楊順利

(鄭煤集團(tuán)鄭新公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

皮帶輸送機(jī)是被廣泛應(yīng)用于井下煤炭和矸石的轉(zhuǎn)運(yùn)。鑒于礦井下條件的復(fù)雜化和多變化，多臺(tái)皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)集中智能化控制一直是礦井的研究重點(diǎn)[1-2]。因此，決定將PLC控制引入到皮帶輸送機(jī)控制中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，現(xiàn)以由4臺(tái)皮帶輸送機(jī)組成的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行皮帶輸送機(jī)PLC控制實(shí)踐研究。

1 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

研究對(duì)象為由4部皮帶輸送機(jī)組成的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)。為了確保運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性和安全性，運(yùn)輸系統(tǒng)配備有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種控制方法，這兩種控制可通過切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)，所有的操作均布置在主控室內(nèi)，操作人員可通過控制液晶顯示屏觀測和掌握各設(shè)備和運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。4部皮帶輸送機(jī)組成的運(yùn)輸系統(tǒng)采用PLC控制，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性、安全性和高效性，系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì)如下。

1) 為了實(shí)現(xiàn)煤炭順序運(yùn)輸，避免煤炭在皮帶上堆積，運(yùn)輸系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)依照PD4(M4) →PD3(M3) →PD2(M2) →PD1(M1) 的次序逆煤炭運(yùn)輸方向啟動(dòng)，各皮帶輸送機(jī)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可根據(jù)需要啟動(dòng)間隔時(shí)間確定，研究中設(shè)定時(shí)間間隔為15 s；關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)按照PD1 (M1) →PD2(M2) →PD3(M3) →PD4(M4) 的次序順煤炭運(yùn)輸方向啟動(dòng)，各皮帶輸送機(jī)電機(jī)停止間隔時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場需要確定，研究中設(shè)定時(shí)間間隔為30 s，這樣可盡量減少皮帶上的物料。

2) 當(dāng)運(yùn)輸系統(tǒng)中某臺(tái)皮帶輸送機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，前方皮帶輸送機(jī)和該問題皮帶輸送機(jī)能夠自動(dòng)停車，后續(xù)皮帶輸送機(jī)不受影響，待輸送完煤炭后自動(dòng)停止運(yùn)行。如，當(dāng)PD2 (M2) 發(fā)生故障，PD1 (M1) 和PD2 (M2) 立即停車，PD3(M3) 和PD4(M4) 按照設(shè)定的時(shí)間間隔停車，即經(jīng)30 s后PD3(M3) 停車，再過30 s后，PD4(M4) 停車。

3) 為了確保運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，避免因非可預(yù)料因素導(dǎo)致的皮帶輸送機(jī)故障，將急停控制裝置引入到運(yùn)輸系統(tǒng)中，即如需緊急停車，可實(shí)現(xiàn)4部皮帶同時(shí)無條件停車。

4) 為了提高運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸效率，將皮帶傳動(dòng)速度設(shè)定為可調(diào)，該研究中將皮帶輸送機(jī)調(diào)速控制設(shè)計(jì)為分級(jí)調(diào)速和無極調(diào)速2種控制。

5) 通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，各類報(bào)警裝置發(fā)揮各自功能，確保皮帶輸送機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2 皮帶輸送機(jī)PLC控制設(shè)計(jì)

2.1 PLC控制器

皮帶輸送機(jī)控制以往多采用繼電器控制，繼電器控制采用硬件連線方式實(shí)現(xiàn)，是利用機(jī)械觸點(diǎn)的并聯(lián)或串聯(lián)和延時(shí)來實(shí)現(xiàn)控制邏輯，工作頻率相對(duì)較低，定時(shí)精度不高，易受環(huán)境影響，且只能完成既定的邏輯控制。PLC控制可根據(jù)需要重新編寫程序，又稱軟連線；PLC指令依靠半導(dǎo)體電路實(shí)現(xiàn)控制，速度高、精度高、調(diào)整時(shí)間方便，受外部環(huán)境影響較小。另外，PLC功能集成化程度高，可實(shí)現(xiàn)順序控制、傳動(dòng)控制、過程應(yīng)用等，適宜復(fù)雜程序的控制。考慮到該實(shí)踐研究的目的，同時(shí)為了降低資金投入和確保安全，采用歐姆龍公司生產(chǎn)的CPM2A系列可編程控制器。

