摘要：濟(jì)寧市范圍內(nèi)不同編制的煤礦在PLC應(yīng)用于礦井帶式輸送機(jī)電控方面進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，并且取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)使用效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；帶式輸送機(jī)；電控；可編程控制器

中圖分類號(hào)：TD5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

近幾年來(lái)，位于山東省濟(jì)寧市范圍內(nèi)不同編制的煤礦在PLC應(yīng)用于礦井帶式輸送機(jī)電控方面進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，并且取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)使用效果，對(duì)國(guó)內(nèi)同行具有一定的參考價(jià)值。

1  基于PLC的煤礦帶式輸送機(jī)可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng)

位于濟(jì)寧市鄒城市的兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦引入基于PLC為控制核心的可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng)(CST)，解決了傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)難、停車難及啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)瞬時(shí)張力帶來(lái)強(qiáng)烈震蕩等問(wèn)題。

⑴系統(tǒng)概述

CST可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng)主要由CST控制器、CST檢測(cè)傳感檢測(cè)元件、皮帶保護(hù)裝置、顯示報(bào)警裝置及控制對(duì)象CST等組成。

CST控制器采用PLC作為控制核心，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件采集的信號(hào)或司機(jī)發(fā)出的控制指令，控制CST的啟動(dòng)與制動(dòng)，使CST的機(jī)械和液壓特性得到完美體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)的S型曲線起動(dòng)、停車控制，同時(shí)PLC根據(jù)傳感檢測(cè)元件及保護(hù)裝置的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，在有故障時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置。此系統(tǒng)還帶有顯示功能，便于司機(jī)或檢修人員直觀了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。

CST控制器集成了Allen-Bradley公司的SLC504系列PLC。收到起動(dòng)信號(hào)后，控制器根據(jù)設(shè)定參數(shù)計(jì)算出起動(dòng)速度的S型曲線，控制液壓系統(tǒng)的工作壓力變化，控制離合器盤間的摩擦力變化，改變輸出速度。CST控制程序中通過(guò)速度PID(比例一積分一微分閉環(huán)控制)控制回路保證帶式輸送機(jī)始終按要求的速度運(yùn)行；功率PID控制回路實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)器功率平衡控制。

⑵系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

①傳感檢測(cè)原件。軸速度傳感器檢測(cè)CST的輸出軸速度與帶式輸送機(jī)打滑檢測(cè)速度進(jìn)行比較，如偏差大于設(shè)定值則發(fā)出打滑故障報(bào)警并停機(jī)，同時(shí)作為速度PID控制回路的速度給定；油溫變送器用以檢測(cè)CST箱體油溫度，防止因油溫過(guò)高損壞CST內(nèi)部液壓元件；冷卻流量傳感器檢測(cè)CST油冷卻系統(tǒng)的冷卻流量，保證液壓油冷卻回路的正常；離合器壓力傳感器檢測(cè)液壓系統(tǒng)的高壓回路，確保足夠的壓力去推動(dòng)離合器工作；潤(rùn)滑壓力傳感器檢測(cè)液壓系統(tǒng)的低壓回路，確保足夠的壓力去潤(rùn)滑軸承。

PLC控制系統(tǒng)輸出0～20mA電流，用于PCV比例閥控制。PCV閥用于液壓控制回路中，控制離合器摩擦片的控制壓力，根據(jù)速度/壓力PID程序，計(jì)算出S型啟動(dòng)曲線。

②保護(hù)及顯示報(bào)警裝置。速度保護(hù)用作檢測(cè)帶式輸送機(jī)的低速打滑、超速保護(hù)。溫度保護(hù)，放置在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)輥筒附近的環(huán)境中；當(dāng)溫度升高到一定的時(shí)候，溫度傳感器中的熱敏元件動(dòng)作，輸出信號(hào)以保證安全。堆煤滿倉(cāng)保護(hù)安裝在溜煤眼和皮帶搭接處，當(dāng)帶式輸送機(jī)頭發(fā)生堆煤、滿倉(cāng)或煤位超限時(shí)，向控制器發(fā)出控制信號(hào)，控制系統(tǒng)檢測(cè)到后進(jìn)行報(bào)警停機(jī)，以達(dá)到保護(hù)膠帶的目的。煙霧保護(hù)用以檢測(cè)帶式輸送機(jī)的摩擦，電氣設(shè)備引起的電纜起火或煤層自燃引起的冒煙事故。跑偏保護(hù)用以檢測(cè)膠帶是否跑偏，膠帶跑偏后給控制器信號(hào)，使帶式輸送機(jī)停車，起到保護(hù)膠帶的作用。

