煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中PLC技術(shù)的研究

豐志雄

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司，大同 037100）

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煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中PLC技術(shù)的研究

豐志雄

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司，大同 037100）

摘 要：煤礦皮帶運(yùn)輸?shù)闹饕刂葡到y(tǒng)是利用PLC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳達(dá)和運(yùn)算，從而控制煤礦的生產(chǎn)。本文主要以PLC技術(shù)為研究對(duì)象，分析其技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)和功能效果，為進(jìn)一步推動(dòng)煤礦機(jī)電設(shè)備研究奠定基礎(chǔ)，以推動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸 控制 原理 數(shù)據(jù)

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中使用最為廣泛的設(shè)備。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)技術(shù)不斷創(chuàng)新，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的技術(shù)也發(fā)生了一系列革新。通過(guò)先進(jìn)的軟件技術(shù)控制，實(shí)現(xiàn)了由“人工值守”到“無(wú)人值守”的轉(zhuǎn)變，而智能化和系統(tǒng)化的生產(chǎn)模式是未來(lái)機(jī)械生產(chǎn)的趨勢(shì)。皮帶運(yùn)輸工作量較大，因而安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性一直是制約其技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著PLC技術(shù)的出現(xiàn)，它靈活性、可靠性方面的優(yōu)勢(shì)很好地解決了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的問(wèn)題，因而在煤礦生產(chǎn)中逐步得到了推廣應(yīng)用。尤其是當(dāng)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，PLC技術(shù)可以及時(shí)進(jìn)行自我診斷并發(fā)出預(yù)警提示。本文將就PLC技術(shù)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行深入探討。

1 PLC技術(shù)概述

PLC（Programmable Logic Controller）技術(shù)全稱為可編程邏輯控制器，即采用可編程的存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部存儲(chǔ)、控制、數(shù)據(jù)的計(jì)算處理功能，并通過(guò)終端的模擬輸入輸出來(lái)輔助各種工業(yè)化生產(chǎn)。煤礦生產(chǎn)中引入PLC技術(shù)是煤礦運(yùn)輸改革中的一個(gè)重大舉措，可以很好地提升煤礦皮帶運(yùn)輸?shù)男?，提升安全性和可靠性，?duì)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步有著重要的實(shí)踐意義。

1.1 PLC技術(shù)的內(nèi)容

具體來(lái)說(shuō)，PLC的技術(shù)內(nèi)容包括下面兩部分。

（1）對(duì)機(jī)械生產(chǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)安全有序。同時(shí)，針對(duì)可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行診斷和預(yù)警管理，保證機(jī)械生產(chǎn)順利。

（2）完成系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)運(yùn)算。PLC利用和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了快速的數(shù)據(jù)處理功能，使得終端的智能控制更加簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確。

1.2 PLC技術(shù)的特點(diǎn)

和常見(jiàn)的邏輯控制技術(shù)相比，PLC技術(shù)具有本質(zhì)的區(qū)別，具體表現(xiàn)在技術(shù)優(yōu)勢(shì)方面。

（1）具有較好的兼容性，有利于技術(shù)更新。PLC技術(shù)對(duì)大部分設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)兼容運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較好的發(fā)展空間，滿足系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí)需要。

（2）供電性能有保障，安全性較高。PLC技術(shù)在應(yīng)用中對(duì)供電有著嚴(yán)格的要求，如果突發(fā)斷電情況，將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)造成嚴(yán)重影響，因而PLC技術(shù)為了避免發(fā)生斷電損失，采用了UPC供電系統(tǒng)，以保障運(yùn)轉(zhuǎn)中的電量供應(yīng)，避免數(shù)據(jù)損壞，提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。

（3）具有較強(qiáng)的編譯功能。PLC技術(shù)需要對(duì)生產(chǎn)中的許多設(shè)備進(jìn)行管理。為了迎合生產(chǎn)需要，會(huì)出現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的調(diào)整需求。因而，PLC技術(shù)在這一方面的優(yōu)勢(shì)十分顯著，可以快速調(diào)整工作順序，靈活進(jìn)行編程管理，隨著生產(chǎn)改變而發(fā)生改變，提升工作效率。

（4）便捷維護(hù)。所有的工業(yè)技術(shù)都需要一定的維護(hù)支持，而PLC技術(shù)的維護(hù)工作相對(duì)于一般技術(shù)有著明顯的便捷性。一般系統(tǒng)維護(hù)需要斷電拆卸進(jìn)行維護(hù)，因而時(shí)常需要中斷生產(chǎn)。而PLC技術(shù)改變了這一模式，直接采取簡(jiǎn)化的維護(hù)程序，不需要關(guān)閉電源就能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)零部件和線路的插拔，保障效率的同時(shí)維護(hù)正常使用。

