基于PLC的煤矿运输控制系统设计

田敬成，孙艳波，袁文彬

（南山集团，山东烟台265713）

基于PLC的煤矿运输控制系统设计

田敬成，孙艳波，袁文彬

（南山集团，山东烟台265713）

针对目前煤矿传送机提高安全性、降低故障率的要求，以及能够实现远程监控的情况，设计了煤矿皮带智能控制系统，该系统主要由PLC、DTU、触摸屏、上位机等组成，能够检测皮带运行时的各种参数，并通过GPRS无线网络远程传输到监控中心，对设备进行实时监控，能通过短信的方式实现远程报警，实现无人值守。实践证明，本设计管理方便，故障率低、生产效率得到了极大的提高。

煤矿；皮带；PLC；上位机；GPRS

皮带机的综合自动化控制是整个矿井实现自动控制的重要组成部分。目前对胶带输送机集中控制系统存在的主要问题有：

（1）在安全保护方面，为提高皮带输送机运行的可靠性，安全性，减少故障，提高效率，多种检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测，但是这些系统是相互独立的。

（2）故障检测系统误报率高。误报将造成皮带输送机不应有的停机，使全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。

（3）皮带机的控制、运行、保护等信息不能较好的与矿井其他控制系统共享，不能与整个矿井信息系统的集成。视频监视系统不规范，没有语音通讯功能，不能实现无人值守。

针对上述的情况，设计了以PLC为核心的运输机控制系统，实现了安全性提高、故障率降低等要求，通过GPRS网络实现了远程监控和无人值守。

1 系统的总体设计

本设计主要由PLC、DTU、触摸屏、上位机等组成，PLC作为本系统的控制器检测煤矿皮带的各种参数，对相应设备进行控制并通过GPRS无线网络远程传输到监控中心，对设备进行实时监控，并且能通过短信的方式实现远程报警，方便管理，故障率低、生产效率高。运用基于组态王软件构造创建集控系统主机界面，对整个系统实施监控。系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图

2 系统的硬件设计

系统采用S7-200PLC，CPU224适用于开关量不是很多的中小型控制系统中，其自身带有两路模拟量输入和一路模拟量输出。

2.1 自动机传送带

该自动传动带具有涨紧轮，通过变频器的PID控制实现传送带的恒张力控制，使用传送的功率和效率保持不变，带传动的缺点是动力可能不足，需增加备用动力电机。

2.2 故障检测及保护

由于传送带的工作环境差，距离较长，很容易造成损坏，主要原因如下：

（1）皮带重量不一，应用一段时间，张力会下降，会造成运输困难等，并且皮带易被尖锐物品划破。

（2）当皮带跑偏时，会与机械部分产生摩擦造成损坏。

（3）皮带搭接部分不符合要求。如果接头不齐，容易造成摩擦，产生破损、腐烂，造成皮带受力不均匀而破裂。

2.3 人机界面HMI

人机界面和上位机是工作人员与PLC进行通讯的界面，是系统用户之间信息交换的媒介[6]。人机界面由软件程序和硬件电路两部分组成，使用者必须先使用HMI得画面组态软件制作“工程文件”，设置各个开关按钮，以及可以显示各个参数，再通过PC机和HMI的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行，可显示历史报表，历史曲线，实时报表，实时曲线等。

2.4 DTU与组态王之间的数据传递

无线传输模块DTU，是实现远程监控的重要模块，其作用是能将485信号通过GPRS无线网络实现传输，传输速率可达187.5 K，支持UDP和TCP两种方式传送，目前无线传输有两种方式，一种是固定IP，另一种为动态域名解析。

3 系统的软件设计

3.1 控制系统程序及工作方式

（1）公共操作是在每次扫描程序前进行自检，若发现故障，除了故障灯外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。

（2）数据I/O操作

数据I/O操作也称为I/O状态刷新。它包括两种操作：一个是采样输入信号，即刷新输入状态表的内容；二是送出处理结果，即用输出状态表的内容刷新输出电路。

（3）执行用户程序操作

在程序执行前复位监控定时器T1，即执行程序并开始计时。监控定时器T1就是通常所说的“看门狗”，它是用来监视程序执行是否正常的，正常时，执行完用户程序所用的时间不会超过T1的设定值，执行完用户程序后立即使“看门狗”复位，表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时，“看门狗”会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新扫描程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障，则系统会自动地停止执行用户程序、切断外部负荷、发出故障信号，等待处理。

