煤礦帶式輸送機中PLC技術的應用分析

＊徐 潔

（晉能控股煤業集團機電管理分公司 山西 037003）

引言

在煤礦產業實際的生產過程中，帶式輸送機是保證煤資源穩定傳送的重要設備，而控制系統是決定帶式運輸機能否安全、穩定運行的關鍵前提。為了提高煤礦運輸作業效率和運行安全，需要采取科學、可行的技術應用到控制系統當中。傳統的控制系統經常出現沖擊力大、功率不穩定等情況，嚴重影響運輸效率[1]。因此，針對這一現象，將PLC技術應用到帶式傳送機控制系統中，能讓輸送機保持最佳運行狀態，為煤礦輸送效率和作業人員的生命財產安全提供有力保障。

1.帶式輸送機工作原理

在煤礦行業領域中，帶式輸送機是十分重要的作業組成部分。帶式輸送機即采用輸送帶作為牽引部件來實現輸送功能的作業設備，可以對物料進行有效運輸。輸送機上的輸送帶分為牽引結構和承載結構[2]。輸送帶主要是利用托輥旋轉來完成傳動功能。因此，帶式輸送機在輸送過程中受到的阻力并不大，并且經過驅動設備的運行能讓驅動滾筒進行旋轉，從而可以讓驅動滾筒和輸送帶產生一定的摩擦力，進而帶動傳送機運行。

在傳送帶的另一端，走到終點處后會經過改向滾筒來調轉方向，從而將物料進行自動卸載。另外，帶式輸送機上加裝了卸載設備，可以讓物料在輸送帶終端處更好的完成卸載，作業效率更高。帶式輸送機如圖1所示[3]。

圖1 帶式輸送機

2.PLC技術概述

在如今自動化水平日益提高的時代背景下，PLC技術在其中的應用能起到一定的促進作用。通過PLC可編程計算機控制技術，能替代傳統的控制設備，進而可以對應用設備進行邏輯控制[4]。隨著我國計算機技術水平的日益提升，PLC技術也到了完善和優化，在設備邏輯控制器控制中起到了顯著的效果。在應用PLC時，通過分時、多任務的功能可以及時控制設備操作[5]。PLC是利用了數字化技術實現操控功能的設備，其技術帶有可編程的程序，在存儲、運算、執行方面均能實現一定的功能。在現實設備上輸入指令后，能對生產運行過程進行自動化控制。PLC技術在工業生產控制系統中的應用較為廣泛，能深度融合到系統當中，為系統的擴展起到促進作用。PLC技術所應用的控制系統中，元件可以分成CPU模塊和IO模塊,而PLC可編程控制器具有如下幾個特點：

（1）控制器設備具有較強的抗干擾性能，PLC技術在控制器中的應用能讓電子集成電路的規模更大，從而在抵抗外界干擾方面的能力也就越強。PLC技術應用成熟的控制設備，無故障運行時限能達到30萬小時以上，從而大大縮減了設備日常維修、檢驗的時間，也降低了檢驗成本[6]。

（2）PLC控制器設備具有較強的適應能力。隨著我國工業生產技術水平的提高，生產方式也逐漸趨向于自動化、信息化，PLC技術的應用也更為多樣化，能和工業生產控制系統進行深入融合，間接地提高了工業生產控制設備的適應能力。

（3）PLC控制器操控系統更加便捷。該控制系統采用了可編程程序和繼電器電路語言，將兩者進行充分結合后，使用者僅僅通過繼電器操控就能更好地理解編程程序內容[7]。

圖2 整體式PLC組成示意圖

3.PLC技術優勢

PLC技術在煤礦帶式傳送機中具有諸多優勢：

首先，PLC技術在多種傳送機產品中均能充分應用，并且PLC硬件使用功能也具有明顯的優勢，通用性強，能在多種產品中合理應用，并且能在不同規?？刂葡到y中都能完成構建。

其次，在煤礦生產過程中，會受到各種因素的干擾，如電磁、電壓等，并且計算機系統在受到煤礦中劇烈的機械運動和惡劣的環境后，在運行準確率、運行過程方面會產生巨大的影響，而PLC技術中融入了微電路繼承技術，在繼承元件上并無大量的接觸點，使用年限更長且具有較高的安全性。例如：在某項煤礦生產運行過程中，PLC技術在控制系統中的應用，讓無故障運行的時限延長到了6萬小時。PLC技術的應用在抗干擾性能中具有十分顯著的優勢，且功能性較強，能夠及時糾正系統故障，具有一定的可靠性[8]。并且PLC技術在煤礦帶式傳送機控制系統中能為后期的維護提供一定的便利，可以實現輸入、輸出的功能，從而在系統發生故障需要替換模塊時，不需要停止系統工作就能在更短的時間內完成故障排查和維修[9]。

最后，PLC技術在煤礦帶式傳送機控制系統中能夠起到降低功耗的作用。例如：在小型帶式傳送機的設備控制系統中，輸入、輸出的接口共計130個，繼電器的接口共580個，接口數量相對較少。并且小型帶式傳送機PLC設備的總質量為3kg，在空載時所產生的功耗為0.9W，僅為繼電器控制系統的1/11[10]。在控制系統中，PLC技術能夠實現實時掌控現場情況的功能，并且所反饋的現場信號十分清晰，可以充分控制系統的運行狀態，讓工作人員能更好地對現場情況進行監控，提高監控操作便利性。

