PLC控制技术在煤矿皮带运输机中的应用研究
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[摘 要]介绍了我国皮带运输机发展概况，分析了plc在控制系统中的应用情况，描述了PLC控制系统的功能结构。相比于人工操控系统，PLC控制精度更高，可靠性更好，可满足矿山机电设备大型化的生产与发展需求。
中图分陈类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0272-01
前言
煤矿生产效益与综采机电设备运行稳定息相关。本文主要的研究对象为皮带运输机，一般来说，传统的皮带运输机控制方式均由人力作用实现，因此在运输过程中经常出现一些托辊、皮带跑偏等故障，给煤炭连续生产埋下许多安全隐患。且工作人员在人工调试时不可避免地出现一些误差，容易给生产造成损失。随着工业化发展与科技技术进步，许多新型技术被逐渐引用于煤炭生产环节，PLC控制技术就是其中之一，它改变了人工控制精度不高的现状，使得皮带运输机随时随地保持良好的运行状态。
1 皮带运输机概述
1.1 皮带运输机的应用现状
我国的皮带运输机主要是从20世纪80年代开始发展，并且发展较快，到现在我国的矿用皮带运输机不仅在技术层面以及新产品的研发上都取得了巨大的成就。主要的产品有顺槽可伸缩式皮带运输机、大倾角长距离皮带运输机成套设备等，这些设备填补了我国皮带运输机的空白。现阶段我国皮带运输机的元部件的生产以及关键技术的研发都日益成熟，成功地研制了许多软启动和制动设备。在我国衡量皮带运输机的性能主要是从运输距离、运输量、带速以及驱动总功率等指标来进行评估。虽然我国的矿用皮带运输机取得了较大的进步，但是与发达国家相比还有很大的距离，主要表现在以下几个方面：
（1）控制系统。我国的皮带运输机虽然也开始采用PLC进行控制，但是使用仅仅只停留在电子图版上，与日本、德国等国家采用高档的PLC在皮带运输控制系统中进行计算、存储、逻辑推理相比还有很大的差距。
（2）保护装置。我国矿用皮带运输机的保护装置技术比较落后，只有简单的防跑偏、打滑、堆煤、超温洒水等装置，而且安全性和灵敏度不是很高。国外的保护装置采用的技术较为先进，主要有急停闭锁开关、滚筒的温度控制以及控制运输带纵向撕裂等保护装置。
（3）皮带运输机种类。我国的矿用皮带运输机的种类比较单一，而且我国煤矿的地理环境比较复杂，所以在实际的运用过程中，大大地降低了运输机的效率。所以我国在皮带运输机的研发过程中，要注意特殊型专用皮带运输机的研发。
1.2 皮带运输机的发展方向
（1）设备大型化
随着煤矿大型化不断深入，要求的机电设备也有增大趋势。为了能够满足矿山高效高产生的工作需求，要求皮带传输机长度更长，运输量更大，可靠性更高。
（2）元部件可靠化
元部件的性能和可靠性直接决定皮带运输机的性能，因此应该在完善元部件性能的基础上注意技术创新，如监控技术的使用等，来提高我国皮带传输机的技术层次。
（3）功能多元化
皮带传输机是煤矿运输中比较理想的连续运输设备，其有效使用能够提高整个煤矿开采的效率，因此在该设备的使用过程中，可以将其进行适当的修改和完善，实现功能多元化的效果，如使其具有运料、运人以及双向运输的多重功能。
2 PLC在控制系统中的应用
2.1 PLC介绍
微机控制技术是计算机信息技术的又一次重大变革与突破，该技术逐渐渗透于煤矿行业领域后，在煤炭生产中掀起一阵浪潮。单片机的使用使整个电路更简单，与传统的模拟电路相比，微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快、精度高。而且软件取代了许多为实现控制逻辑的电子元件，使整个控制系统更具灵活性和适应性。
