王麗珍，薛小蘭，劉慧玲

(晉中學(xué)院 機械系，山西 晉中 030619)

0 引言

皮帶運輸機是以傳送帶作為牽拉和承載部件的連續(xù)運輸機械設(shè)備，由于其具備傳送物體平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡潔、費用低、方便運輸?shù)忍攸c，廣泛應(yīng)用于露天礦和煤礦井下的物料輸送等場合中[1-3]。傳統(tǒng)的煤礦皮帶運輸機往往依靠繼電接觸控制系統(tǒng)及人工巡查等方法來開展監(jiān)控工作，導(dǎo)致系統(tǒng)工作效率低、實時性差、存在大量的安全隱患。將PLC技術(shù)應(yīng)用于煤礦皮帶機監(jiān)控系統(tǒng)中能夠有效地提高監(jiān)控工作的效率，及時發(fā)現(xiàn)皮帶運輸機運行過程中可能出現(xiàn)的問題，避免事故的進一步擴大，同時也能減輕工人的勞動強度、降低勞動風(fēng)險，并大大降低皮帶運輸機的非正常停機時間，從而保證井下煤炭運輸工作的高效開展[4]。

1 礦用皮帶運輸機系統(tǒng)

針對山西某煤礦四級皮帶運輸系統(tǒng)，設(shè)計其順序啟停運行控制、各級皮帶的故障保護控制、故障報警等功能，通過監(jiān)測儀表對皮帶運輸機的運行狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)以及故障信息進行實時監(jiān)測。當發(fā)現(xiàn)某級皮帶故障/異常時，由PLC控制器作出邏輯判斷，對皮帶運輸機進行聲光報警及停機保護，實現(xiàn)對礦用皮帶運輸系統(tǒng)的自動監(jiān)控。

1.1 礦用皮帶運輸機常見的皮帶故障及其檢測方法

皮帶故障是煤礦皮帶運輸系統(tǒng)在工作過程中引發(fā)設(shè)備故障的常見因素，可通過選擇相應(yīng)的傳感器來檢測不同的故障類型，達到及時保護系統(tǒng)并排除故障的目的，從而提高煤礦井下作業(yè)的安全性與高效性[5]。

1.1.1 皮帶跑偏故障

在皮帶運輸機工作過程中，皮帶縱向軸線偏離運輸機中心線時會出現(xiàn)皮帶跑偏。該類型故障可選用型號為GEJ40的礦用本安型跑偏傳感器進行檢測，PLC可依據(jù)跑偏傳感器的1級跑偏(輕跑偏)信號和2級跑偏(重跑偏)信號對系統(tǒng)分別進行報警處理操作和停車處理操作。

1.1.2 皮帶撕裂故障

皮帶撕裂現(xiàn)象會對皮帶設(shè)備及其運輸系統(tǒng)造成較大的損壞，甚至造成人員傷亡等嚴重后果。該類型故障可選用型號為GVY10的撕裂傳感器進行檢測，PLC可依據(jù)撕裂傳感器對應(yīng)開關(guān)觸點的動作情況對系統(tǒng)發(fā)出控制保護信號，以切斷皮帶運輸機的電源，使系統(tǒng)停運，防止事故擴大。

1.1.3 皮帶打滑故障

皮帶打滑現(xiàn)象會使運輸機滾筒表面溫度驟然升高，從而引起皮帶著火，甚至引發(fā)井下煤料、瓦斯的爆炸等嚴重事故。該類型故障可選用型號為GSC200的智能型速度傳感器對皮帶機的從動輪速度進行檢測，當速度傳感器的輸出端輸出低電平時，通過PLC自動切斷皮帶機電源，實現(xiàn)低速保護。

