基于PLC控制的煤矿井下带式输送机运输电控系统改造

文/李富强

基于PLC控制的煤矿井下带式输送机运输电控系统改造

文/李富强

随着我国煤矿高产高效矿井的建设，矿井机电设备向着高电压、大功率、控制系统高科技方向发展，PLC控制系统有着接线简化、性能可靠、事故率低、容易编程、控制多样等特点，在煤矿设备上的应用越来越广泛。

煤矿井下带式输送机运输系统具有设备多、类型杂、布置分散、全线距离远等特点。随着计算机控制技术的迅速发展，PLC控制已逐步取代继电器控制，应用于煤矿井下带式输送机运输系统中。本文阐释采用西门子S7-400配以必要的检测、控制组件和显示仪表及电脑监控，完成带式输送机运行过程中系统控制和安全保护等多种功能。

一、PLC系统的组成

本电控系统中，使用2个独立的PLC子系统组成1个PLC网络系统，其中1个PLC安装在操作台(简称操作PLC)中,另1个PLC安装在PLC保护柜(简称保护PLC)中,使用一根二芯电缆将两个PLC连接在一起，组成一个MPI网络。在操作PLC中,通过CP340模块与上位机进行通信,使用RS485标准通信接口，其组成框图如图1。

图1 PLC系统组成框图

1.操作PLC的组成及功能

（1)操作PLC模块组成：1个电源模块，1个CPU模块，1个输入模块，3个输出模块，1个通信模块。

（2）操作PLC的主要功能：接收外部信号输入，按照拟定的逻辑控制操作台面板上指示灯的状态，将部分输入/输出信号发送给保护PLC，将全部输入信号发送给上位机系统。

当PLC与上位机的通信正常时，封闭操作台中的继电器，使它们不起作用；当PLC与上位机的通信中断时，开启这些继电器，使它们的接点信号输入PLC，以替代来自上位机的信号。

2.保护PLC的组成及功能

（1）保护PLC模块组成：1个电源模块，1个CPU模块，2个输入模块，2个输出模块。

（2）保护PLC的主要功能有：接收外部信号输入，按照拟定的逻辑控制继电器动作(包括起车预告、电气制动停车、紧急停车及正常停车等)，将全部输入信号及部分输出信号发送给操作PLC。

二、钢缆带式输送机控制系统运行原理

1.运行方式

(1)以电动机运行方式分，共有四种运行方式：均转矩运行、均转速运行、1号单机运行、2号单机运行。

(2)以电动机的运行速度分为三种运行方式：运煤（＜2.5m/s）、运人（＜1.8m/s）、验绳（＜0.63m/s）。

三种速度运行状态由选择开关决定，具体速度状态由给定方式决定。当继电器置于手动时，其速度取决于(外控)(内控)电位器，但不会超过速度限制；当继电器置于自控时，运行速度完全取决于三种速度状态，并且在本系统中可以任意设置三种速度值。

2.均转矩运行原理

均转矩为1、2号电动机联动方式之一，其运行框图如图2。

图2均转矩运行框图

由图2可知，两套调节系统共用一个给定积分器和一个速度调节器，速度调节器的输出即为电流调节器的给定值，因而两个电流调节器给定值相同，当两台电动机电流反馈强度相同时,可使同时工作的两台传动系统的输出直流电流值相等。

在本系统中，两台电动机为串联激磁，因而两台电动机磁通相同。此时，如果两台电动机电枢电流相同，则转矩一定相等，从而达到均转矩的目的。均转矩就是保证两台电动机转矩相同，此运行方式也是本系统最重要的运行方式。

但应注意的是，系统均转矩运行时，对于1号电动机是一个完整的双闭环系统，因而1号电动机能够达到理想的速度精度。而2号电动机仅是一个电流环跟随系统，两台电动机虽出力相同，但速度并不一定相同。

3.均转速运行原理

均转速也是1、2号电动机联动运行方式之一，其简化框图如图3。

图3均转速运行框图

由图3可知，两套系统只需共用一个给定积分器，对应两台电动机的调节回路的两个速度调节器给定来自同一个给定积分器的输出值。因此，只要两台电动机速度反馈度相同，就能保证两台电动机的转速相同。均转速运行的目的主要用于换绳工作状态。应当注意：在系统均转速运行时，由于1、2号电动机各自实际承受负载的不平衡，两台电动机电流不一定相等。

4.单机运行原理

1号或2号电动机的单机运行原理相似，现以1号电动机单机运行为例说明，其方框图如图4。

图4 1号电动机单机运行框图

实际系统就是一个完整的双闭环系统，实现闭环工作原理在许多直流调速系统中均有说明，这里不再作详细说明。

5.电动机的电气制动

（1）电气制动的目的。一是当运行人出现负力时，如果不加以制动，钢带机的带速将会越来越快，引起乘人超速，对人身安全构成威胁。二是在要求停止情况下采用电气制动停车，可大大减轻机械损伤。

（2）电气制动原理。在本系统中，电动机的制动及降速是采用改变电动机励磁电流的方向，而使电动机产生制动转矩来实现。除运行出现负力时进行电气制动外，当系统出现乘人一级越位、三项保护及润滑油压失常等情况时，也采取电气制动停车以减少机械冲击。

当机尾或机头发出开车信号时，保护PLC对沿线保护和设备进行自诊断，确定各保护都正常时给操作PLC发出指令信号，接到操作人员的操作信号时，操作PLC向电控系统发出开车信号，触发晶闸管进行变频调速。开车时电动机转动，带动轴编码器，轴编码器发出信号送到操作PLC，然后经操作PLC传输到保护PLC，即可实现保护和监控。若机头或机尾不发出开车信号，带式输送机就不能运转，即实现了信号与电控闭锁方式。

三、结论

运用该系统后，可使维护量大大降低，大部分故障能够在电脑显示器上直接显示，减少了故障查找环节。采用电动机电枢相互独立、磁场串联的运行方式，可实现1、2号电动机单机运行和均转速、均转矩运行，系统控制精度高，操作简单，维护方便，具有较强自诊断能力，能实现四象限运行。出现负力时可自动投发电反馈制动，提高系统安全性，提高运输能力和功率因数，降低运行费用，大大减少故障时间，提高经济效益。

（作者单位：陕西彬县煤炭有限公司）

（责任编辑：庞永厚）