(3)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)理想的S形起動(dòng)曲線，極大減小傳統(tǒng)大型帶式輸送機(jī)在啟停中產(chǎn)生的尖峰應(yīng)力對(duì)膠帶的破壞，有效延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命，提高運(yùn)行效率，降低維護(hù)成本；實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)空載依次起動(dòng)，有效降低起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊；完善的PID閉環(huán)回路程序，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功率平衡，保證帶式輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行；控制系統(tǒng)先進(jìn)，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)化，便于整體礦山自動(dòng)化系統(tǒng)的信息化集成；集機(jī)電控制于一體，具有完善的智能故障自診斷功能。

2  煤礦帶式輸送機(jī)PLC控制設(shè)備設(shè)計(jì)

位于濟(jì)寧市鄒城市的兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠對(duì)煤礦常用帶式輸送機(jī)的PLC主控設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)與分析。

⑴主控設(shè)備

這是帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的核心，所有設(shè)備的控制和保護(hù)動(dòng)作都是由主控設(shè)備來(lái)完成的。鑒于PLC的抗干擾能力強(qiáng)，比較適合應(yīng)用于帶式輸送機(jī)這樣的順序控制系統(tǒng)，而且PLC多采用模塊化設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)的組成和擴(kuò)展非常方便，所以帶式輸送機(jī)的主控系統(tǒng)通常都是采用PLC作為核心控制器件。在主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前首先應(yīng)當(dāng)對(duì)所有需要控制的設(shè)備和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到主控系統(tǒng)的點(diǎn)表，即常說(shuō)的DI、DO、AI、AO統(tǒng)計(jì)，還要考慮主控系統(tǒng)中是否配置通信接口及需要配置的通信接口類型，據(jù)此便可開始設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)組成；然后，采用光耦、繼電器和隔離柵實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的隔離，接著為主控設(shè)備配置各種交流電源、直流電源，根據(jù)器件的功耗選擇電源容量；為主控設(shè)備配置人機(jī)界面，即操作顯示屏。軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)PLC程序和顯示屏程序的設(shè)計(jì)。根據(jù)帶式輸送機(jī)的設(shè)備配置和工藝流程設(shè)計(jì)順序控制、參數(shù)設(shè)置、保護(hù)、故障屏蔽等。顯示屏完成人機(jī)對(duì)話的功能，一般具有方式選擇、操作、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警彈出、故障屏蔽、故障紀(jì)錄等界面，不同的設(shè)備組成需要不同的操作界面來(lái)支持。此外，對(duì)于具有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)，還要為其配置通信接口（常用的通信接口有工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus、CANbus、ControlNet等），并為PLC配置通信接口模塊，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)還要考慮遠(yuǎn)程監(jiān)控子程序。

⑵遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備

①數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）。由地面監(jiān)控主機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)以及主控設(shè)備組成。地面監(jiān)控主機(jī)通常為工控機(jī)，設(shè)置在地面的調(diào)度室或者監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，安裝有IFix、WinCC、RSView、InTouch、組態(tài)王等組態(tài)軟件。由組態(tài)軟件開發(fā)出帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控界面，可以顯示從網(wǎng)絡(luò)采集來(lái)的數(shù)據(jù)，并且給主控設(shè)備發(fā)出操作命令，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的遠(yuǎn)程控制。組態(tài)軟件還可以對(duì)數(shù)據(jù)和事件進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，產(chǎn)生各種報(bào)表，便于進(jìn)行查詢與系統(tǒng)管理。

②視頻監(jiān)視系統(tǒng)。通常由防爆攝像頭、傳輸光纜、地面存儲(chǔ)及顯示系統(tǒng)組成。為了更加直觀地監(jiān)視帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況，通常在帶式輸送機(jī)的機(jī)頭卸載點(diǎn)、機(jī)尾落料點(diǎn)、中間落料點(diǎn)以及其它重要位置設(shè)置防爆攝像頭，采集到的視頻圖像通過(guò)光纜傳輸?shù)降孛妗５孛娲鎯?chǔ)及顯示系統(tǒng)是由硬盤錄像機(jī)、視頻矩陣和電視墻組成的。硬盤錄像機(jī)可以將視頻按照設(shè)定的大小進(jìn)行存儲(chǔ)以備查看，視頻矩陣則控制著視頻信號(hào)在電視墻上的顯示和畫面的分配。