PLC中的核心组成即为CPU，实现了整个控制器的正常工作，完成了多现场信息的采集以及设备的控制，PLC输出单元的功能是将PLC内部信号转换成可以控制外部设备的信号，主要的输出形式有继电器、晶体管、双向晶闸管3种。
2.2 PLC控制系统的构成
（1）地面控制中心
地面控制中心中的核心部分为综合操作台，位于中央控制室中。一般情况下，系统中控制中心与井下控制点的距离相隔比较远，为了很好地完成监控工作，主要是采上位机来实现远程监控。在PLC控制系统中主要的工作方式为手动和自动两种。
①自动控制方式。该方式实现控制主要是操作台通过发送控制信号到可编程控制器，按照设定的一系列的相关操作实现现场的皮带运输机的开始和停止，而且也能够对井下的各个设备进行实时监控。如瓦斯浓度、各个电机的三相电流、输出功率、主滚筒温度以及运行状态，能够及时的获知运行的故障。
②手动控制。主要是为自动控制补充。操作人员可以根据操作台上显示的数据，对突况进行紧急处理。
在控制中心，操作台内部装有信号转换器以及隔离继电器，系统一般设置有两个上位机。为了实现控制中心的运作，一般采用的是双CPU冗余控制系统，在系统中采用两套CPU 模块，其中一套为工作主机，另一套为备用模块，两个CPU模块的状态监视和主控权转移通过软件编程实现。当工作主机发生故障，通过软件的编程，将备用CPU变为工作主机。而
原工作主机将其故障排除后变为备用CPU。其中系统中采用的CPU，必须是型号相同。
（2）井下皮带运输机分站
井下控制分站的核心元件即为可编程控制器，通过控制皮带运输机来实现整个井下的运输工作。控制分站的核心元件是可编程控制器，用于就地、集控、检修工作方式下，程序控制皮带运输机。井下的各条皮带运输机控制分站通过PLC上的通讯接口模块接到井下ControlNet网，将分站的监测信息传到地面的控制中心，形成整体的监控网络，通过完成对皮带运输机生产和相关环节的远程监视和控制，实现矿井皮带运输机生产运输系统的综合自动化。
3 PLC控制系统的功能分析
3.1 控制功能
在整个井下煤矿运输系统中，具备的自动以及手动的控制方式能起到很好的控制功能。当运输过程中发生故障时，只有当故障排除后，摁下微机控制箱上的故障复位按钮，皮带运输机才会重新开始运作。在正常的运作中，按下电控装置的正常起车按钮，系统就会按照预定的自动控制程序运行，通过传感装置将系统的信息传送给控制中心，控制中心对数据进行分析，实现整体的控制。
3.2 保护功能
（1）沿线故障保护。主要是对于运输距离较长，沿线配套的保护开关较多的情况，采用的一种故障地址识别装置，可以对沿线闭锁开关的跑偏、纵撕、闭锁等故障及故障地址、停机信号进行处理和显示。
（2）电机温度保护。在皮带运输机运行过程中，在主电机定子绕组装入热电阻，将电流信号换算为电机温度，当电机的温度超过系统设定的温度时，系统将立即进行停车处理，保护电机不被烧坏。
（3）电机电流保护。主电机电流经过电流变送器输出电流信号，当检测出电机电流超过额定电流，立即停车，转故障处理，保护主电机不被烧毁。
4 结束语
皮带运输机担负着煤矿生产运输的重要任务，其稳定性直接影响煤炭生产的高效性。因此我们应该针对生产环境恶劣易故障、人工控制精度不高等问题加以技术改造，在皮带运输上实现PLC稳定控制，可有效提高煤矿开采效率。但是我国的矿用皮带运输机与发达国家还有很大的差距，需要我们不断的进行研究和改良。
参考文献：
[1] 赵燕南.皮带运输机的PLC控制[J]. 中国科技信息，2010（01）.
[2] 王彦勇.基于PLC的皮带运输机控制系统设计[J]. 建材技术与应用，2014（10）.
[3] 蒋利兵，李广洲，姚伟.基于PLC运输机皮带跑偏定位显示方法及应用[J].采矿技术，2015（01）.
作者简介
陈松，男，安徽淮南人，助理工程师，现供职于安徽省国投新集刘庄矿业有限公司，主要从事采矿技术管理工作研究。