＊徐 潔

（晉能控股煤業(yè)集團機電管理分公司 山西 037003）

引言

在煤礦產(chǎn)業(yè)實際的生產(chǎn)過程中，帶式輸送機是保證煤資源穩(wěn)定傳送的重要設(shè)備，而控制系統(tǒng)是決定帶式運輸機能否安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵前提。為了提高煤礦運輸作業(yè)效率和運行安全，需要采取科學(xué)、可行的技術(shù)應(yīng)用到控制系統(tǒng)當中。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)沖擊力大、功率不穩(wěn)定等情況，嚴重影響運輸效率[1]。因此，針對這一現(xiàn)象，將PLC技術(shù)應(yīng)用到帶式傳送機控制系統(tǒng)中，能讓輸送機保持最佳運行狀態(tài)，為煤礦輸送效率和作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全提供有力保障。

1.帶式輸送機工作原理

在煤礦行業(yè)領(lǐng)域中，帶式輸送機是十分重要的作業(yè)組成部分。帶式輸送機即采用輸送帶作為牽引部件來實現(xiàn)輸送功能的作業(yè)設(shè)備，可以對物料進行有效運輸。輸送機上的輸送帶分為牽引結(jié)構(gòu)和承載結(jié)構(gòu)[2]。輸送帶主要是利用托輥旋轉(zhuǎn)來完成傳動功能。因此，帶式輸送機在輸送過程中受到的阻力并不大，并且經(jīng)過驅(qū)動設(shè)備的運行能讓驅(qū)動滾筒進行旋轉(zhuǎn)，從而可以讓驅(qū)動滾筒和輸送帶產(chǎn)生一定的摩擦力，進而帶動傳送機運行。

在傳送帶的另一端，走到終點處后會經(jīng)過改向滾筒來調(diào)轉(zhuǎn)方向，從而將物料進行自動卸載。另外，帶式輸送機上加裝了卸載設(shè)備，可以讓物料在輸送帶終端處更好的完成卸載，作業(yè)效率更高。帶式輸送機如圖1所示[3]。

圖1 帶式輸送機

2.PLC技術(shù)概述

在如今自動化水平日益提高的時代背景下，PLC技術(shù)在其中的應(yīng)用能起到一定的促進作用。通過PLC可編程計算機控制技術(shù)，能替代傳統(tǒng)的控制設(shè)備，進而可以對應(yīng)用設(shè)備進行邏輯控制[4]。隨著我國計算機技術(shù)水平的日益提升，PLC技術(shù)也到了完善和優(yōu)化，在設(shè)備邏輯控制器控制中起到了顯著的效果。在應(yīng)用PLC時，通過分時、多任務(wù)的功能可以及時控制設(shè)備操作[5]。PLC是利用了數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)操控功能的設(shè)備，其技術(shù)帶有可編程的程序，在存儲、運算、執(zhí)行方面均能實現(xiàn)一定的功能。在現(xiàn)實設(shè)備上輸入指令后，能對生產(chǎn)運行過程進行自動化控制。PLC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛，能深度融合到系統(tǒng)當中，為系統(tǒng)的擴展起到促進作用。PLC技術(shù)所應(yīng)用的控制系統(tǒng)中，元件可以分成CPU模塊和IO模塊,而PLC可編程控制器具有如下幾個特點：

（1）控制器設(shè)備具有較強的抗干擾性能，PLC技術(shù)在控制器中的應(yīng)用能讓電子集成電路的規(guī)模更大，從而在抵抗外界干擾方面的能力也就越強。PLC技術(shù)應(yīng)用成熟的控制設(shè)備，無故障運行時限能達到30萬小時以上，從而大大縮減了設(shè)備日常維修、檢驗的時間，也降低了檢驗成本[6]。

（2）PLC控制器設(shè)備具有較強的適應(yīng)能力。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，生產(chǎn)方式也逐漸趨向于自動化、信息化，PLC技術(shù)的應(yīng)用也更為多樣化，能和工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行深入融合，間接地提高了工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)備的適應(yīng)能力。

（3）PLC控制器操控系統(tǒng)更加便捷。該控制系統(tǒng)采用了可編程程序和繼電器電路語言，將兩者進行充分結(jié)合后，使用者僅僅通過繼電器操控就能更好地理解編程程序內(nèi)容[7]。