3  PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)速

位于濟(jì)寧市任城區(qū)的兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦北部帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)采用1765-L55M12型PLC?？紤]到該系列控制器的可擴(kuò)展性，他們通過(guò)加裝模塊來(lái)控制變頻器的輸出頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了變頻器的動(dòng)態(tài)變頻。

⑴改造原因。

雖然變頻器的能量轉(zhuǎn)換比非常高，基本上沒有消耗，相對(duì)于耦合器來(lái)說(shuō)是非常節(jié)能的，但是變頻器的真正優(yōu)點(diǎn)——變頻這個(gè)功能并沒有發(fā)揮出來(lái)。煤礦井下很多時(shí)候并不需要帶式輸送機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，例如采煤工作面不生產(chǎn)時(shí)帶式輸送機(jī)只拉掘進(jìn)工作面開采的煤矸，運(yùn)載量非常?。挥械臅r(shí)候帶式輸送機(jī)連續(xù)10min以上空載運(yùn)行，造成大量電力浪費(fèi)。

⑵動(dòng)態(tài)調(diào)速。

①首先，給變頻器固定兩種頻率，一種是輕載模式，一種是重載模式。通過(guò)ControlNet通訊讀取北部帶式輸送機(jī)前一級(jí)帶式輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流大小，北二帶式輸送機(jī)的3臺(tái)電動(dòng)機(jī)電流從50A到80A不等。他們?cè)O(shè)計(jì)的流程是當(dāng)北二帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)電流滿足50A＜I＜60A持續(xù)2min（北部帶式輸送機(jī)滿速時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期是1.6min）時(shí)，認(rèn)為北部帶式輸送機(jī)處于輕載狀態(tài)，將電動(dòng)機(jī)頻率調(diào)至25Hz，北部帶式輸送機(jī)以2.4m/s速度運(yùn)行；當(dāng)北二帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)電流滿足I＞60A持續(xù)5min（北二帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期是6.25min）時(shí)，認(rèn)為北部帶式輸送機(jī)將處于重載狀態(tài)，由PLC控制模塊模擬量輸出模塊調(diào)整變頻器頻率，以1Hz/s速度增加到50Hz，此時(shí)北部帶式輸送機(jī)以4.8m/s速度運(yùn)行。

②經(jīng)過(guò)上述步驟試運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率平衡改造。因?yàn)橐坏┎捎秒妱?dòng)機(jī)直連減速箱的硬連接方式，則各電動(dòng)機(jī)的頻率值絕對(duì)不可能完全相等，因此要做到帶式輸送機(jī)各電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)功率平衡，必須通過(guò)監(jiān)測(cè)各電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這點(diǎn)類似CST軟啟動(dòng)裝置的程序設(shè)計(jì)。首先需要設(shè)定1個(gè)主驅(qū)，其余各驅(qū)動(dòng)以主驅(qū)為參照物，電動(dòng)機(jī)電流的平衡點(diǎn)向主驅(qū)靠近。例如，遇到煤量變化的時(shí)候，先要考慮的是調(diào)節(jié)主驅(qū)的頻率，主驅(qū)頻率變化后其余電動(dòng)機(jī)電流必定不等，因此調(diào)節(jié)這些電動(dòng)機(jī)的頻率使其與主驅(qū)的電動(dòng)機(jī)電流盡量相近。這就是動(dòng)態(tài)變頻的基本思路。在此還需考慮兩個(gè)問(wèn)題：電動(dòng)機(jī)電流是一個(gè)很不穩(wěn)定的數(shù)值，所以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)頻率時(shí)的速度不宜過(guò)快，他們按照0.01Hz/10ms的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止電流變化太快；由于電動(dòng)機(jī)電流在采集數(shù)據(jù)時(shí)非常不穩(wěn)定，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)電流在采集時(shí)出現(xiàn)干擾，他們采用電動(dòng)機(jī)電流在一段時(shí)間平均值來(lái)判斷其準(zhǔn)確數(shù)值。

