白明亮

（神華神東煤炭集團(tuán)公司石圪臺(tái)煤礦，陜西 榆林 719315）

基于PLC的刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制裝置研究

白明亮

（神華神東煤炭集團(tuán)公司石圪臺(tái)煤礦，陜西 榆林 719315）

本文開(kāi)發(fā)了基于PLC的刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置，通過(guò)在神東石圪臺(tái)煤礦22上205工作面的刮板輸送機(jī)上代替原有設(shè)備試驗(yàn)運(yùn)行，能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求，并已穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月。

PLC 刮板輸送機(jī) 自動(dòng)張緊

前言

隨著自動(dòng)化采煤技術(shù)的飛速發(fā)展，綜采設(shè)備的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。綜采﹑綜放工作面所使用的大型﹑重型設(shè)備如輸送機(jī)﹑轉(zhuǎn)載機(jī)﹑破碎機(jī)的自動(dòng)化程度也在逐漸增加。神東公司此前引進(jìn)的相當(dāng)一部分國(guó)內(nèi)﹑外綜采刮板輸送機(jī)都因其系統(tǒng)不適用現(xiàn)場(chǎng)條件或使用不可靠而不能實(shí)現(xiàn)鏈條的自動(dòng)張緊功能，為此本文開(kāi)發(fā)了基于PLC的刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置。

1 基本控制原理

圖1 液控單元原理圖

自動(dòng)張緊裝置采用PLC可編程控制器作為CPU，通過(guò)壓力﹑位移等傳感器檢測(cè)刮板輸送機(jī)機(jī)尾伸縮油缸底的壓力監(jiān)測(cè)及油缸活塞桿行程，來(lái)判斷鏈條的張力狀況，得出判斷結(jié)果后，控制電液系統(tǒng)來(lái)伸縮油缸，實(shí)現(xiàn)機(jī)尾的伸縮移動(dòng)，達(dá)到在一定范圍內(nèi)來(lái)控制刮板輸送機(jī)鏈條的松緊，使鏈條在工作時(shí)始終處于理想的松緊狀態(tài)。

2 系統(tǒng)組成

本裝置由電控單元和液控單元兩部分組成。

2.1 電控單元

電控單元是整個(gè)裝置的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的核心。

a）直流電源

b）PLC可編程控制器

c）防爆數(shù)字量輸入模塊

d）防爆模擬量輸入模塊

e）防爆數(shù)字輸出塊

f）傳感器

2.2 液控單元

液控部分主要有一個(gè)伸縮缸﹑液控單向閥﹑安全閥﹑電磁換向閥﹑液控先導(dǎo)閥及其他管件等組成，其原理圖如圖1所示。

電液控制單元接受到來(lái)自主控系統(tǒng)的伸縮信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作，接通油路，使液控先導(dǎo)閥打開(kāi)，給伸縮油缸注油，推動(dòng)機(jī)尾動(dòng)作，達(dá)到調(diào)節(jié)鏈條張力的目的。

3 控制邏輯與流程圖

啟動(dòng)

輸送機(jī)啟動(dòng)后，系統(tǒng)先檢測(cè)手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)位置，如果處于自動(dòng)位置，系統(tǒng)將檢測(cè)鏈輪軸組的轉(zhuǎn)速，以判斷刮板輸送機(jī)是否達(dá)到正常轉(zhuǎn)速。

運(yùn)行

輸送機(jī)運(yùn)行正常后，系統(tǒng)不斷檢測(cè)機(jī)尾的缸底壓力。是否處于控制值限定的范圍，自動(dòng)調(diào)節(jié)鏈條張力。

系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

4 主要設(shè)備選型

電控單元的設(shè)備選型主要涉及PLC可編程控制器﹑數(shù)據(jù)采集單元﹑傳感器和電源模塊。

4.1 中央處理單元

該單元是系統(tǒng)的核心部件，采用德國(guó)西門(mén)子公司的S7—300系列可編程序控制器，型號(hào)CPU315F—2DP。S7—300系列可編程序控制器具有緊湊的設(shè)計(jì)，良好的擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令集，而且還有豐富的系列類(lèi)型。我公司所選用的故障安全型CPU315F—2DP PLC具有MPI﹑PROFIBUS DP主/從接口，MPI口接顯示器，該CPU運(yùn)行時(shí)須配MMC存儲(chǔ)卡，用于存儲(chǔ)硬件組態(tài)信息和PLC程序。

