煤礦皮帶機(jī)PLC集中控制的研發(fā)與應(yīng)用

溫洋

關(guān)鍵詞：煤礦;皮帶運(yùn)輸機(jī);PLC技術(shù);系統(tǒng)設(shè)計(jì);集中控制

前言：由于運(yùn)輸量大、距離長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，煤炭皮帶機(jī)被廣泛應(yīng)用在煤礦工作的運(yùn)輸當(dāng)中。但煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行安全和可靠性對(duì)煤礦的生產(chǎn)效率和安全性有著直接影響，在實(shí)際的煤礦運(yùn)輸工作當(dāng)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)需要安排專人看守，不但非常浪費(fèi)人力資源，而且常常會(huì)出現(xiàn)跑偏、縱向撕裂以及打滑等重大安全隱患現(xiàn)象，對(duì)煤礦運(yùn)輸造成安全方面的威脅。因此，本文基于PLC技術(shù)結(jié)合煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)提出并設(shè)計(jì)一款集中控制的系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作控制與監(jiān)測(cè)。

一、PLC技術(shù)

該技術(shù)即指可編程邏輯控制器，也是一種新型的工業(yè)控制裝置。具備較強(qiáng)的控制功能和低耗能，并且其可靠的性能、靈活的擴(kuò)展、簡(jiǎn)易的編程和維修工作以及相配套的視頻監(jiān)控功能，使得該項(xiàng)技術(shù)在自動(dòng)化、可視化控制領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

從煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)集中控制系統(tǒng)的功能方面來說，其功能主要包括了設(shè)備運(yùn)輸、故障類型、視頻監(jiān)控等方面的監(jiān)測(cè)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)。同時(shí)，由于其集中控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)是針對(duì)供電、設(shè)備裝運(yùn)狀態(tài)、環(huán)境以及運(yùn)行情況等方面的監(jiān)測(cè)[1]。因此，可以有效實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的無人運(yùn)行功能。具體煤炭皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（二）PLC控制系統(tǒng)方案

以PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)集中控制系統(tǒng)的總體方面如圖2所示，同時(shí)從該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面來看，主要由上位機(jī)、PLC控制器、傳感器模塊、變頻器、視頻監(jiān)控以及電參數(shù)信號(hào)采集模塊等幾個(gè)部分組成。首先，上位機(jī)由組態(tài)軟件和計(jì)算軟件等部分構(gòu)成，在控制系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對(duì)煤礦皮帶機(jī)的工作狀況以及各類型參數(shù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便工作人員的統(tǒng)一調(diào)度。其次，PLC技術(shù)作為該系統(tǒng)中的核心部分分為解鎖手動(dòng)、聯(lián)鎖自動(dòng)、順煤流啟動(dòng)三種工作模式，主要負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)傳感器所傳輸?shù)哪M與數(shù)字信號(hào)的接受，在邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析下控制變頻輸出，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信模塊、上位機(jī)信息傳輸功能以及煤礦皮帶機(jī)的變頻控制。再者，從其傳感器模塊方面來看，該部分主要負(fù)責(zé)對(duì)煤礦皮帶機(jī)運(yùn)行過程模擬量信號(hào)的測(cè)量。然后，電參數(shù)信號(hào)采集模塊，在控制系統(tǒng)中主要對(duì)煤礦皮帶機(jī)運(yùn)行過程中的電流、電壓等電參數(shù)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并且為變頻控制及機(jī)器故障診斷提供相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)[2]。最后，從變頻器方面來看，該部分在集中控制系統(tǒng)當(dāng)中，通過PLC對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和節(jié)能的目的。

1、處理器模塊

在煤礦皮帶機(jī)PLC集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可編程控制器的選擇需要從故障判斷、信號(hào)采集以及控制與人機(jī)交互功能等3個(gè)方面為主。結(jié)合集中控制系統(tǒng)的輸入和輸出點(diǎn)需求，選取合適的控制器。比如說某個(gè)公司的1200系列PLC控制器，不僅具有較為全面的功能，還具備大量的擴(kuò)展模塊。因此，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可以通過光纖通訊以太網(wǎng)模塊，來達(dá)到遠(yuǎn)程控制模塊的目的。同時(shí)，由于控制其模塊具備以太網(wǎng)遠(yuǎn)程編譯和調(diào)試的功能，所以在運(yùn)行過程當(dāng)中可以有效地降低工作人員的程序編譯時(shí)間與開發(fā)難度。