⑶使用效果。

根據(jù)該礦電動(dòng)機(jī)電流記錄來(lái)看，空載及輕載運(yùn)行時(shí)間平均4h/d，全年共生產(chǎn)353d，按調(diào)速運(yùn)行后降速50%計(jì)，全年節(jié)省電費(fèi)8.4萬(wàn)元；滾筒在重載啟動(dòng)時(shí)基本不存在單驅(qū)動(dòng)受力情況，節(jié)約材料費(fèi)用10萬(wàn)元。

4  可控制動(dòng)配合PLC實(shí)現(xiàn)下運(yùn)帶式輸送機(jī)軟制動(dòng)

新版《煤礦安全規(guī)程》第三百七十三條明確規(guī)定：傾斜井巷中使用的帶式輸送機(jī)，上運(yùn)時(shí)，必須同時(shí)裝設(shè)防逆轉(zhuǎn)裝置和制動(dòng)裝置；下運(yùn)時(shí)，必須裝設(shè)制動(dòng)裝置。其第九款還規(guī)定：下運(yùn)帶式輸送機(jī)應(yīng)加設(shè)軟制動(dòng)裝置。按照《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，位于濟(jì)寧市任城區(qū)的兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦在五采區(qū)安裝的下運(yùn)帶式輸送機(jī)中加設(shè)了KZP系列盤式可控制動(dòng)裝置，配合美國(guó)AB公司生產(chǎn)的PLC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的軟制動(dòng)。

⑴KZP系列盤式可控制動(dòng)裝置

是機(jī)電液一體化設(shè)備，由制動(dòng)裝置、液壓站及配套電控系統(tǒng)組成。盤式可控制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩由閘瓦與制動(dòng)盤摩擦而產(chǎn)生，調(diào)節(jié)閘瓦對(duì)制動(dòng)盤的正壓力即可改變制動(dòng)力，而制動(dòng)器的正壓力又與液壓系統(tǒng)的控制油壓成比例。機(jī)械設(shè)備正常工作時(shí)油壓達(dá)到最大值，此時(shí)正壓力為0，閘瓦與制動(dòng)盤間留有1～1.5mm間隙，即制動(dòng)閘處于松閘狀態(tài)。機(jī)械設(shè)備需制動(dòng)時(shí)，電液控制系統(tǒng)根據(jù)工況發(fā)出控制指令，使制動(dòng)裝置按照預(yù)定程序自動(dòng)減小油壓以達(dá)到制動(dòng)要求。盤式可控制動(dòng)裝置在環(huán)境溫度為40℃時(shí)每小時(shí)制動(dòng)10次，盤面最高溫度遠(yuǎn)小于150℃，并且無(wú)火花產(chǎn)生。與電控裝置配合，可使大型機(jī)械設(shè)備停車減速度保持在0.05～0.3m/s2，系統(tǒng)突然斷電時(shí)仍能確保大型機(jī)械（尤其是帶式輸送機(jī)）設(shè)備平穩(wěn)地減速停車。其液壓控制系統(tǒng)采用雙回路結(jié)構(gòu)，兩回路完全對(duì)稱，可以互為備用。

⑵盤式可控制動(dòng)裝置與PLC配合應(yīng)用

①松閘過(guò)程。首先由PLC控制器向制動(dòng)裝置發(fā)送松閘指令，由開關(guān)量輸出模塊為電磁換向閥提供127V電源，并命令油泵電動(dòng)機(jī)工作，隨后由PLC中的模擬量輸出模塊增加電液比例閥的電流，油壓逐漸上升，蓄能器充液，此時(shí)制動(dòng)力矩減小。當(dāng)油壓大于4.5MPa時(shí)，制動(dòng)閘瓦打開，帶式輸送機(jī)具備開機(jī)條件。

②正常工作。帶式輸送機(jī)正常工作時(shí)，電液比例閥的電流按照PLC電控系統(tǒng)的要求變化來(lái)調(diào)節(jié)油壓和制動(dòng)力矩，使油壓保持在最大6MPa左右，制動(dòng)器保持最大松閘間隙，確保帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行。

③正常制動(dòng)。帶式輸送機(jī)接收到正常停車指令后，PLC的模擬量輸出模塊按照程序設(shè)計(jì)緩慢地減小輸出電流，進(jìn)而減小油壓和制動(dòng)力矩，以使帶式輸送機(jī)停車減速度保持在0.1～0.3m/s2。帶式輸送機(jī)完全靜止時(shí)，油泵電動(dòng)機(jī)、電液比例閥和電磁換向閥斷電，系統(tǒng)停止工作，壓力瞬間清零，制動(dòng)閘完全閉合。