2.2 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該研究對(duì)象中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)與皮帶輸送機(jī)PLC控制器進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)，對(duì)各皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，如掌握皮帶跑偏信號(hào)、電機(jī)溫度信號(hào)、煙霧信號(hào)、皮帶堆煤信號(hào)等，并在液晶顯示屏上以文字或者數(shù)字的形式顯示，且當(dāng)監(jiān)測所得數(shù)據(jù)超過規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)，如皮帶跑偏超過15°時(shí)發(fā)出皮帶跑偏警報(bào)，當(dāng)溫度、煙霧等出現(xiàn)異常時(shí)也會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警，達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)自動(dòng)強(qiáng)制停車。為方便皮帶輸送機(jī)調(diào)速，試驗(yàn)中設(shè)計(jì)了分級(jí)調(diào)速和無極調(diào)速兩種調(diào)速方式，前者是在一定頻率范圍內(nèi)根據(jù)需要選擇幾個(gè)均勻速度作為分級(jí)調(diào)速輸出頻率，后者是在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)對(duì)變頻器進(jìn)行無極調(diào)速。

2.3 PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC 控制程序具體見圖1所示。在PLC 控制器加電時(shí)，初始化子程序開始執(zhí)行命令。分級(jí)調(diào)速程序和無級(jí)調(diào)速程序控制皮帶輸送機(jī)調(diào)速，分級(jí)調(diào)速頻率范圍設(shè)定為0～60 Hz，選取相對(duì)均勻的頻率作為輸出頻率，分別為6.4 Hz、12.5 Hz、5.6 Hz和51.4 Hz，通過分級(jí)調(diào)速實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)四級(jí)調(diào)速，且設(shè)定四級(jí)調(diào)速按鈕分別互鎖，只允許一個(gè)速度位存在，避免各梯級(jí)出現(xiàn)沖突現(xiàn)象；通過設(shè)定0～60 Hz頻率范圍內(nèi)變頻器輸出頻率設(shè)計(jì)無級(jí)調(diào)速，其中頻率f=a×x (0≤x≤16，x∈Z；a 取經(jīng)驗(yàn)值3.2)，這樣即可通過改變x 值來實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的無級(jí)調(diào)速。聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?qū)崿F(xiàn)皮帶輸送機(jī)的聯(lián)鎖啟動(dòng)和停車，并可根據(jù)突發(fā)情況實(shí)施部分或者全部皮帶輸送機(jī)停車。

圖1 PLC控制程序控制流程

3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

PLC控制系統(tǒng)具有性能可靠、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但在強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場等高頻干擾下，PLC控制器也會(huì)出現(xiàn)控制精度降低、內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。分析認(rèn)為，PLC控制系統(tǒng)干擾源主要有電源線引入干擾、信號(hào)線引入干擾和接地系統(tǒng)干擾等，電源線和信號(hào)線可能引起電流場和電磁場紊亂，接地系統(tǒng)紊亂會(huì)造成接地點(diǎn)電位不均勻，引起地環(huán)電流，這些都易影響PLC控制。鑒于此，可采取影響措施來提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力。

1)采用專用電源，將電源與其他設(shè)備電源分開，避免其他大型設(shè)備啟停對(duì)供電電源影響；采用隔離變壓器將控制電源與PLC隔離，同時(shí)在隔離變壓器和PLC間增加濾波器，盡量避免干擾信號(hào)對(duì)PLC控制的影響。

2) 在交流信號(hào)輸入端并聯(lián)壓敏電阻，在直流信號(hào)輸入端并聯(lián)續(xù)流二極管。在直流信號(hào)輸出端接壓敏電阻，交流信號(hào)輸出端接壓敏電阻，晶體管及晶閘管輸出端接旁路電阻保護(hù)。

3) PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)采用直接一點(diǎn)接地方式，同時(shí)為了減少地環(huán)流的干擾，要求接地電纜截面積不小于2 mm2，接地電阻不超過100 Ω，且接地線要求使用專用地線。

4 結(jié)語

煤礦井下皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行是確保生產(chǎn)穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，而皮帶輸送機(jī)當(dāng)前多采用人工控制，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性難以得到保證。PLC控制作為現(xiàn)代最先進(jìn)的控制手段，將其運(yùn)用到井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中可大幅度提高運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可通過編程改變PLC控制參數(shù)和增減控制功能模塊來提高PLC控制效果。PLC控制是井下皮帶集中控制的發(fā)展方向。