器。比如說某個公司的1200系列PLC控制器，不僅具有較為全面的功能，還具備大量的擴展模塊。因此，在系統運行過程中可以通過光纖通訊以太網模塊，來達到遠程控制模塊的目的。同時，由于控制其模塊具備以太網遠程編譯和調試的功能，所以在運行過程當中可以有效地降低工作人員的程序編譯時間與開發難度。

2、變頻器模塊

該模塊可以結合煤礦皮帶機的實際情況來選擇合適的變頻器，而變頻器在集中控制系統中主要起到了對電機的轉速調節作用。是由2個三相二極管搭構成的整流器、6個IGBT模塊組成的逆變器以及電容霍爾晶閘管所構成的直流母線共同構成。

3、傳感器模塊

煤礦皮帶機保護已列入煤礦重大安全隱患項，所以對煤礦皮帶機各項保護功能靈敏可靠要求更加嚴格。PLC集中控制系統中的傳感器模塊設計，主要包含了速度傳感器部分由接近探頭和摩擦滾筒磁鋼組成，在煤炭皮帶機運輸過程中主要具有測速精度和抗干擾的作用;溫度傳感器主要作用于對探頭測量區域的溫度測量，如果溫度超過或低于設定的闕值自動報警裝置會啟動;

跑偏傳感器主要作用于對皮帶位置的檢測，如果皮帶偏移中心大于120時，會自動觸發報警裝置;煙霧傳感器作用于煤礦生產區域的煙霧濃度高低，結合情況進行自動報警;堆煤傳感器作用于對煤倉位的監測，當煤料出現滿倉或機頭堆積時，自動報警裝置就會啟動。同時傳感模擬器主要用于對煤炭皮帶機運行過程中的模擬量信號的測量[3]。

4控制系統軟件

以PLC技術設計的煤礦皮帶機集中控制系統，不僅要重視硬件方面的工作，還需要注重軟件方面的工作。因此，采用可編程控制器（PLC），實現皮帶機控制系統的設計和集中、可視化自動化控制，提高開機率和管理水平，減少操作人員和工人的勞動強度，為今后自動化、智慧化礦山打下良好基礎，在集中控制系統設計過程當中可以結合物料傳感器、語音擴播預警等裝置的聯合應用，達到控制目的。并且，也可以通過PLC控制器移位寄存器指令，實現對整個集中控制系統的穩定可靠控制。

三、實踐效果

研究以PLC技術設計了煤礦皮帶機集中控制系統，因此為了進一步對煤礦皮帶機集中控制系統進行驗證。在某個煤礦皮帶機上進行了為期是3個月的應用測試，實踐結果表明PLC集中控制系統的設計和原有煤礦皮帶機控制系統兩者之間相比，PLC集中控制系統具有更加全面的功能，同時還能夠有效地實現對煤炭皮帶機的控制。同時，PLC集中空置系統具備更高的精準度、更快的信號響應速度，當煤礦皮帶機出現故障時可以及時的發出響應的報警提示。由此得出該集中控制系統具有較好的可行性。

結語：

綜上所述，本文以PLC技術為主，研究并設計了煤礦皮帶運輸及集中控制系統。實現了對煤礦皮帶運輸及的工作順序啟停控制，降低了人力資源的浪費和無用功電能損耗，使皮帶機實現可視化集中控制運行，還實現了對運輸機工作過程中故障問題的處理功能。同時，采用變頻調速技術提高了煤礦皮帶機的整體運輸效率和性能，為未來礦井自動化、智慧化打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]張朋. 基于PLC技術對皮帶機集中控制系統的優化設計[J]. 探索科學，2021（3）：287-288.

[2]冀鵬沖. 基于PLC的皮帶運輸機控制系統設計[J]. 機電工程技術，2020，49（10）：193-194.

[3]彭龍. 井下皮帶集中控制系統的設計及應用[J]. 機械管理開發，2021，36（7）：246-247，298.