吳 釗

（運(yùn)城學(xué)院工科實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，山西運(yùn)城 044000）

0 引言

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，必須要保證開(kāi)采的工作效率，并且要對(duì)其展開(kāi)嚴(yán)格的控制，而PLC技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，給煤礦開(kāi)采工作帶來(lái)了全新的技術(shù)，將PLC技術(shù)應(yīng)用到開(kāi)采工作中，通過(guò)PLC技術(shù)本身的科學(xué)運(yùn)算和設(shè)備控制能力，能夠有效提高煤礦行業(yè)的產(chǎn)量和效益。而且PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制和調(diào)度，融合自動(dòng)化控制、設(shè)備監(jiān)控等技術(shù)，從根本上實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開(kāi)采自動(dòng)化，落實(shí)安全生產(chǎn)，從側(cè)面推動(dòng)國(guó)家煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 基于PLC的煤礦帶式輸送系統(tǒng)概述

新時(shí)期，煤礦的生產(chǎn)開(kāi)采進(jìn)入了全新的階段，對(duì)煤礦生產(chǎn)工作要求逐漸提高，相應(yīng)的煤礦開(kāi)采設(shè)備也需要進(jìn)行全面的完善，而帶式輸送機(jī)在礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中具有十分重要的作用，是保證生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，但是傳統(tǒng)的帶式傳輸機(jī)在啟動(dòng)、停車(chē)階段都有著不同程度的問(wèn)題和缺點(diǎn)，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)對(duì)煤礦生產(chǎn)開(kāi)采工作的要求，因此本文從PLC技術(shù)入手，將PLC技術(shù)引入到控制核心中，以此對(duì)輸送系統(tǒng)展開(kāi)具體的分析和改進(jìn)。本文設(shè)計(jì)出來(lái)的輸送系統(tǒng)是一種可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng)（con?trolled starting transmission），以下簡(jiǎn)稱(chēng)為CST，在CST系統(tǒng)中包括CST控制器、CST傳感檢測(cè)元件，保護(hù)裝置、報(bào)警裝置以及控制對(duì)象[1]。這種CST是一種以PLC技術(shù)為核心的控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)在現(xiàn)場(chǎng)采集回來(lái)的信號(hào)、接受員工發(fā)出的控制指令，通過(guò)對(duì)CST系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作，使帶式傳輸機(jī)得以穩(wěn)定運(yùn)行，且這種煤礦帶式輸送系統(tǒng)，無(wú)論是在啟動(dòng)還是停車(chē)環(huán)節(jié)，都能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行保護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)了全方位的保護(hù)。此外這種技術(shù)本身還具有顯示功能，能夠讓相關(guān)人員直觀地了解到系統(tǒng)運(yùn)行的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，展開(kāi)檢修工作。此外，在PLC技術(shù)中還能夠利用速度PID實(shí)現(xiàn)對(duì)控制回路的控制，保證功率平衡。

2 基于PLC的煤礦帶式輸送系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

2.1 傳感檢測(cè)裝置

傳感檢測(cè)裝置在整個(gè)輸送系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的作用，本文設(shè)計(jì)出來(lái)的傳感檢測(cè)部分包括了多個(gè)傳感檢測(cè)元件，分別為：軸速度傳感器、油溫變送器、離合器壓力傳感器等，每個(gè)傳感器的作用各不相同。首先，是軸速度傳感器，這種傳感器主要是用來(lái)檢測(cè)CST在輸出時(shí)的軸速度，將所得到的速度值和帶式傳輸機(jī)本身的打滑檢測(cè)速度值進(jìn)行比較分析，進(jìn)行分析和判斷，如果偏差大于設(shè)定值，就立即停機(jī)并且發(fā)送打滑故障報(bào)警[2]。而利用在CST中的速度PID以及油溫變送器，分別控制輸送速度和具體的箱體油溫并檢查冷卻流量，以此保證控制回路和冷卻回路的正常工作。此外，還有離合器壓力傳感器和潤(rùn)滑壓力傳感器，前者用來(lái)檢測(cè)液壓系統(tǒng)的高壓回路，后者用來(lái)檢測(cè)液壓系統(tǒng)的低壓回路，以此保證液壓系統(tǒng)有足夠的壓力推動(dòng)離合器工作，并且完成潤(rùn)滑軸承工作。除了上述內(nèi)容以外，在檢測(cè)過(guò)程中還要對(duì)比例閥進(jìn)行控制，比如，某礦場(chǎng)利用PLC控制系統(tǒng)通過(guò)輸出電流，控制比例閥，而比例閥在整體控制回路中起到了十分重要的作用，因此該礦場(chǎng)讓PLC控制系統(tǒng)輸出了0～15mA的電流，通過(guò)控制比例閥（PCV），實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的控制，根據(jù)具體的速度∕壓力PID程序，最終計(jì)算得出“S型”啟動(dòng)曲線(xiàn)，從而有效延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2 保護(hù)報(bào)警裝置