④緊急制動(dòng)與系統(tǒng)突然斷電。當(dāng)帶式輸送機(jī)接收到緊急停車的指令或者供電系統(tǒng)突然斷電的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)、電液比例閥和電磁換向閥斷電，系統(tǒng)進(jìn)入另外一套降壓模式。首先通過(guò)溢流閥使油壓降至預(yù)先的調(diào)定值，制動(dòng)閘快速貼近制動(dòng)盤，隨后蓄能器的油壓通過(guò)調(diào)速閥卸壓，制動(dòng)力矩逐漸增大，機(jī)電設(shè)備平穩(wěn)減速停車。

⑶盤式可控制動(dòng)裝置與PLC配合的優(yōu)點(diǎn)

一般依靠蓄能器工作的制動(dòng)閘就可實(shí)現(xiàn)對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)軟制動(dòng)，KZP系列盤式可控制動(dòng)裝置的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在“可控”。通過(guò)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出軸及膠帶上的速度傳感器來(lái)讀取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及膠帶速度。重載時(shí)下運(yùn)帶式輸送機(jī)有時(shí)出現(xiàn)“飛車”，要由PLC監(jiān)測(cè)速度傳感器數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)玫剿俣却笥谡＿\(yùn)行設(shè)定值時(shí)，由PLC減小制動(dòng)閘電液比例閥的供電電流，從而減小制動(dòng)系統(tǒng)的油壓，制動(dòng)系統(tǒng)施閘使制動(dòng)閘瓦貼近制動(dòng)閘盤為膠帶減速。當(dāng)帶式輸送機(jī)速度降至正常值以下時(shí)，PLC再按照預(yù)先編制的程序增大制動(dòng)閘電液比例閥電流，使閘瓦打開，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)閘的動(dòng)態(tài)可控運(yùn)行，保障帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5  基于PLC的盤式可控制動(dòng)裝置電控系統(tǒng)

位于濟(jì)寧市兗州區(qū)的兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司兗州煤礦機(jī)械廠針對(duì)盤式可控制動(dòng)裝置電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，總結(jié)了基于PLC的控制系統(tǒng)在與機(jī)械、液壓系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)電液一體化帶式輸送機(jī)勻減速閉環(huán)系統(tǒng)中起到的重要作用，對(duì)今后該裝置的安全使用具有良好的推廣價(jià)值。

盤式可控制動(dòng)裝置主要用于大型機(jī)械設(shè)備控制動(dòng)停車，實(shí)現(xiàn)下運(yùn)帶式輸送機(jī)應(yīng)用于大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的軟制動(dòng)；應(yīng)用于長(zhǎng)距離大型帶式輸送機(jī)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)可控制動(dòng)停車，避免帶式輸送機(jī)正常停車或緊急停車時(shí)膠帶張力急劇變化而導(dǎo)致膠帶“堆疊”現(xiàn)象。

⑴控制功能

由于提供的液壓泵站是雙回路工作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中也應(yīng)采用雙回路控制系統(tǒng)，通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至備用回路工作。每個(gè)回路均設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)控制方式，并設(shè)有正常起車、正常停車、緊急停車等按鈕。在自動(dòng)狀態(tài)下，按下正常起車按鈕，安裝在電動(dòng)機(jī)端的測(cè)速傳感器發(fā)出脈沖信號(hào)，輸入到PLC內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器，在VD1中的值與旋轉(zhuǎn)次數(shù)成比例。若電動(dòng)機(jī)速度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)不到設(shè)汁轉(zhuǎn)速，則認(rèn)為是空載起車過(guò)程；如電動(dòng)機(jī)在外載拖動(dòng)下轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，則認(rèn)為是重載起車過(guò)程。由EM235CN模塊輸出的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)比例放大器逐步放大為800mA接入電液比例閥，控制壓力上升或下降，從而控制制動(dòng)裝置松閘還是制動(dòng)。安裝在液壓泵站上的油壓傳感器輸出0～5V信號(hào)，接入M235CN模塊輸入端，由S7-200系列PLC判斷壓力大小，以便及時(shí)給主控發(fā)出信號(hào)讓主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，使帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行。在正常運(yùn)行過(guò)程中，帶速傳感器始終檢測(cè)膠帶速度是否超速。如果發(fā)生超速現(xiàn)象，則由電液比例閥控制壓力實(shí)施軟制動(dòng)；當(dāng)速度小于或者等于額定帶速時(shí)，電液比例閥使其恢復(fù)到正常工作壓力，使帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行。系統(tǒng)發(fā)生緊急停車或故障時(shí)，控制系統(tǒng)保留引起的故障原因（每種故障都能在液晶顯示屏上顯示出來(lái)）。只有當(dāng)故障排除之后，按下正常停車按鈕或者斷電復(fù)位1次，才能夠重新起車。