4.2 信號(hào)采集單元

信號(hào)采集單元是用來(lái)連接爆炸危險(xiǎn)區(qū)域中的傳感器的I/O模塊，用來(lái)采集傳感器的信號(hào),然后傳遞給CPU進(jìn)行運(yùn)算處理，之后轉(zhuǎn)換成顯示信號(hào)再通過(guò)數(shù)據(jù)線由彩色顯示屏顯示出具體數(shù)值。該單元分為數(shù)字量輸入和模擬量輸入模塊。

4.2.1 數(shù)字量輸入模塊

數(shù)字量輸入模塊用來(lái)接收按鈕狀態(tài)指令及油位開(kāi)關(guān)量，其型號(hào)為SM321 DI4xNAMUR, Ex。

4.2.2 模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊是用來(lái)連接爆炸危險(xiǎn)區(qū)域中的傳感器的I/O模塊，接收諸如減速箱冷卻水壓力等模擬量數(shù)值。針對(duì)井下工況，選用型號(hào)為SM331 AI4x0/ 4 to 20mA,Ex的模塊。減速器各軸承測(cè)量點(diǎn)和潤(rùn)滑油的溫度值接收選用SM331 AI8xTC /4xRTD, Ex模塊。

4.3 傳感器

壓力傳感器選用GYD60-Y2（0-60Mpa）本質(zhì)安全壓力傳感器；

行程傳感器選用德國(guó)瑪珂公司的本質(zhì)安全型位移傳感器。

4.4 電源模塊

選用PS307/5A的電源模塊,其主要技術(shù)特征參數(shù)如下：

輸入 單相AC（50/60Hz）

額定電壓（電壓范圍）127VAC（75%-110%）

額定電流 1.7A

功率消耗 138W

輸出 24VDC/5A

5 軟件編程

5.1 人機(jī)界面的組態(tài)

利用PROTOOL CS軟件和專(zhuān)用通訊電纜對(duì)工業(yè)用彩色液晶顯示器TP170B進(jìn)行編程和定義。

5.2 PLC軟件編程

利用STEP 7軟件和專(zhuān)用電纜對(duì)CPU 315F進(jìn)行通訊和編程。

a）檢查硬件連接

——確認(rèn)各傳感器正確連接。

——檢查各個(gè)輸入輸出模塊正確連接。

——確定前連接器正確連接在各模塊上。

b）應(yīng)用PC編程

——新建項(xiàng)目后，首先進(jìn)行硬件組態(tài)。所組硬件根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中

選擇。

——對(duì)各模塊分配地址。組態(tài)時(shí)會(huì)自動(dòng)分配地址（也可以人為修改，但是不能有沖突）。

編寫(xiě)程序。應(yīng)用STEP 7進(jìn)行相應(yīng)的程序編寫(xiě)，完成后編譯并下載到CPU。

硬件組態(tài)完成后，各模塊將分配到固定的地址。

5.3 顯示及故障報(bào)警單元

本裝置主控箱的顯示單元采用西門(mén)子工業(yè)用TP170B COLOR 5.7英寸16色液晶顯示屏。需通過(guò)總線電纜和PLC連接。報(bào)警燈安裝在主控箱內(nèi)，由DO 4×24VDC/10mA Ex數(shù)字量輸出模塊提供電源，CPU控制其閃爍報(bào)警。系統(tǒng)對(duì)位移傳感器采集到的極限行程進(jìn)行報(bào)警：燈閃爍，提示用戶(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

結(jié)語(yǔ)

本控制裝置在神東石圪臺(tái)煤礦22上205綜采工作面刮板輸送機(jī)上安裝調(diào)試正常，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)張緊功能，在6個(gè)月的試用中未出現(xiàn)問(wèn)題。不足之處是位移傳感器只能在油缸外部安裝，可能會(huì)缺乏較好的防護(hù)容易受到外部機(jī)械力而損壞，還需進(jìn)一步改進(jìn)。

圖2 系統(tǒng)流程圖

[1]楊杰,馮晨,汪愛(ài)明． 刮板輸送機(jī)電液控制器的開(kāi)發(fā)[J]． 煤炭工程,2013,01：120-121+124．

[2]王軍霞,魏忠義． 模糊自適應(yīng)PID技術(shù)在刮板輸送機(jī)鏈條張力控制上的應(yīng)用研究[J]． 煤礦機(jī)械,2012,10：219-221．

[3]范國(guó)偉． 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．人民郵電出版社,2013．

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