基于PLC煤矿皮带运输控制系统研究

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[摘 要]本文对plc煤矿皮带运输控制系统进行研究，可大大节约电能，降低皮带运输系统的设备损耗，延长设备的使用寿命。

[关键词]皮带运输；PLC；智能控制；

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0087-01

引言

煤矿井下皮带运输属于一项以摩擦驱动为主，按照连续方式不断进行物料运输的机械，主要针对煤矿井下的水平和倾斜运输。在运输过程中，皮带的使用寿命对煤矿输送成本和效率，以及安全生产等方面会直接造成影响，使煤矿企业承受巨大的经济损失。随着PLC的广泛应用，结合继电逻辑控制和IT技术，以负载大小来实现电动机的加速与减速，在降低设备损耗和延长设备使用寿命的条件下，使皮带运输处于最佳的运行状态。

皮带运输机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。PLC是整个主运输皮带智能控制系统的核心，它采集系统所有输入信号，包含起停控制信号及系统自动反馈的控制信号，如报警，负载，温度等，并实现对所有动作器件如中间继电器、接触器线圈，变频器的控制，同时完成和上位机的数据通讯。使整个系统性能可靠控制方便的关键是合理的选择PLC。因此我们在选择PLC时，要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素，它具有较高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时性特性强和强大的通信功能，完全能够满足系统需求。

1 系统硬件设计

（1）气垫带式输送机

采用气垫带式输送机，既将通用带式输送机的支承托辊去掉，改用设有气室的盘槽。

由于气垫带式输送机没有滚筒和承载托辊及其阻力，由盘槽上的气孔喷出的气流在盘槽和输送带之间形成非接角变支承气膜，在通过盘槽时不出现挠曲和摩擦，从而显著地减小了摩擦损耗，气垫输送带的磨损和撕裂现象比槽形托辊输送带少得多，有效地克服了通用带式输送机的接触支承缺点，因此摩擦力小。功率消耗比普通带式输送机低，也不需要更换和修理托辊费用。不发生盘槽与输送机接触而损坏胶带的现象，鼓风机的维修费仅为槽形托辊维修费的一小部分，控制设备也较为简单。

（2）PLC选型

用PLC进行控制，设备少，占地空间小，是实现集控的良好设备。三菱可编程控制器FX2N系列PLC为小型机.具有功能强、控制精度高、运行速率快、控制功能性好等特点，可以较好地实现集中控制和就地分散控制。

2 主运输皮带智能控制系统的设计

主运输皮带是现代化煤矿安全高效生产的主要运输设备，其运行情况的稳定与否，直接关系到煤矿的生产状况。本智能控制系统采用S7-200PLC及相关技术，参数设置准确、方便，人机界面友好，便于现场维护和使用。当出现打滑、跑偏、皮带纵向撕裂、超速、低速、超温、烟雾降等故障时，该系统可根据故障类型进行相应的保护动作，对故障进行记忆和显示，同时发出语言故障报警信号，对集控的多台保护装置进行通讯，便于维护人员进行及时处理。主运输皮带智能控制系统，由检测装置、通信装置、控制装置、执行装置等组成。其中控制装置由PLC、A/D、D/A及以太网转换模块等组成。煤矿井下主运输皮带多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，每个驱动滚筒由单一的一台电动机拖动。控制装置可实现功率平衡、启动信号给定、速度控制、数据采集、与其他控制器通信等功能。 该控制系统硬件电路示意图，如图1所示。

3 主运输皮带智能控制系统PLC软件设计

（1）PLC程序设计

S7-200PLC的工作过程，主要分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。特别是采用周期循环扫描的工作方式，使得它具有很好的抗干扰能力。控制器的功能主要是实现系统数据统一管理，对各部分装置的故障分析及控制、系统状态显示等。从以上的功能要求出发，控制器软件的设计体现了模块化的软件设计一般要求。控制器的各个功能在软件上的实现与衔接，也是按照模块化的原则完成的，程序结构清晰便于的现场调试。程序主要由以下几个部分组成。

1）主程序：它主要完成对各个模块的调用和系统参数的上电初始化。

2）系统故障检测与处理部分：实时检测系统运行过程中出现的各种故障，并处理这些信息发出相应的控制信号。

3）控制算法实现子程序：利用PLC实现模糊控制算法，主要包括电机电流误差及误差变化率计算，查寻模糊控制规则表等。

4）数据转换部分：PLC将采集到的模拟信号通常是转换成数字信号进行处理的。为了便于观察和参数设置需要，将这些数字量转换成实际工程中物理量。

5）通讯程序部分：它包括与触摸屏的通信和上位机通信两个部分。其流程图如图2所示。

4 主运输皮带组态监控系统的实现

由PLC和各种传感器及电压、电流测量电路完成现场数据的采集、处理及程序控制。上位机通过MCGS组态软件实现组态，组态软件能给现场及远程操作者提供简洁、丰富多彩的画面显示及设备状态运行信息，完全可以满足功能要求。来自现场的过程参数（压力、电流等）经过变送器测量变送后变为4～20mA 的标准仪表信号，经电缆传送至PLC，经模数转换后变为数字信号。然后，通过以太网传送给上位机组态软件，在已经编写好的组态界面上显示。

结束语

虽然皮带运输系统中包含设备多、运输距离远、布置分散、类型杂等特点，但在对运输系统的改造过程中其解决方案是多样的。通过采用PLC控制煤矿的运输系统，达到保护的自动控制，提高系统的安全与可靠性，且在实际中的应用取得良好的效果，在确保原煤运输的基础上减少了维护的工作量。相信通过PLC在皮带输送机上的使用，会给运输系统的改造和控制呈现更加便捷高效的未来。

参考文献

[1] 王光炳.带式运输机可控软起动装置的研究[J].煤炭学报，2003，28（3）：51-56.

[2] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.