基于PLC的矿井带式输送机集控保护系统优化设计

姜 涛

（西山煤电集团公司东曲矿， 山西 古交 030200）

引言

目前，我国的煤矿井下带式输送机大多采用独立控制，保护系统也很不完善，需要花费大量的人力物力去检修和维护。尤其是矿井下运输巷道有一定的角度或者是角度比较大时需要多条皮带实现完整的运输功能。而多条皮带的集中控制目前的技术还存在问题，比如说启动时的顺煤流方式，当遇到故障时的处理方式简单粗暴，因此，设计一套集控保护的带式输送机系统对于矿井来说非常关键。

1 控制系统组成

带式输送机控制保护系统是煤矿井下自动化系统的重要组成部分，其主要任务就是负责将工作面开采出来的煤安全高效的运输到煤仓。本文中采用可编程控制器结合其他外围设备来实现所要求的功能，快速及时的判断故障，对故障进行处理都是评判这个系统是否稳定的关键[1-2]。

带式输送机集控系统主要包括控制、保护和通信三大部分，如图1所示，图1中主要显示控制系统和保护系统。其中控制部分包括工作面各种设备的控制，比如采煤机、转载机、刮板输送机、破碎机等的启停，以及后续的各级皮带之间的连锁关系，包括顺煤流启动、逆煤流停机等。保护部分主要包括采集带式输送机涉及到的八大保护所使用传感器的信号以及后续对信号的处理等。其中传感器的信号分为数字量和模拟量。其中数字量包括带式输送机超速欠速信号、打滑信号、跑偏传感器信号、堆煤传感器信号、烟雾传感器信号等。模拟量信号有滚筒温度信号、带式输送机实时速度信号等。通信系统包括与上位机也就是地面监控主站的工业以太网通信，因为与上位机的信号流量大以太网的带宽可以完全满足同时实时性又好。而与下面子设备的通信要求精度高，抗干扰能力强所以采用CAN和RS485总线通信。

图1 控制系统主要组成结构图

2 PLC控制系统的硬件设计

2.1 PLC的选型

本控制系统所使用的可编程控制器是西门子1200中型PLC。这个控制器最大的特点就是能够外接许多模块，包括通信模块、模拟量数字量模块。尤其是以太网模块的应用使井下控制器与上位机能够非常方便地实现实时通信。这是实现集控的基础，通过通信联系能够组建大型的控制系统，该控制器还在很多领域都有相关应用。具体构成如图2所示：

图2 西门子1200控制系统构成

2.2 驱动控制回路设计

如下页图3所示采用两台三相异步电动机并联的方法来作为驱动源，通过PLC控制接触器来达到控制电机启停的目的，其中QF1和QF2是断路器是用来保护电机的，当电机出现过流或过压时能够及时切断电源避免电机的烧坏。

3 PLC控制系统的软件设计

在程序开始设计之前首先要将可能用到的IO点进行一个大致的统计，如果确定好需要添加的模块数量，再将输入输出点按功能按功能划分区域。这样做的效果就是能够在编程时更加合理有效的运用PLC已有的资源。在开始编写主程序前详细了解整个工艺流程，将功能按模块划分画出各个模块的程序流程图等。对于带式输送机来说应包括就地、检修、远程、手动等启停模式。还有通信模块的程序，人机界面与PLC的交互，这样可以增加控制系统的可操作性。

图3 三相异步电机并联示意图

3.1 设计主程序

系统主程序主要是将带式输送机的运行、保护、通信和连锁结合起来。同时预设了集中不同的启停方法：顺序启动、逆序停止、就地启动、检修启动、远程启动等多种控制模式之间的切换。

3.2 皮带启动

全部皮带启动：当在控制界面选择启动后，有半分钟的启动前预警，其目的是提示带式输送机沿线的操作工人注意安全。首先启动的是最远处的带式输送机，启动后在人际界面以及中央集控室的显示器上相应的带式输送机会有动画显示，当第一条带式输送机确认安全启动后再间隔半分钟启动第二条皮带使其电机处于运行状态。

单一皮带启动：当出现特殊情况需要单独启动某一条带式输送机时需要在人际界面上选择检修模式，这时的画面里就会显示出每一个单个设备，他们都可以单独的启动停止。这样的设计就是为了方便检修与调试。但是启动方式相差无几都是在启动前有半分钟的预警信号做安全提示。启动后相应的界面上会有动画显示等等[3]。

手动启动：工人师傅在检修时由于离操作的人际界面比较远，为了方便操作皮带的启停都会在每条带式输送机的开头和结束的位置设置一个启动停止按钮，当启动按钮按下后相应的接触器就会闭合启动变频器，再由变频器将带式输送机的驱动电机驱动起来，这时也会有相应的指示灯显示。当需要停机时按下停机按钮就会停止。但这个按钮需要严格保护，只有在检修模式或者是极其特殊的情况下才能够操作。

3.3 皮带停止

全部停止：当带式输送机需要停机时一定要注意将皮带上留有的煤全部卸载后才能停机，除非有紧急情况。停机时需要遵循逆序停机的原则，也就是先停最靠近工作面的皮带，然后依次停下去，直到全部停下来为止。

4 超温系统保护

当滚筒温度超出安全限制后温度传感器会给PLC一个超温信号，当PLC收到信号后首先确认是否真的发生超温，如果确认后就立即开启滚筒上方的水阀洒水降温，同时声光报警提示工作人员皮带超温，预防着火。当延时半分钟后温度没有降下来时就需要启动停机子程序，实现强制停机，以达到保护作用[4]。程序流程如下图4所示：

图4 超温中断子程序

5 结语

本系统实现了对带式输送机运行时的控制，在发生故障时及时地发出声光报警，并将故障及后续信息上传到上位机或中央集控室。在工作面控制器上采用了组态画面来显示工作面及各个设备实时运行的各项参数，使人机交互更加方便，尤其是各项保护功能的实现大大降低了皮带的停机率，为矿井的高效生产起到了举足轻重的作用。