康富軍

（甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司，嘉峪關 735100）

電氣系統(tǒng)自動化是提高生產效率、實現(xiàn)產能躍升的有效方法，同時也是很多傳統(tǒng)行業(yè)進行技術革新的重要突破點[1]。采礦行業(yè)在傳統(tǒng)意義上具有勞動密集型的特點，多采用人工方式進行開采和運輸，不但工作效率較低，而且容易發(fā)生安全事故，從而危及工作人員的生命健康。目前，隨著我國經濟綜合水平的提升和科學技術水平的進步，很多礦產運輸企業(yè)積極引進膠帶運輸系統(tǒng)來實現(xiàn)礦石的快速運輸，并且有全面取代人拖馬拉、輪式機械運輸?shù)膽B(tài)勢。

膠帶運輸機主要由輸送帶、托輥、滾筒、驅動、制動、張緊、改向、裝載、卸載以及清掃等裝置組成，是運輸大噸位粉、塊狀物品的理想工具，既可以水平運輸、也可以傾斜運輸，因此在礦石、采煤、冶金等行業(yè)獲得到了廣泛應用[2]。該設備的控制系統(tǒng)相當于整套機械設備的“智能大腦”和“神經中樞”，不但能夠有效地將功能各異的設備連接起來，而且能夠指揮這些設備協(xié)同動作，并通過發(fā)揮出不同的功能來實現(xiàn)整項工作任務[3]。然而，控制系統(tǒng)對工作穩(wěn)定性要求較高，且必須確保能夠長時間可靠工作，否則一旦出現(xiàn)故障極易導致整套輸送系統(tǒng)無法工作，從而帶來不必要的經濟損失。為了提高膠帶運輸機控制系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，可以采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）設計連鎖機構，在實現(xiàn)電氣自動化控制的基礎上確保整套運輸系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、長時間安全運行。

1 PLC器件及PLC控制技術概述

1.1 PLC器件基本原理

PLC是指一種智能控制器件，主要用來代替繼電器或者與繼電器配合實現(xiàn)電氣設備的邏輯控制。與繼電器相比，PLC除了能夠實現(xiàn)遠程電氣自啟停功能之外，還能夠利用集成的邏輯芯片實現(xiàn)在線編程功能，并對控制指令進行預加載，從而提高電氣系統(tǒng)的智能化程度[4]。相比于基于微型計算機的控制系統(tǒng)，利用PLC進行電氣系統(tǒng)自動化控制具有投入成本少、電路結構簡單、單一控制功能精準等特點，因此在當今電氣自動化控制領域占有重要的地位。

1.2 PLC控制技術基礎理論

基于PLC可以開發(fā)出不同功能導向的控制技術[5]，這些控制技術的實現(xiàn)過程類似，可以用圖1進行表示。由圖1可以看出，PLC控制技術通過對輸入信號的處理來實現(xiàn)自動控制，同時采用反饋校正機制提高控制精度。另外，PLC控制技術的可擴展性強，可以與多種功能的設備配合使用，借助其邏輯控制可以簡化編程難度，在工業(yè)環(huán)境下能夠直接應用，且不易受到外部噪聲的干擾，對工作環(huán)境要求較低，因此便于工程應用，是進行膠帶運輸機控制系統(tǒng)技術改進的重要實現(xiàn)手段。

2 膠帶運輸機連鎖控制系統(tǒng)設計的理論基礎

在膠帶運輸機工作過程中，需要重點關注系統(tǒng)運行的可靠性[6]。連鎖機構配合啟停功能可以實現(xiàn)對膠帶運輸機工作狀態(tài)的穩(wěn)定控制。一般來說，進行膠帶運輸機連鎖機構控制系統(tǒng)設計時，既要關注運輸機的啟動控制方式，也要設置相應的保護裝置實現(xiàn)裝置的可靠運行[7]。

2.1 連鎖功能支持下膠帶運輸機啟停方式分析

基于連鎖功能的膠帶運輸機可以采用直接啟停、軟啟停和變頻啟停3種方式進行控制。這3種啟停方式的異同見表1。在進行連鎖機構設計時，需要結合3種啟停方式的適用范圍和技術特點進行比較選擇，配合PLC控制器采用合適的啟停方式實現(xiàn)對膠帶運輸機工作狀態(tài)的可靠控制。