2 PLC技術(shù)在煤礦皮帶運(yùn)輸中的變頻改造

本文主要以西門(mén)子S7-300系列的CPU315PLC為案例，介紹PLC技術(shù)在煤礦皮帶運(yùn)輸中的實(shí)際應(yīng)用。

2.1 架構(gòu)圖

西門(mén)子S7-300系列的CPU315PLC和電腦共同組成了人機(jī)交互界面，外部端口連接皮帶運(yùn)輸?shù)膫鞲衅鳎纬梢粋€(gè)完整的皮帶運(yùn)輸體系。具體的架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 皮帶運(yùn)輸體系架構(gòu)圖

架構(gòu)系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)部分：第一，PLC技術(shù)擁有32個(gè)路線的輸出和輸入，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力、擴(kuò)展能力和較高的可靠度，可以適應(yīng)于煤礦生產(chǎn)中的惡劣環(huán)境；第二，皮帶運(yùn)輸機(jī)上配有專業(yè)的保護(hù)傳感器，方便設(shè)備及時(shí)停車(chē)、啟動(dòng)以及運(yùn)行；第三，系統(tǒng)操作十分簡(jiǎn)單，參數(shù)可以依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求進(jìn)行修改，操作員可以對(duì)整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)情況通過(guò)遠(yuǎn)程終端的監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)督；第四，皮帶的運(yùn)輸可以監(jiān)測(cè)故障信息，自動(dòng)進(jìn)行診斷和反饋，避免故障擴(kuò)散，保障生命財(cái)產(chǎn)的安全。

2.2 煤礦皮帶機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng)荷載

皮帶機(jī)在啟動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中，由于輸送帶上的動(dòng)張力過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致輸送帶的滑動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致輸送帶傳動(dòng)面與驅(qū)動(dòng)滾筒襯墊嚴(yán)重磨損和發(fā)熱，從而使輸送帶與滾筒間粘著系數(shù)降低，甚至難于繼續(xù)起動(dòng)和運(yùn)行。此外，較大的動(dòng)張力還會(huì)引發(fā)安全系數(shù)降低，負(fù)荷增大，導(dǎo)致附加位移過(guò)大而損壞機(jī)器。

制動(dòng)時(shí)趨入點(diǎn)在空載下的最小張力Symin發(fā)生在反射波從張緊裝置處反向返回時(shí)，是在經(jīng)歷t時(shí)間后出現(xiàn)的。

而制動(dòng)時(shí)趨入點(diǎn)在重載情況下，發(fā)生在輸送帶承載分支和回程分支的邊界上發(fā)生的反射波回傳到該點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)，此后相遇點(diǎn)張力停止降低。

上述兩個(gè)計(jì)算中，W'為空載輸送帶運(yùn)行阻力。

2.3 變頻改造

皮帶屬于彈性材料，因而在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中包含了較大的能量?jī)?chǔ)備，一旦啟動(dòng)，在沒(méi)有軟啟動(dòng)裝置的條件下，內(nèi)部能量將快速釋放，在皮帶上形成較大的張力波并沿途傳播。動(dòng)張力過(guò)大會(huì)對(duì)整體的機(jī)械系統(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)生加大的損壞，這里借助PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)變頻改造，設(shè)立了3臺(tái)變頻調(diào)速裝置，如圖2所示。

圖2 變頻改造示意圖

這一過(guò)程中，PLC在整個(gè)動(dòng)態(tài)控制中發(fā)揮了作用，利用I/O裝置的反饋信息建立一個(gè)閉環(huán)回路的控制解決方案，對(duì)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自適應(yīng)運(yùn)行。本次改造采用的西門(mén)子S7-300的指令運(yùn)算相對(duì)普通芯片在速度和規(guī)模上有著顯著優(yōu)勢(shì)，可滿足大部分復(fù)雜程序的計(jì)算需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)展開(kāi)對(duì)PLC技術(shù)的應(yīng)用探討，分析主要的工作結(jié)構(gòu)、原理、架構(gòu)圖以及功能控制和變頻改造技術(shù)，證實(shí)PLC技術(shù)具有較好的實(shí)踐應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

［1］胡奇蕓，于巖，于卉.基于PLC的帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2009，（3）：114-116.

［2］喬?hào)|凱.PLC和變頻器在電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2009，（2）：157-159.

Research on PLC Technology in Coal Mine Belt Transportation System

FENG Zhixiong
（Zuoyun coal import and Export Group， Changchun Shanxi Coal Co.， Ltd.， Datong 037100）

Abstract:Transport equipment is one of the most common mechanical and electrical equipm ent in the production of coal mine. At pres ent， the m ain control s ystem of coal m ine belt transport is to use PLC technology to realiz e data transmission and operation， so as to control the production of coal mine. In this paper， the PLC technology as the research object， analysis of its technical principles， structure and functional effect， in order to further promote the research of coal mine mechanical and electrical equipment to lay the foundation to promote the progress of the transport system.

Key words:transportation， control， principle， data