1.1.4 皮帶堆煤故障

皮帶堆煤現(xiàn)象會使皮帶驅(qū)動電機負載增加，從而造成運輸機皮帶傳動滾筒出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，引起皮帶打滑、跑偏等故障的發(fā)生，降低皮帶運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成系統(tǒng)停運、驅(qū)動電機燒毀、斷帶等后果。該類型故障可選用型號為GUJ30的堆煤傳感器完成檢測，系統(tǒng)如果出現(xiàn)堆煤現(xiàn)象，該傳感器相應(yīng)的開關(guān)觸點就會動作，傳出故障信號，PLC可及時做出停機保護操作。

1.2 礦用皮帶運輸系統(tǒng)控制要求

本文研究的四級皮帶運輸機為DSJ系列可伸縮帶式輸送機，其布置示意圖如圖1所示，皮帶編號分別為PD-1、PD-2、PD-3、PD-4，各級皮帶的運行分別由4臺YBK2系列隔爆型三相異步電動機M1、M2、M3、M4驅(qū)動。

圖1 四級皮帶運輸系統(tǒng)示意圖

為了保障四級皮帶運輸系統(tǒng)的安全可靠運行，并實現(xiàn)其智能監(jiān)控功能，所設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)滿足如下控制要求：

(1)初始狀態(tài)：所有裝置均處于停止狀態(tài)。

(2)啟動操作：當啟動按鈕接通后，各級皮帶驅(qū)動電機按M4→M3→M2→M1完成逆序啟動，且各級啟動時間間隔為5 s，以防止皮帶發(fā)生故障時上級皮帶出現(xiàn)堆料情況。

(3)停止操作：停止按鈕接通后，各級皮帶驅(qū)動電機按M1→M2→M3→M4完成順序停止，且各級停車時間間隔為10 s，以防止各級皮帶停運后出現(xiàn)物料未及時拉出的問題。

(4)安全操作：若某級皮帶發(fā)生故障/異常時，此級及其所有上級皮帶全部停止運行，同時給出聲光報警提示；并配有緊急操作裝置，其余級皮帶10 s后順序停止運行。

2 礦用皮帶運輸機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

山西某煤礦皮帶運輸系統(tǒng)四級皮帶的運行分別由4臺YBK2系列煤礦井下用隔爆型三相異步電動機M1、M2、M3、M4進行驅(qū)動。分析該四級皮帶運輸機系統(tǒng)的控制要求，計算出控制系統(tǒng)所需的數(shù)字量輸入點26個、數(shù)字量輸出點13個，所選的可編程控制器CPU型號應(yīng)滿足系統(tǒng)所需輸入/輸出點數(shù)并留有一定的擴展裕量。綜合考慮系統(tǒng)所需容量需求等方面因素，PLC選用德國西門子公司S7-200系列的CPU226(24入/16出)，并為其配置一塊EM221 DI8-DC24V數(shù)字量輸入模塊。

依據(jù)系統(tǒng)的控制要求選擇合適的輸入輸出元件，并完成PLC輸入、輸出點的配置，列出控制系統(tǒng)的I/O分配表，如表1所示。

表1 控制系統(tǒng)輸入/輸出分配表

以四級皮帶運輸系統(tǒng)的工作流程及列出的I/O端子分配表為依據(jù)，可設(shè)計出控制系統(tǒng)的PLC硬件接線圖，如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)PLC硬件接線圖

3 礦用皮帶運輸機控制系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計

根據(jù)礦用四級皮帶運輸機運行的控制要求，設(shè)計出四級皮帶運輸機控制系統(tǒng)程序流程圖，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié)論

本文完成了對礦用四級皮帶運輸系統(tǒng)的順序運行控制、各級皮帶常見類型故障檢測和故障報警控制的設(shè)計。礦用皮帶運輸機系統(tǒng)在引入可編程控制器進行控制后，能夠?qū)崿F(xiàn)對井下皮帶運輸機運行情況的實時監(jiān)測，有利于及時對礦用皮帶運輸機故障的排除，極大地提高了皮帶運輸系統(tǒng)的可靠性，解決了傳統(tǒng)皮帶運輸機監(jiān)控系統(tǒng)中的弊端，在提高煤礦生產(chǎn)效率的同時，也給煤礦工人提供了較好的生命安全保障。