圖2 整體式PLC組成示意圖

3.PLC技術(shù)優(yōu)勢

PLC技術(shù)在煤礦帶式傳送機中具有諸多優(yōu)勢：

首先，PLC技術(shù)在多種傳送機產(chǎn)品中均能充分應(yīng)用，并且PLC硬件使用功能也具有明顯的優(yōu)勢，通用性強，能在多種產(chǎn)品中合理應(yīng)用，并且能在不同規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中都能完成構(gòu)建。

其次，在煤礦生產(chǎn)過程中，會受到各種因素的干擾，如電磁、電壓等，并且計算機系統(tǒng)在受到煤礦中劇烈的機械運動和惡劣的環(huán)境后，在運行準確率、運行過程方面會產(chǎn)生巨大的影響，而PLC技術(shù)中融入了微電路繼承技術(shù)，在繼承元件上并無大量的接觸點，使用年限更長且具有較高的安全性。例如：在某項煤礦生產(chǎn)運行過程中，PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，讓無故障運行的時限延長到了6萬小時。PLC技術(shù)的應(yīng)用在抗干擾性能中具有十分顯著的優(yōu)勢，且功能性較強，能夠及時糾正系統(tǒng)故障，具有一定的可靠性[8]。并且PLC技術(shù)在煤礦帶式傳送機控制系統(tǒng)中能為后期的維護提供一定的便利，可以實現(xiàn)輸入、輸出的功能，從而在系統(tǒng)發(fā)生故障需要替換模塊時，不需要停止系統(tǒng)工作就能在更短的時間內(nèi)完成故障排查和維修[9]。

最后，PLC技術(shù)在煤礦帶式傳送機控制系統(tǒng)中能夠起到降低功耗的作用。例如：在小型帶式傳送機的設(shè)備控制系統(tǒng)中，輸入、輸出的接口共計130個，繼電器的接口共580個，接口數(shù)量相對較少。并且小型帶式傳送機PLC設(shè)備的總質(zhì)量為3kg，在空載時所產(chǎn)生的功耗為0.9W，僅為繼電器控制系統(tǒng)的1/11[10]。在控制系統(tǒng)中，PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實時掌控現(xiàn)場情況的功能，并且所反饋的現(xiàn)場信號十分清晰，可以充分控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，讓工作人員能更好地對現(xiàn)場情況進行監(jiān)控，提高監(jiān)控操作便利性。

4.PLC技術(shù)在煤礦帶式輸送機中的應(yīng)用分析

(1)煤礦帶式輸送機控制系統(tǒng)設(shè)計

本文基于PLC技術(shù)開發(fā)出了一套煤礦帶式輸送機控制系統(tǒng)，具體系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容如圖3所示[11]。此控制系統(tǒng)中的變頻驅(qū)動裝置包含了3臺電機，其中電機1安裝在輸送機頭、電機2、電機3安裝在輸送機尾。3臺電機分別采用不同的變頻驅(qū)動裝置，并且采用變頻驅(qū)動裝置對信息數(shù)據(jù)進行采集，將采集到的數(shù)據(jù)通過Profibus-DP通信方式傳輸?shù)絇LC控制器中。并且遠程操作平臺也通過Profibus-DP將信號傳輸?shù)絇LC控制器中來實現(xiàn)各種設(shè)備運行功能。帶式輸送機控制系統(tǒng)中帶有速度傳感器，輸送機通過速度傳感器能按照設(shè)定的速度頻率來達到運行目的，將帶速信息采集后傳輸給PLC控制器。帶式輸送機控制系統(tǒng)中自皮帶秤稱重感應(yīng)裝置，且安裝了稱重設(shè)備，從而可以通過PLC控制系統(tǒng)及時掌握運輸機皮帶上的荷載變化情況。在保護傳感器方面，通過多種意外情況能及時起到保護帶式輸送機的作用，如控制系統(tǒng)識別出運輸機跑偏、打滑、堆煤、縱撕、超溫、斷帶、煙霧、張力下降、沿線急停等情況，保護傳感器感應(yīng)到后通過模擬量輸入傳輸給PLC控制器，進而起到及時停止帶式運輸機運行的作用[12]。PLC控制器通過Profibus-DP通信方式將煤礦帶式輸送機的各種運行關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)傳送到運程操控平臺，接受反饋操控指令。