2、變頻器模塊

該模塊可以結(jié)合煤礦皮帶機(jī)的實(shí)際情況來選擇合適的變頻器，而變頻器在集中控制系統(tǒng)中主要起到了對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用。是由2個(gè)三相二極管搭構(gòu)成的整流器、6個(gè)IGBT模塊組成的逆變器以及電容霍爾晶閘管所構(gòu)成的直流母線共同構(gòu)成。

3、傳感器模塊

煤礦皮帶機(jī)保護(hù)已列入煤礦重大安全隱患項(xiàng)，所以對(duì)煤礦皮帶機(jī)各項(xiàng)保護(hù)功能靈敏可靠要求更加嚴(yán)格。PLC集中控制系統(tǒng)中的傳感器模塊設(shè)計(jì)，主要包含了速度傳感器部分由接近探頭和摩擦滾筒磁鋼組成，在煤炭皮帶機(jī)運(yùn)輸過程中主要具有測(cè)速精度和抗干擾的作用;溫度傳感器主要作用于對(duì)探頭測(cè)量區(qū)域的溫度測(cè)量，如果溫度超過或低于設(shè)定的闕值自動(dòng)報(bào)警裝置會(huì)啟動(dòng);

跑偏傳感器主要作用于對(duì)皮帶位置的檢測(cè)，如果皮帶偏移中心大于120時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警裝置;煙霧傳感器作用于煤礦生產(chǎn)區(qū)域的煙霧濃度高低，結(jié)合情況進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警;堆煤傳感器作用于對(duì)煤倉位的監(jiān)測(cè)，當(dāng)煤料出現(xiàn)滿倉或機(jī)頭堆積時(shí)，自動(dòng)報(bào)警裝置就會(huì)啟動(dòng)。同時(shí)傳感模擬器主要用于對(duì)煤炭皮帶機(jī)運(yùn)行過程中的模擬量信號(hào)的測(cè)量[3]。

4控制系統(tǒng)軟件

以PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的煤礦皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)，不僅要重視硬件方面的工作，還需要注重軟件方面的工作。因此，采用可編程控制器（PLC），實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集中、可視化自動(dòng)化控制，提高開機(jī)率和管理水平，減少操作人員和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為今后自動(dòng)化、智慧化礦山打下良好基礎(chǔ)，在集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中可以結(jié)合物料傳感器、語音擴(kuò)播預(yù)警等裝置的聯(lián)合應(yīng)用，達(dá)到控制目的。并且，也可以通過PLC控制器移位寄存器指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)集中控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠控制。

三、實(shí)踐效果

研究以PLC技術(shù)設(shè)計(jì)了煤礦皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)，因此為了進(jìn)一步對(duì)煤礦皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。在某個(gè)煤礦皮帶機(jī)上進(jìn)行了為期是3個(gè)月的應(yīng)用測(cè)試，實(shí)踐結(jié)果表明PLC集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和原有煤礦皮帶機(jī)控制系統(tǒng)兩者之間相比，PLC集中控制系統(tǒng)具有更加全面的功能，同時(shí)還能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭皮帶機(jī)的控制。同時(shí)，PLC集中空置系統(tǒng)具備更高的精準(zhǔn)度、更快的信號(hào)響應(yīng)速度，當(dāng)煤礦皮帶機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)的發(fā)出響應(yīng)的報(bào)警提示。由此得出該集中控制系統(tǒng)具有較好的可行性。

結(jié)語：

綜上所述，本文以PLC技術(shù)為主，研究并設(shè)計(jì)了煤礦皮帶運(yùn)輸及集中控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦皮帶運(yùn)輸及的工作順序啟?？刂疲档土巳肆Y源的浪費(fèi)和無用功電能損耗，使皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)可視化集中控制運(yùn)行，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)輸機(jī)工作過程中故障問題的處理功能。同時(shí)，采用變頻調(diào)速技術(shù)提高了煤礦皮帶機(jī)的整體運(yùn)輸效率和性能，為未來礦井自動(dòng)化、智慧化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張朋. 基于PLC技術(shù)對(duì)皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 探索科學(xué)，2021（3）：287-288.

[2]冀鵬沖. 基于PLC的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電工程技術(shù)，2020，49（10）：193-194.

[3]彭龍. 井下皮帶集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 機(jī)械管理開發(fā)，2021，36（7）：246-247，298.