⑵保護(hù)功能

①超速保護(hù)。由電動(dòng)機(jī)端的測(cè)速傳感器進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)1550r/min時(shí)判定為電動(dòng)機(jī)超速，需要進(jìn)行保護(hù)，盤式制動(dòng)器實(shí)施抱閘制動(dòng)。

②打滑保護(hù)。安裝在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒下的速度傳感器發(fā)出的頻率信號(hào)接入PLC的高速計(jì)數(shù)器。按設(shè)定程序計(jì)算膠帶速度。當(dāng)帶速低于額定帶速80%時(shí)判定帶式輸送機(jī)打滑，需要進(jìn)行保護(hù)，盤式制動(dòng)器實(shí)施抱閘停機(jī)。

③低壓保護(hù)。起車過(guò)程中，當(dāng)油壓傳感器輸出的控制油壓低于規(guī)定壓力時(shí)，不允許發(fā)信號(hào)啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)。液壓站發(fā)生故障時(shí)，需要重新調(diào)整。

⑶軟件設(shè)計(jì)

①順序控制程序設(shè)計(jì)。S7-200系列PLC順序控制程序采用STEP7MicroWINSP5軟件編制。此軟件可用梯形圖電路列表進(jìn)行順序控制編程、順序控制程序運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、強(qiáng)制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號(hào)ON/OFF等；根據(jù)控制模塊流程圖編制整個(gè)順序控制程序，包括空載起車、重載起車、正常停車、緊急停車及故障保護(hù)等，對(duì)設(shè)備油壓、比例閥輸出電流、電動(dòng)機(jī)與膠帶速度等信號(hào)的檢測(cè)及計(jì)算；在執(zhí)行過(guò)程中隨時(shí)響應(yīng)人機(jī)界面的訪問(wèn)，實(shí)時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。把已調(diào)試通過(guò)的程序?qū)懭隕PROM或EEPROM，將程序固化，系統(tǒng)就可正常運(yùn)行。

②觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)。操作顯示畫面利用SIEMENS公司提供的基于WindowsXP人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件WINCCflexible進(jìn)行畫面編制，以圖形、動(dòng)畫和漢字形式顯示設(shè)備的啟/停和油壓變化、比例閥輸出電流、電動(dòng)機(jī)及膠帶速度，并用不同顏色區(qū)分。發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)故障報(bào)警畫面；故障排除后轉(zhuǎn)入狀態(tài)畫面。按壓顯示翻頁(yè)按鈕，可以查看各個(gè)畫面。為了體現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的功能，在編制開機(jī)畫面、狀態(tài)畫面和數(shù)據(jù)采樣圖表及故障報(bào)警記錄等狀態(tài)信息時(shí)，具有顯示和修改工作程序等功能。

6  煤礦地面帶式輸送機(jī)PLC集中控制系統(tǒng)

位于濟(jì)寧市高新區(qū)的山東能源臨沂礦業(yè)（集團(tuán)）公司田莊煤礦地面帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)以SLG500系列PLC為核心，山東科技大學(xué)和該礦利用以太網(wǎng)將輸送帶監(jiān)控分站接入選煤廠監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)PLC集中控制中心對(duì)帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)系統(tǒng)的重要部分實(shí)現(xiàn)比較完善的檢測(cè)保護(hù)，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)事故并且對(duì)事故進(jìn)行處理。

該礦地面帶式輸送機(jī)PLC集中控制系統(tǒng)要求對(duì)輸送帶堆煤、沿線急停、超溫、煙霧、低速、跑偏和高煤位等進(jìn)行必要的自動(dòng)保護(hù)，并且通過(guò)組態(tài)編程，可以根據(jù)程序設(shè)定和各個(gè)傳感器信號(hào)之間的閉鎖關(guān)系實(shí)現(xiàn)逆煤流開車和順煤流停車的遠(yuǎn)程集中控制，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)的高低位進(jìn)行控制，以免在現(xiàn)場(chǎng)造成重大事故。