表1 基于連鎖功能的膠帶運輸機啟停方式比較

2.2 用于連鎖功能的保護裝置分析

為了確保膠帶運輸機在工作過程中穩(wěn)定運行，需要時刻關注膠帶運行狀態(tài)，確保膠帶不會出現(xiàn)跑偏、打滑、撕裂的情況，同時避免緊急停機帶來的危害。因此，基于連鎖功能可以設計膠帶跑偏保護、打滑保護、撕裂保護和緊急停機保護裝置。其中：跑偏保護由設置在機頭和機尾的跑偏開關實現(xiàn)；打滑保護由多齒輪冗余聯(lián)動實現(xiàn)；撕裂保護由跑偏裝置聯(lián)合等間隔拉繩開關實現(xiàn)；緊急停機保護主要依靠邏輯控制電路的短時記憶功能實現(xiàn)。

3 基于PLC控制的膠帶運輸機穩(wěn)定運行連鎖系統(tǒng)設計方法

PLC控制器最重要的功能是可以實現(xiàn)遠程控制。對于膠帶運輸機這種大型機械設備而言，其工作環(huán)境往往較為惡劣，且啟停較為頻繁。因此，有必要對這種設備進行遠程控制，同時需要準確監(jiān)測遠程控制信號，并進行有效性分析，一旦出現(xiàn)錯誤啟停要能夠立刻啟動停機保護，避免在無人值守的情況下造成不必要的損失。

3.1 膠帶運輸機連鎖機構設計思路

利用PLC控制器進行膠帶運輸機連鎖系統(tǒng)設計時，需要對輸入信號進行分類并采取有效集成的方式。連鎖系統(tǒng)的輸入信號需要融合本級接觸器KM的常開信號與后級設備的啟動信號，同時加入膠帶跑偏保護、打滑保護、撕裂保護和緊急停機保護等信號，確保在工作過程中能夠達到上級設備、本機設備和下級設備的開、關機聯(lián)動控制，即上級設備開機的同時將信號傳至本級和下級設備，實現(xiàn)設備的同步開機。關機時的操作模式與此相同。PLC控制器內部的控制指令邏輯分析元件可以對輸入信號進行邏輯判斷，并根據(jù)采集到的本級接觸器常開信號與后級設備的啟動信號進行邏輯比較，在必要時啟動保護信號（保護信號并不是一直啟動），通過3種信號的聯(lián)動實現(xiàn)對膠帶運輸機的連鎖啟?？刂?。

3.2 膠帶運輸機連鎖機構系統(tǒng)實現(xiàn)

進行膠帶運輸機連鎖機構設計時，需要結合監(jiān)控系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)的設計，可以采用分級布控的方式實現(xiàn)連鎖機構系統(tǒng)的功能?，F(xiàn)場級用于布置PLC控制系統(tǒng)及相關信號采集裝置，同時架設監(jiān)控攝像頭，以實時采集PLC控制器及膠帶運輸機的工作狀態(tài)。傳輸級建立工業(yè)以太網，通過工業(yè)以太網將采集到的信號遠程傳輸至用戶級。用戶級建立指揮顯示系統(tǒng)和決策推演系統(tǒng)，用來對膠帶運輸機工作現(xiàn)場的狀態(tài)進行監(jiān)測和查看，并對決策信息進行電腦模擬推演，供工作人員進行狀態(tài)監(jiān)測和評判使用。利用PLC控制器設計膠帶運輸機連鎖系統(tǒng)時，其系統(tǒng)實現(xiàn)如圖2所示。

圖2 膠帶運輸機連鎖機構系統(tǒng)實現(xiàn)

4 結語

PLC是當前比較高效且成本低廉的一種電氣自動控制裝置，尤其是其遠程控制的高可靠性使其在工業(yè)應用中占有較大市場份額。膠帶運輸機工作現(xiàn)場環(huán)境復雜，需要采用遠程控制的方式實現(xiàn)安全、可靠工作?；诖耍疚睦肞LC控制器及相關控制技術，建立了一整套膠帶運輸機連鎖啟停系統(tǒng)，幫助膠帶運輸機實現(xiàn)可靠穩(wěn)定運行。本文提出的基于PLC控制的膠帶運輸機穩(wěn)定運行連鎖系統(tǒng)設計方案具有一定的普遍適用性，相關企業(yè)可以結合特定型號的膠帶運輸機工作現(xiàn)場特殊情況進行擴展改進，進一步探索PLC控制器的工業(yè)化應用，實現(xiàn)對傳統(tǒng)行業(yè)生產技術的更新?lián)Q代式變革。