PLC與變頻器在帶式輸送機集控系統的應用

張鑫

西山煤電新產業公司機電修造園區分公司 山西 太原 030053

隨著礦井采掘生產規模不斷擴大，礦井帶式輸送機的運載任務逐步加重，由于帶式輸送機的運載距離遠、運載量大等原因，礦山帶式輸送機極易發生空載、停止及重載啟動等安全事故。為了解決及降低此類事故的發生幾率，可編程的以PLC控制器為核心的帶式輸送機集控系統成為可時下最為熱門的研究方向。此前劉增環[1]為了解決皮帶機出現的問題，對基于PLC控制器及變頻器的控制系統進行了設計，設計的系統具有操作較為簡單，穩定性好幾低耗等優點，為礦山實現智能化開采，提升礦山經濟效益做出了貢獻。杜功儒[2]為了實現礦山的智能化對皮帶機的控制系統進行了設計，通過對系統軟件及硬件的設計，實現了系統故障報警及緊急情況處理等功能，為皮帶輸送機的集控系統設計作出參考。本文基于PLC控制器及變頻器對帶式輸送機的集控系統進行了一定的設計，有效的降低了礦用帶式輸送機出現故障的幾率，提升了礦山安全。

1 帶式輸送機集控系統設計

由于煤礦開采的量越來越大，許多礦山的運輸設備不能滿足其運輸的需求，所以基于PLC編程控制器為控制系統核心的帶式輸送機控制系統得到了廣泛的應用。本文選擇S7-300PLC為帶式輸送機的集控裝置。利用PLC作為變頻機及工控機間的信息交接的媒介，PLC將變頻器的工作信息及工作參數等信息進行匯總，傳輸至工控機，在經由工控機將指令通過PLC傳遞至變頻器，以此來達到控制變頻器的電機供電頻率及電機的轉速等。

帶式輸送機的集控系統一般由PLC控制器、傳感裝置、變頻器、遠程監控裝置及以太網等組成。PLC與監控計算機進行連接，通過組態軟監控、存儲、報警燈性能對帶式輸送機進行集中控制，以此達到降低帶式輸送機發生故障的幾率?？刂茊卧g通過通訊接口進行連接，以此達到通訊的及時性。上位機與PLC控制器通過以太網進行連接，通訊CPU與變頻器的數據量與PLC的CPUDP接口進行連接，PLC的數據采集和控制指令傳輸通過DP總線實現[3]。

皮帶輸送機采用S-7-300為控制處理器，由中央處理器、接口模塊、通信處理器、電源模塊及功能模塊等組成。其硬件的配置如圖1所示。系統的CPU選擇為CPU315-2DP，其具有較大的存儲及許多I/O接口。此外其同樣具有PROFIBUS-DP的主從接口及RS485接口。

圖1 硬件的配置示意圖

圖2 系統網絡結構示意圖

PLC的控制程序主要是用來實現PLC與變頻器之間的信息傳遞及故障檢測的。當PLC的控制系統完成初始化后 ，系統收到啟動的命令后首先進行自我故障的檢測，當發現系統中存在故障時，系統將會及時的進行故障報警。也可以進行有效的故障檢測程序編寫，當發生故障后，系統按照編寫的程序進行報警，及時的排查系統中的錯誤。當自我檢測未發現故障時，系統正常運行。變頻器調試時，將電動機的額定電流、額定功率等參數進行輸入，實現帶式輸送機的變頻調速。變頻器利用設備本身自帶的RS485接口與PLC系統進行連接，實現運行方向、運行的速度等參數的調控。西門子STEP7的編程步驟可以分為：工程建立、設置輸入及輸出點、設置I/O通訊的地址表、書寫用戶程序、程序的寫入、程序的最終調試。

網絡通訊的組件的軟件選擇為西門子WinCC6.0來實現。EM277模塊的人機界面是實現人工監控現場的途徑，CPU315-2PN/DP通過EM277實現主站和分站的統一，且組成PROFIBUS網絡。EM277上的DP端口與主站的DPMI端口進行交換。CPU315-2PN/DP上的PN端用于以太網交換機和上位以太網進行信息的交換。PN端的以太網的IP地址設定為192.168.0.1，DP為現場的總線路端口，站址為1.5Mbit。系統的網絡結構示意圖如圖3所示。

圖3 變頻器結構示意圖

人機界面的設置對于人員的操縱至關重要。上位機的監控可以及時的反應皮帶機的電機電壓值、機頭溫度、滾筒速度等參數。當登錄人機界面后首先顯示的為輸送機的電壓、電流、運行狀態等數據。其次顯示帶式輸送機故障情況，且當帶式輸送機發生故障時能夠遠程復位。最后人接界面能夠控制皮帶機的啟動與停止，并能隨時切換帶式輸送機的工作模式。當用戶進入上位機的監控界面時，點擊相應的皮帶機運行狀態就會顯示其運行狀態，為皮帶機的運行狀態提供保證。

2 變頻器設置及變頻啟動系統故障分析

變頻器的規模選擇應當根據礦山的實際需求進行選定。確保選定的變頻器可以滿足電機的輸出功率的額定值。變頻器主回路可將頻率及電壓保持不變的三相交流電轉為直流電，也可以將直流電轉化為頻率及電壓可以變化的交流電。變頻器的結構示意圖如圖3所示。

MM420是一種常見的變頻器，變頻器配有現場的總線路接口。MM420變電器的主要控制電路包括了數字型號的處理器（對電壓、電流及溫度數據的采集工作）；輸出及輸入端口；通信的端口，通過上機位對一臺或多臺變頻器實行遠程操作及監控；操作面板是通信端口與操作臺完成連接的主要途徑，完成監測信號的輸入輸出。

變頻啟動裝置是控制帶式輸送機運行的主要系統，由于煤礦的地質條件較為復雜，由于長時間的運行，易發生如下的故障。PLC的電氣控制箱常常出現接觸器接電發生熔斷，繼電器發生過載斷路的現象，變頻器的故障及PLC的故障。在發生此類故障時需要對其進行及時的處理，本文對故障的現象及解決方法進行研究，當變頻器的發生缺相故障時，此時發生此故障的現象是線路電流過大，電機的發熱嚴重，電機在運行的過程中由于故障的原因出現震動，發生此類故障的原因是由于三相電路的繼電器及三相的熔斷器熔斷，變頻器產生了缺相的故障，解決此類現象的方法較為簡單為更換變頻器的熔斷器及斷路器。壓力穿感器在進行工作時，由于長時間處于受壓的狀態下極易發生故障，故障的主要現象為傳感器數據失真，產生的原因為壓敏電阻由于長時間的工作發生損壞，此時要做的就是及時的更換。變頻器的諧波治理裝置的按鈕接觸點極易發生氧化絕緣故障，急停按鈕及轉化開關等也極易發生故障，其主要原因為機構的自身問題，所以盡量選用質量好的元件。為了更加有效的維護系統的安全及設備的壽命，工作人員需要定期且及時的對其進行維修檢測，定期的更換，以此提高系統的穩定性。

3 結論

本文為了有效的提升帶式輸送機在運輸過程中出現的問題，本文基于PLC控制器及變頻器對帶式輸送機的集控系統進行了一定的設計，對硬件的配置、人機界面及變頻器的配置進行設置。并給出了集控系統常見問題的解決方法，有效的降低了礦用帶式輸送機出現故障的幾率，保證礦山運輸安全。