⑴需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)與監(jiān)控中心之間的實(shí)時(shí)通信問(wèn)題，對(duì)服務(wù)器設(shè)置主從配置結(jié)構(gòu)；帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中與現(xiàn)場(chǎng)電氣控制箱之間各種傳感器的可靠數(shù)據(jù)傳輸；帶式輸送機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制與原有控制的沖突問(wèn)題，設(shè)定就地、集中控制自動(dòng)和集中控制手動(dòng)總共3種控制方式；安全生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄。

⑵集中控制系統(tǒng)

PLC集中控制系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)的控制分為簡(jiǎn)單控制和保護(hù)控制2種形式。簡(jiǎn)單控制部分主要有給煤機(jī)、手選帶式輸送機(jī)、大塊帶式輸送機(jī)、破碎帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)、振動(dòng)篩和回收塊煤帶式輸送機(jī)篩選部分。這個(gè)部分實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止。保護(hù)控制部分以201帶式輸送機(jī)、301帶式輸送機(jī)、大傾角帶式輸送機(jī)和棧橋帶式輸送機(jī)為運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，集中控制系統(tǒng)對(duì)這個(gè)部分還具有跑偏、撕裂、急停、溫度、堆煤、煙霧和速度的檢測(cè)保護(hù)功能。PLC集中控制系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，主要由地面控制中心、振動(dòng)篩監(jiān)控分站和煤倉(cāng)監(jiān)控分站2個(gè)監(jiān)控分站、傳感器、驅(qū)動(dòng)裝置和通信網(wǎng)絡(luò)組成。振動(dòng)篩監(jiān)控分站控制201給煤機(jī)、201帶式輸送機(jī)、振動(dòng)篩、301帶式輸送機(jī)、大塊帶式輸送機(jī)、手選帶式輸送機(jī)、回收帶式輸送機(jī)、破碎帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)和回收篩等。煤倉(cāng)監(jiān)控分站控制精煤倉(cāng)帶式輸送機(jī)、大傾角帶式輸送機(jī)和棧橋帶式輸送機(jī)。監(jiān)控分站負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，帶式輸送機(jī)啟?？刂萍芭c控制中心的數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控分站的核心采用SLC500系列PLC。每個(gè)控制分站包括電源柜、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)柜和信號(hào)柜等，通過(guò)PLC以及相關(guān)的輸入輸出模塊實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，具有手動(dòng)和自動(dòng)的功能。數(shù)據(jù)采集裝置由各種傳感器組成，負(fù)責(zé)監(jiān)視輸送帶的運(yùn)行參數(shù)。地面控制中心設(shè)在選煤廠的監(jiān)控中心，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件對(duì)整個(gè)帶式運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和集中控制。2個(gè)PLC監(jiān)控分站通過(guò)光纖以太網(wǎng)接入選煤廠監(jiān)控中心。

7  矸石山帶式運(yùn)輸系統(tǒng)PLC化集控改造

位于濟(jì)寧市鄒城市的山東里能里彥煤礦是隸屬于司法部的監(jiān)獄煤礦，矸石山運(yùn)輸系統(tǒng)一直采用的是由翻罐籠和調(diào)度絞車等部分組成的傳統(tǒng)運(yùn)輸系統(tǒng)。鑒于安全生產(chǎn)的實(shí)際情況，為消除矸石山傳統(tǒng)小絞車提升系統(tǒng)的不足，他們經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，改變運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，把傳統(tǒng)的絞車運(yùn)輸改為膠帶運(yùn)輸。由原來(lái)的人力推車改造為自動(dòng)滑行與爬車機(jī)、翻車機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行和自動(dòng)給煤機(jī)的適時(shí)開關(guān)相結(jié)合，全面實(shí)現(xiàn)矸石山運(yùn)輸?shù)腜LC集控方式。

