煤矿井下带式输送机自动控制系统设计研究

2018-10-09李志鸿

机电工程技术 2018年9期

李志鸿

（阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司，山西阳泉 032700）

0 引言

某煤矿东一采区带式输送机主要负责运输东一采区的煤炭，年设计运输量148万t。胶带长度及倾角：L1=1 390 m，a1=6°32′59″；L2=341 m，a2=9°29′11″；L3=49 m，a3=0°。年工作天数约329天，日工作时间17 h。运输能力500 t/h，不平衡系数1.2。为提高运输效率和降低带式输送机的故障率，设计自动控制系统，运用传感器进行监测，PLC进行参数显示。将检测数据传递到公司调度，实现实时监测，以提高带式输送机的运转率[1]。

1 设计要求

进行各类传感保护装置的选型。如：电流检测保护、胶带跑偏保护、打滑保护等装置。以实现实时监测输送机的运行状态，并起到保护作用。为直观显示各项监测数据，运用通信模块和监测主机进行数据交换（文字、图像等显示）。

2 硬件设计

2.1 结构组成

选用S7-300PLC作为核心控制单元。主要控制PLC主站、输送机保护部分、机身PLC控制分站、通信等方面内容。负责数据采集、信息传送、交换数据、显示、报警等[2]。该系统需要准确各控制单元的启停功能。该系统必须具备远程控制、单机控制、多机联动等功能。通过以太网接口向指挥中心传递信息。硬件结构图如图1所示。

图1 系统硬件图

S7-300PLC控制单元包含MAX485串行芯片、电平转换电路（12 V、24 V），节点闭合电路值5 mA，开路电压大于200 V。

带式输送机驱动方式采用双直流电机实现，对控制系统而言，主要控制两方面的内容，即电枢和励磁回路的调节[3]。电枢调节：通过2组晶闸管整流器串联供电，顺序控制晶闸管的开关电路通断进行主电机的压降启动，从而减轻对电网的无功冲击；励磁调节：2组晶闸管整流器并联供电，从而实现主电机运行中的平缓调速。

2.2 传感器选型

输送机保护装置主机型号选用KHP128-Z。

（1）速度传感器对输送机进行速度检测，若出现带速异常，立即通过主控装置向电枢（励磁）回路的晶闸管发出信号；

（2）温度传感器对输送机进行超温保护，对设备待测点进行温度检测，超温进行自动洒水保护（采用集成感温探头检测，选用本安型）；

（3）烟雾传感器对输送机的工作环境进行烟雾检测，若烟雾含量超过0.1 mg/m2，将会输出低电平信号，进行对应的保护功能；

（4）跑偏传感器对输送机的输送带进行跑偏检测，使用探杆牵引探杆轴旋转实现，转动至某个角度会波动行程开关，然后先主机发出跑偏信号；

（5）堆煤传感器实现煤位保护作用；

（6）撕裂传感器起输送带撕裂保护作用，当作用力大于20 N时，发挥作用，电阻输出值在2kΩ以下，输送带无物料时电阻值大于1kΩ，当电阻值在2kΩ以下时，PLC发出撕裂信号，延时2 s主机停止；

（7）急停传感器当拉杆承受动力后，随后将信号输出，并进行锁定。一旦锁定，需要人工进行复位后才可以启动[4-5]。

3 软件设计

PLC现场控制和控制中心是通过以太网模块CP343-1进行数据传输，实现通信功能。在控制中心操作服务器配置SSIEMENS SOFTNET、Intouch的OPCLINK客户端驱动，在此基础上实现两者间的数据交换功能。系统软件结构图如图2所示。

图2 系统软件架构图

3.1 上位机软件

设计基本上从数据采集、实时监管两个角度进行开发。上位机检测系统结构图如图3所示。

3.1.1 人机界面

人机界面通过键盘、鼠标、显示器等实现人机对话，实现操作者对监控系统的具体操控。界面有按钮（图标）和菜单，易于操作。另外，监控系统可以对数据和不同类别的动态曲线进行实时显示，具有打印功能。系统的菜单、提示、图形等采用汉字界面，易于识别。若系统出现故障，会出现对应故障报警[6]。Database对报警信息进行整理归档，可按照需求进行查询。

3.1.2 图形界面

主要表现为各类显示。如：监控软件总貌、报警、数据实时显示等[7]。所有画面均可通过动画的方式显示，画面显示可以对实际情况进行模拟，便于操作。

图3 上位机监控系统结构图

3.1.3 故障信息database

故障信息database涉及实时记录、查询、故障等信息。若发生故障，可迅速查出故障发生点，便于故障查找和处理。系统在运行中，所有数据实时保存在database界面。数据保存具有实时性和完整性。

3.2 PLC控制软件

用户将程序通过编程器传递到PLC的存储器，PLC依照预设程序进行操作，按照存储地址号从大到小的次序进行程序扫描，同时进行操作指令的核实。PLC执行过程：将输入信号传输到寄存器保存。执行过程不受输入状态的改变而变化，寄存器数据保持不变[8]。PLC扫描程序，自上而下、从左至右的次序进行，没扫描一条指令，从输入映像寄存器和元素映像寄存器中读取，将执行结果实时输送。