在本文設(shè)計(jì)出來(lái)的PLC輸送系統(tǒng)中，對(duì)輸送速度、溫度、煙霧等內(nèi)容都建立了相應(yīng)的保護(hù)，以此保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其中速度保護(hù)主要是用來(lái)保證輸送環(huán)節(jié)的穩(wěn)定，避免帶式輸送機(jī)出現(xiàn)打滑、超速的情況，而溫度保護(hù)是對(duì)輸送機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)高溫故障，在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)輥筒會(huì)受到溫度的影響，如果溫度升高到一定的高度后，就會(huì)對(duì)輥筒的運(yùn)行造成影響，而在保護(hù)裝置下，一旦溫度到達(dá)設(shè)定高度后，溫度傳感器的熱敏元件就會(huì)發(fā)生動(dòng)作，輸出報(bào)警信號(hào)，保證設(shè)備的安全。在運(yùn)行時(shí)，堆煤滿(mǎn)倉(cāng)的情況極為常見(jiàn)，設(shè)備的運(yùn)行受阻，如果沒(méi)有及時(shí)處理，就會(huì)造成危險(xiǎn)擴(kuò)大化，嚴(yán)重的情況下甚至?xí){到人員的安全[3]。因此要對(duì)堆煤、滿(mǎn)倉(cāng)展開(kāi)保護(hù)，在皮帶機(jī)頭、溜煤眼處安裝相應(yīng)的保護(hù)裝置，一旦發(fā)生了堆煤、滿(mǎn)倉(cāng)，或者煤位超限等情況時(shí)，控制器就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，控制系統(tǒng)就會(huì)停機(jī)并且報(bào)警，保護(hù)膠帶不會(huì)受到摩擦，延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。除了以上幾點(diǎn)內(nèi)容以外，在電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電纜起火的情況，繼而引發(fā)冒煙事故，而煤層有時(shí)也會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了開(kāi)采工作的正常運(yùn)行，因此要對(duì)煙霧進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)檢測(cè)帶式輸送機(jī)的摩擦情況，判斷冒煙事故的發(fā)生概率，如果達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)就會(huì)發(fā)出報(bào)警。最后是跑偏保護(hù)，顧名思義，就是保證膠帶不會(huì)發(fā)生跑偏現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)了跑偏，就會(huì)給控制器發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)，以此起到保護(hù)膠帶的作用，保證帶式輸送機(jī)的工作效率。以本文設(shè)計(jì)的CST控制器為例，在控制器內(nèi)集成了PanelView600技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了彩色顯示屏，操作人員通過(guò)這種人機(jī)界面，能夠?qū)φ麄€(gè)設(shè)備展開(kāi)完整的監(jiān)控過(guò)程，此外，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制的目的，通過(guò)RS232C接口，以及Allen-Bradley公司提供的通訊協(xié)議(Allen-Bradley DF1)實(shí)現(xiàn)和PLC主控制單元之間的銜接和傳輸，以此達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

2.3 監(jiān)視監(jiān)控裝置

和保護(hù)裝置不同，本文設(shè)計(jì)出來(lái)的監(jiān)視監(jiān)控裝置主要包括了兩個(gè)方面，分別為：輸送帶運(yùn)行參數(shù)、整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)部分的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的監(jiān)控。首先通過(guò)對(duì)輸送帶運(yùn)行的過(guò)程中參數(shù)的控制，對(duì)系統(tǒng)中主電機(jī)、主電流等參數(shù)進(jìn)行采集，在經(jīng)過(guò)PLC處理后，顯示到觸摸屏上，讓相關(guān)人員能夠在第一時(shí)間展開(kāi)具體的分析。此外，PLC技術(shù)能夠?qū)收蠙C(jī)械的位置進(jìn)行定位，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控功能的顯示，操作人員利用觸摸屏不僅能夠?qū)?shù)情況進(jìn)行監(jiān)控，還能夠確定故障的具體位置，在這樣的情況下，設(shè)備故障能夠在第一時(shí)間得到良好的控制，及時(shí)展開(kāi)相應(yīng)的處理工作。本文還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)視功能，在視頻監(jiān)視中采用了KBA121A∕B型礦場(chǎng)用隔爆光纖攝像儀，在礦場(chǎng)運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)位置安裝，比如在機(jī)尾入料、輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎點(diǎn)、以及機(jī)頭的位置。通過(guò)對(duì)特殊位置的監(jiān)控，能夠?qū)斔蛶У那闆r實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且也實(shí)現(xiàn)了井下運(yùn)輸系統(tǒng)的可視化[4]。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