⑴PLC系統(tǒng)硬件構(gòu)成

矸石山運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)以三菱FX2N-64MR型PLC為主控單元、16WJDQB繼電器板為驅(qū)動(dòng)單元、三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行單元。通過(guò)PLC的內(nèi)部軟元件為基礎(chǔ)，集中控制翻車機(jī)、爬車機(jī)、給煤機(jī)和帶式輸送機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)對(duì)翻車機(jī)位置的精確控制、給煤機(jī)的自動(dòng)開關(guān)、爬車機(jī)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和帶式輸送機(jī)的適時(shí)啟停。在具體選型的時(shí)候，PLC基本單元采用電阻輸出型，以滿足16WJDQB繼電器板的要求。同時(shí)，接線時(shí)將PLC基本單元輸出通過(guò)繼電器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的各種保護(hù)之后，再控制電動(dòng)機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)作要求，共有28個(gè)開關(guān)輸入量和22個(gè)開關(guān)輸出量。PLC控制系統(tǒng)通過(guò)輸出端子控制電動(dòng)機(jī)的電源，從而達(dá)到對(duì)各臺(tái)設(shè)備之間的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止。

⑵控制軟件

矸石山運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)的主要控制軟件由三菱PLC軟件組成。FX2N系列PLC的編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C有梯形圖、指令語(yǔ)句和順序功能圖SFC的編寫格式，他們利用SC-09編程電纜，直接把計(jì)算機(jī)的串行口與PLC相連，將計(jì)算機(jī)上的梯形圖傳送到PLC，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控與修改程序。系統(tǒng)控制軟件編制采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括開關(guān)量、位置和轉(zhuǎn)動(dòng)方向等。

⑶控制方式

根據(jù)生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，此集控系統(tǒng)可以通過(guò)集控箱上的開關(guān)選定整個(gè)系統(tǒng)是集控或者單控。不管采用哪種控制方式，開車前都要先啟動(dòng)每臺(tái)綜合保護(hù)箱，使其進(jìn)入正常工作，并且正確選定每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)/近開車方式。

①集控方式。當(dāng)采用集控方式時(shí)，通過(guò)操作臺(tái)上的翻車機(jī)、爬車機(jī)、給煤機(jī)和帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、停車按鈕實(shí)現(xiàn)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的開車和停車。當(dāng)其中1臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，操作本臺(tái)設(shè)備電動(dòng)機(jī)的故障指示燈閃爍并響鈴，司機(jī)可按動(dòng)集控箱上的故障解除按鈕來(lái)接解除鈴聲。

②單機(jī)控制。當(dāng)采用單機(jī)控制時(shí)，先將每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制方式設(shè)為“近控”，然后通過(guò)通過(guò)操作本設(shè)備電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止按鈕實(shí)現(xiàn)本臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行和停車。此時(shí)，輸送系統(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系已經(jīng)解除，開停車順序全系人為指令。

⑷使用效果

基于PLC集中控制的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用于該礦矸石山翻矸系統(tǒng)后，大量減少翻矸循環(huán)時(shí)間和人力（每班減少10人），有效解決了翻矸系統(tǒng)制約生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題，而且操作簡(jiǎn)單、維護(hù)與維修量明顯降低，取得了良好的應(yīng)用效果。

8結(jié)束語(yǔ)

帶式輸送機(jī)不僅是煤礦也是現(xiàn)代大型企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的設(shè)備，但是單一依靠高質(zhì)量、高性能的輸送機(jī)還遠(yuǎn)不夠，必須設(shè)置性能完善、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)的帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)輸送帶集群的集中控制和保護(hù)。帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，主要完成運(yùn)輸系統(tǒng)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免在一般的帶式輸送機(jī)輸送過(guò)程中執(zhí)行繼電器接點(diǎn)燒毀發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)候電動(dòng)機(jī)不能及時(shí)停機(jī)。工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)顯示運(yùn)行狀態(tài)并集中控制；PLC作為下位機(jī)，可完成現(xiàn)場(chǎng)各種信號(hào)和數(shù)據(jù)的采集并實(shí)時(shí)控制。帶式輸送機(jī)PLC控制裝置除了能夠?qū)崿F(xiàn)單臺(tái)帶式輸送機(jī)控制外，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)多臺(tái)帶式輸送機(jī)的集中監(jiān)控。PLC控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、低能耗和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)和人機(jī)界面兩個(gè)方面。PLC控制系統(tǒng)對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)采集并完成控制功能；人機(jī)界面是人與控制系統(tǒng)進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)交流的一個(gè)窗口?？刂葡到y(tǒng)硬件由PLC及I/O設(shè)備構(gòu)成。人機(jī)界面是介于人與PLC控制系統(tǒng)之的一個(gè)界面。操作人員可以通過(guò)人機(jī)界面與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的處理和交流。人機(jī)界面充分體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的I/O功能及用戶對(duì)系統(tǒng)的控制功能。