3.2 系统软件实现

限于文章篇幅，仅给出电动机定子温度检测子程序和DTU与S7-200PLC之间的数据传递子程序。

3.2.1 电动机温度监测数据处理子程序

子程序如2所示，调用模拟量输入库指令块。AIW0是定子温度1的输入值存储地址，PT100测量的实际温度变成4-20MA与输入PLC.VD100是定子温度1实际温度存储地址变量。

图2 电机温度监测子程序

通过PLC内部计算得到实际的模拟量值，并且在触摸屏以及上位机上实时显示。

3.2.2 通讯程序

S7-224XP PLC的POT0口支持MODBUS RTU从站协议，通过标准485通讯口连接到DTU，PLC端口，为3正8负，在程序中可将要传送的数据送到数据区，即可实现自动传输。实际PLC和DTU、组态王之间，DTU只起到过渡作用，相当于远程透明传输。

采集的现场信号通过远程通讯方式上传到上位机，为使通信安全可靠且容易实现，采用MODBUS通讯协议，PLC中的子程序如图3所示，只要有手机信号的地方都能实现远程传输，传输范围广，通讯程序如下。

4 系统的调试仿真

4.1 系统的调试与仿真

（1）检测的温度，浓度信号不准确，有偏差

传感器发出的为4-20MA信号，两线制，需检查正负是否接反，4-20MA在PLC程序中要写入，若写入0-20MA则检测也是不准确，传感器的量程也要写入PLC，若写错量程则测量精度也是不准确。

（2）触摸屏与PLC联机不上

PLC与触摸屏连接不上，需检查触摸屏的程序设置与触摸屏的是否一致，检查触摸屏程序PLC型号设置是否正确，PLC的通讯地址是否设置正确，触摸屏的通讯口是否选择串口通信等。

（3）电脑与远传模块连接不上

远程传输模块需通过电脑进行设置，电脑系统需采用XP或WIN7 32位系统，采用数据终端，WIN7系统不自带数据终端，需要用软件辅助实现，远程模块需采用USB转串口线实现通讯。

（4）检测的传感器信号波动比较大

传感器的检测波动比较大时，需检查各个模块是否接地，实现信号屏蔽，信号地与变频器等强电地不能接到一块，否则会有相反的作用。

（5）急停

报警时产生报警信息Q0.5报警灯亮，按下I0.3紧急停止，M0.4紧急停止标志得电实现M0.4停止输出。

（6）模拟量输入

模拟量由AIW0输入，AIW0是字故而转换成实数，因为量程是0~200℃，经过计算调试除以640，得到实际温度存在VD8中。

5 结束语

皮带运输是煤矿生产的重要组成部分，本论文采用西门子PLC代替原有的继电器控制系统，在实际应用中故障率大大降低，提高了其自动化程度和整个系统的安全性，实现了无人值守和远程监控，提高了生产效率，具备很大的推广价值。

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Design of Coal Mine Transportation Control System Based on PLC

TIAN Jing-cheng，SUN Yan-bo，YUAN Wen-bin
（Nanshan Group，Yantai Shandong 265713，China）

In this paper，based on the current situation of coal mine production transportation，design of coal mine belt intelligent control system，mainly composed of PLC，DTU，touch screen，and other components of the upper machine，PLC as the controller of this system to detect the various parameters of the coal mine belt to the appropriate equipment to control and remote transmission to the monitoring center through GPRS wireless network，realtime monitoring of equipment，and can realize the remote alarm through text messages and convenient management，low failure rate，high production efficiency.This system using the control system based on kingview software construction to create sets the host interface，to monitor the whole system.

coal mine；belt；PLC；upper computer；GPRS

TP278

A

1672-545X（2017）06-0038-03

2017-03-04

田敬成（1978-），男，山东潍坊人，研究生，工程师，研究方向：电气自动化。