2.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由上可知，本文采用了Allen-Bradley公司的Panel?View600，因此還需要相應(yīng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文采用STEP7軟件展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，首先需要在STEP7中生成一個(gè)和硬件系統(tǒng)完全相同的軟件系統(tǒng)，繼而展開(kāi)相應(yīng)的軟件程序設(shè)計(jì)。首先是硬件組態(tài)和順控程序設(shè)計(jì)，在STEP7軟件導(dǎo)入了硬件系統(tǒng)后，利用梯形圖展開(kāi)編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視、數(shù)據(jù)變更以及輸入輸出信號(hào)等內(nèi)容。其中PLC在啟動(dòng)后，首先需要進(jìn)行內(nèi)部初始化，然后才能夠根據(jù)操作人員的選擇展開(kāi)具體的操作，進(jìn)入到不同的流程中。正常情況下，整個(gè)順控程序可以分為五個(gè)部分，分別為：正常起車(chē)、正常停車(chē)、緊急停車(chē)、故障保護(hù)和功率平衡，具體的操作流程為：在上電初始化后，判斷起車(chē)信號(hào)，如果是則進(jìn)入正常起車(chē)的程序，如果不是則判斷是否為正常停車(chē)信號(hào)，如果是就可以準(zhǔn)入到正常停車(chē)程序，如果既不是起車(chē)信號(hào)和停車(chē)信號(hào)，那么系統(tǒng)必然出現(xiàn)故障，但是還要進(jìn)一步對(duì)故障進(jìn)行判斷，如果是緊急停車(chē)信號(hào)，那么就要進(jìn)入到故障處理程序中，如果依然不是緊急停車(chē)信號(hào)，那就要判斷是何種故障信號(hào)，判斷是否有故障，如果沒(méi)有故障，那么就要回到最開(kāi)始，重新判斷，如果確認(rèn)有故障，就要對(duì)故障進(jìn)行處理。

3 基于PLC的煤礦帶式輸送系統(tǒng)的具體應(yīng)用

以某礦場(chǎng)為例，該礦場(chǎng)應(yīng)用的是一種基于PLC和Pan?elView600的一種煤礦帶式傳輸系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在啟動(dòng)后，管理人員會(huì)首先進(jìn)入到登錄界面，輸入相應(yīng)的用戶(hù)名和密碼，就能夠進(jìn)入到系統(tǒng)的主界面中，對(duì)輸送系統(tǒng)展開(kāi)管理和控制，完成其他具體的操作。這種系統(tǒng)的響應(yīng)速度較快，可以達(dá)到ms級(jí)，而且這種系統(tǒng)的監(jiān)控性能較好，能夠?qū)φ麄€(gè)輸送工作形成良好的監(jiān)督和管理。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主機(jī)雙機(jī)備份，在這種系統(tǒng)中技術(shù)管理人員可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)雙機(jī)切換。不僅如此，在這種輸送系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了S形曲線(xiàn)啟動(dòng)，減少了輸送過(guò)程中因電機(jī)速度突變對(duì)皮帶產(chǎn)生的破壞，有效降低了維護(hù)成本，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。而其中的PID閉環(huán)回路程序，更是從根本上降低了帶式輸送機(jī)可能存在的功率變化，輸送機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。這種基于PLC的煤礦帶式輸送系統(tǒng)的運(yùn)用，在機(jī)電控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的信息化集成，加快了礦山的工作效率，保證開(kāi)采工作的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 總結(jié)

綜上所述，在礦產(chǎn)開(kāi)采的過(guò)程中，保證礦產(chǎn)資源的穩(wěn)定運(yùn)輸對(duì)于開(kāi)采工作的可持續(xù)發(fā)展具有著十分重要的作用，但現(xiàn)階段的輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，設(shè)備系統(tǒng)的工作效率較低，成本較高，因此本文設(shè)計(jì)出了一種基于PLC的煤礦帶式輸送系統(tǒng)，采用PLC和PanelView600實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的自動(dòng)化、信息化運(yùn)行，有效解決了系統(tǒng)中長(zhǎng)距離彎曲輸送中存在的沖擊問(wèn)題，且自試運(yùn)行以來(lái)，整體效率較高，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，能夠較好地完成預(yù)期生產(chǎn)任務(wù)。