圖3 帶式輸送機控制系統(tǒng)設(shè)計示意圖

(2)煤礦帶式輸送機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

帶式輸送機是通過PLC系統(tǒng)控制軟件來完成自動化控制功能，因此應(yīng)當完善軟件管理操作平臺才能實現(xiàn)各種使用功能。對軟件進行編程的過程中，基于PLC技術(shù)，將梯形圖編程模塊具體分成了幾個小模塊，分別為主系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、變頻驅(qū)動系統(tǒng)、模擬量輸入、遠程操控系統(tǒng)、數(shù)字量輸入、系統(tǒng)故障解決、處理等模塊[13]。

其中，在保護模塊中，當帶式輸送機正式開始運行時，若帶速小于預(yù)先設(shè)定的輸送機帶速的0.8倍，則出現(xiàn)打滑語音報警，然后經(jīng)過3s后亮起故障燈，最后停止運行。若帶速大于預(yù)先設(shè)定的輸送機帶速的1.2倍，則會發(fā)出超速語音報警，然后經(jīng)過3s后出現(xiàn)亮起故障燈，最后停機。當帶速處于0.8～1.2帶速之間，會查看是否有堆煤現(xiàn)象，若有堆煤則發(fā)出語音報警并停機，若無堆煤則查看是否存在跑偏現(xiàn)象，依次檢測一級跑偏和二級跑偏，然后依次檢測撕裂、斷帶情況[14]。

若在運行過程中出現(xiàn)上述任意故障，都會發(fā)出對應(yīng)的語音報警，并延時3s后亮起故障燈，停止運行。而在變頻控制模塊中，輸送機通電后首先進行自檢，自檢出現(xiàn)故障會直接停止運行，若無故障會與PLC變頻器建立通信連接，反復(fù)連接，直至成功，成功連接后會按照操作指令來決定是否啟動變頻器，并通過變頻器是否進行加速或者減速，從而實現(xiàn)帶式輸送機變頻控制的目的。

(3)煤礦帶式輸送機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

在帶式輸送機控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)計方面包含了控制裝置、變頻裝置、電機設(shè)備以及負載電流檢測設(shè)備等。

①控制設(shè)備采用了于西門子S7-300PLC，可以實現(xiàn)運輸機開啟、停止、維護、自檢故障等功能。

②變頻裝置選用了ACS-1000，與控制設(shè)備同一品牌[15]。

③電機設(shè)備采用了4臺250kW的交流電機。

④負載電流檢測設(shè)備通過A/D轉(zhuǎn)換器能將輸送機設(shè)備中的交流訊號傳送到主系統(tǒng)當中，然后通過控制系統(tǒng)軟件進行計算、處理后能分析出帶式運輸機的具體運行負荷情況。

另外跑偏傳感器、打滑保護傳感器、超溫傳感器、撕裂傳感器型號分別為了KG-1007A-1、KG5007A、WZP-T和為DJSBY-1[16]。所選的傳感器型號與主系統(tǒng)之間具有良好契合度，能滿足帶式輸送機控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

5.結(jié)束語

綜上所述，本文首先對PLC技術(shù)的主要內(nèi)容、特點以及帶式輸送機的工作原理進行了詳細地探討，并且詳細地分析了PLC技術(shù)在煤礦帶式輸送機中的具體應(yīng)用，如何在輸送機控制系統(tǒng)中發(fā)揮自身的價值和作用的。并且在分析時從帶式輸送機的多個角度，如主體框架、硬件配置、軟件配置進行介紹，闡述PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的執(zhí)行功能。在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中，PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)成為不可分割的一部分，為煤礦帶式輸送機提供了技術(shù)保障，提高了運輸效率和安全質(zhì)量，為使用者提供了更多的操控便利。

并且，PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也具有十分強大的功能，能降低煤礦生產(chǎn)運行成本。但PLC技術(shù)的專業(yè)技術(shù)要求相對較高，在日常檢查、維修、編程中對技術(shù)人員的專業(yè)水平提出了更高的要求。但只要嚴格按照相關(guān)操作標準規(guī)范就能充分發(fā)揮出PLC技術(shù)價值，減少系統(tǒng)故障發(fā)生幾率，提高設(shè)備穩(wěn)定性，為煤礦生產(chǎn)安全提供有力保障。