4.PLC技術在煤礦帶式輸送機中的應用分析

(1)煤礦帶式輸送機控制系統設計

本文基于PLC技術開發出了一套煤礦帶式輸送機控制系統，具體系統設計內容如圖3所示[11]。此控制系統中的變頻驅動裝置包含了3臺電機，其中電機1安裝在輸送機頭、電機2、電機3安裝在輸送機尾。3臺電機分別采用不同的變頻驅動裝置，并且采用變頻驅動裝置對信息數據進行采集，將采集到的數據通過Profibus-DP通信方式傳輸到PLC控制器中。并且遠程操作平臺也通過Profibus-DP將信號傳輸到PLC控制器中來實現各種設備運行功能。帶式輸送機控制系統中帶有速度傳感器，輸送機通過速度傳感器能按照設定的速度頻率來達到運行目的，將帶速信息采集后傳輸給PLC控制器。帶式輸送機控制系統中自皮帶秤稱重感應裝置，且安裝了稱重設備，從而可以通過PLC控制系統及時掌握運輸機皮帶上的荷載變化情況。在保護傳感器方面，通過多種意外情況能及時起到保護帶式輸送機的作用，如控制系統識別出運輸機跑偏、打滑、堆煤、縱撕、超溫、斷帶、煙霧、張力下降、沿線急停等情況，保護傳感器感應到后通過模擬量輸入傳輸給PLC控制器，進而起到及時停止帶式運輸機運行的作用[12]。PLC控制器通過Profibus-DP通信方式將煤礦帶式輸送機的各種運行關鍵信息數據傳送到運程操控平臺，接受反饋操控指令。

圖3 帶式輸送機控制系統設計示意圖

(2)煤礦帶式輸送機控制系統軟件設計

帶式輸送機是通過PLC系統控制軟件來完成自動化控制功能，因此應當完善軟件管理操作平臺才能實現各種使用功能。對軟件進行編程的過程中，基于PLC技術，將梯形圖編程模塊具體分成了幾個小模塊，分別為主系統、保護系統、變頻驅動系統、模擬量輸入、遠程操控系統、數字量輸入、系統故障解決、處理等模塊[13]。

其中，在保護模塊中，當帶式輸送機正式開始運行時，若帶速小于預先設定的輸送機帶速的0.8倍，則出現打滑語音報警，然后經過3s后亮起故障燈，最后停止運行。若帶速大于預先設定的輸送機帶速的1.2倍，則會發出超速語音報警，然后經過3s后出現亮起故障燈，最后停機。當帶速處于0.8～1.2帶速之間，會查看是否有堆煤現象，若有堆煤則發出語音報警并停機，若無堆煤則查看是否存在跑偏現象，依次檢測一級跑偏和二級跑偏，然后依次檢測撕裂、斷帶情況[14]。

若在運行過程中出現上述任意故障，都會發出對應的語音報警，并延時3s后亮起故障燈，停止運行。而在變頻控制模塊中，輸送機通電后首先進行自檢，自檢出現故障會直接停止運行，若無故障會與PLC變頻器建立通信連接，反復連接，直至成功，成功連接后會按照操作指令來決定是否啟動變頻器，并通過變頻器是否進行加速或者減速，從而實現帶式輸送機變頻控制的目的。

(3)煤礦帶式輸送機控制系統硬件設計

在帶式輸送機控制系統中，硬件設計方面包含了控制裝置、變頻裝置、電機設備以及負載電流檢測設備等。

①控制設備采用了于西門子S7-300PLC，可以實現運輸機開啟、停止、維護、自檢故障等功能。

②變頻裝置選用了ACS-1000，與控制設備同一品牌[15]。

③電機設備采用了4臺250kW的交流電機。

④負載電流檢測設備通過A/D轉換器能將輸送機設備中的交流訊號傳送到主系統當中，然后通過控制系統軟件進行計算、處理后能分析出帶式運輸機的具體運行負荷情況。

另外跑偏傳感器、打滑保護傳感器、超溫傳感器、撕裂傳感器型號分別為了KG-1007A-1、KG5007A、WZP-T和為DJSBY-1[16]。所選的傳感器型號與主系統之間具有良好契合度，能滿足帶式輸送機控制系統穩定運行。

5.結束語

綜上所述，本文首先對PLC技術的主要內容、特點以及帶式輸送機的工作原理進行了詳細地探討，并且詳細地分析了PLC技術在煤礦帶式輸送機中的具體應用，如何在輸送機控制系統中發揮自身的價值和作用的。并且在分析時從帶式輸送機的多個角度，如主體框架、硬件配置、軟件配置進行介紹，闡述PLC技術在控制系統中的執行功能。在煤礦產業生產過程中，PLC控制系統已經成為不可分割的一部分，為煤礦帶式輸送機提供了技術保障，提高了運輸效率和安全質量，為使用者提供了更多的操控便利。

并且，PLC技術在控制系統中的應用也具有十分強大的功能，能降低煤礦生產運行成本。但PLC技術的專業技術要求相對較高，在日常檢查、維修、編程中對技術人員的專業水平提出了更高的要求。但只要嚴格按照相關操作標準規范就能充分發揮出PLC技術價值，減少系統故障發生幾率，提高設備穩定性，為煤礦生產安全提供有力保障。