矿井带式输送机PLC 智能控制系统

张晨凯

（晋能集团金辛达煤业有限公司， 山西 临汾 041000）

1 智能控制系统结构及功能

下位机是煤矿主流远程控制系统的核心，其主要组成部件由可编程控制器（PLC）、触摸控制屏、硬件控制装置等设备组成。在自动化控制过程中的核心组件为PLC，其在控制系统中主要起到以下作用：

1.1 被测量信号的分析和处理

PLC 带有多种功能块，其中PLC 的扩展输入/输出模块用于信号的收集与输出，传感器通过变送器、信号放大器、A/D 转换等中间环节测得信号传输到该模块。信号传入到PLC 的CPU 中按照事先设定的程序进行分析处理。传入信号与设定信号进行规则性比较转换成对应的控制信号，从而对硬件设备进行控制。另一方面，PLC 的储存器可对收集控制信号值进行存储，同时也可将控制信号在操作控制屏上进行显示，便于远程调控[1-3]。

1.2 电机启停自动化控制及事件预警

经过PLC 数据信号采集分析处理后，依据用户所需控制量的设定及程序的编制，PLC 会作出响应，如控制信号或是报警信号。PLC 通过扩展输出模块将控制信号输出到带式输送机对其电机的启停进行控制；同理会将报警信号传输到预警设备上对不同类型的故障进行相应的预警。通过电灯的闪烁、喇叭的鸣响、屏显红色预警等方式报错，提示人员及时故障处理。

为了能够实现更加智能化的控制，PLC 可通过其Modbus 通讯功能块将所需的控制量数据传输到上位机创建故障信号数据及数据分析图表的打印等。可对矿井开采进行自能化集中管理，从而提高生产率。

1.3 分站控制系统

PLC 是远程操作系统的一个核心环节，不仅可以作为单独数据处理的控制器，同时也可以作为控制系统通信的分站。它可进行多动作，一是将收集处理数据传输给上位机进行复杂处理，二是上位也可将控制指令传输到PLC，从而对硬件设备进行远程操控。在就地控制与地面控制通信不畅时，可将PLC作为分站控制系统来实现对远程系统的控制，作为中间调配员，从而提高了远程系统的稳定性，不会断流。系统整体框图如图1 所示。

2 S7-200 PLC 智能控制系统功能

2.1 控制功能

基于S7-200 PLC 控制系统的控制功能方便快捷，智能控制系统将输送方式及控制方式操作选项集成在控制面板中供操作人员选择。在控制面板中嵌套着操作流程及提示模块便于人员操作，对设备进行控制。在启停系统方面，可由多种方式进行控制。由现场情况决定，可通过自动和手动来进行控制。其中自动为集中自动，手动可分为连锁手动、解锁手动、现场手动。

2.2 保护功能

除了可满足带式输送机电机多种控制方式外，PLC 智能控制系统还可满足地面集中控制、程序流程控制及井下集中控制和就地控制的需求。自动控制是通过计算机对系统程序检测，完成不同信号处理，使得系统能够在故障条件下对皮带输送机进行紧急制动，满足煤炭安全规程对皮带机保护的各项措施。针对皮带机易出现的打滑、跑偏、满仓等问题提供了有效的保护。

2.3 显示功能

该系统可直观地呈现不同带式输送机的运行状况，在主控界面可以明了看到连锁流程状态。对于辅助设备有有效的监控，如可在监控画面看到辅助设备的运行状态。在系统状态信息功能栏可详细地看到带式输送机的运行、控制、工作等性能参数。对于带式输送机易出现的问题，会在报警显示框进行预警提示，如出现压煤、跑偏等问题，预警显示栏会出现相应的报警样式，同时会生成报警记录。

2.4 语音功能

该系统可实现语音系统报警提示，当故障预警出现时，会通过预警信号转换成语音在地面主控室播放。同时开车前也有相应的预警提示。

2.5 通讯功能

利用摄像头对现场设备状况进行图像采集，将图像数据传输到集控室，及时直观地协调皮带输送机的控制状态[4-6]。

3 系统控制

原煤从漏斗经过两台带式输送机相互协调配合运煤，分别为皮带机2（PD-2）与皮带机1（PD-1）。由电磁阀YV 控制料斗向皮带2 供料，皮带1 由电动机1（M1）控制，皮带2 由电动机2（M2）控制，如图2所示。

图2 输送示意图

3.1 控制要求

第一，在启动阶段，通过间歇性间隔顺序且与原煤流动反向启动来预防前一阶段原煤的堆积。

启动顺序：PD-1→（时隔7S）→PD-2→（时隔7S）→YV。

第二，在停止阶段，按照与原煤流动方向一致的间歇性间隔顺序停止，会将皮带上的残留煤落下。

停止顺序：YV→（间隔12S）→PD-2 →间隔12S→PD-1。

紧急停止：在紧急制动时，皮带机1（PD-1），皮带机2（PD-2），电磁阀YV 会全部同时停止。

故障停止：在工作时，若M1 发生过载，应使皮带机1（PD-1），皮带机2（PD-2），电磁阀YV 同时停止。若M2 发生过载，应使皮带机2（PD-2），电磁阀YV 同时停止；皮带机1（PD-1）在皮带机2（PD-2）停止后延时10 s 后停止。

表1 I/O 地址分配

3.2 控制程序的设计

控制程序如图3 所示，其中：T37 为PD-2 的接通延时定时器，38 为YV 接通延时定时器；T101 为PD-2 断开延时定时器，T101 为PD-1 断开延时定时器。

图3 程序逻辑图

3.3 通信程序的设计

第一，可利用STEP7-Micro/Win32 编程软件对S7-200 系列PLC 进行编程控制，应用环境为WINDOWS。

该软件编译环境完善，可支持用户离线编程及调试，也是系统应用最基本条件。

第二，利用STEP7-MICRO/WIN32 的软件设置，将PLC 与上位机实现交互。具体调试为在CPU 上电前，将CPU 前端盖的模式置为STOP。

第三，窗口右侧显示编程用个人计算机将通过PC/PPI 电缆尝试与CPU 通信（见下页图4），并且本地编程计算机的网络地址是0。打开PC/PPI Cable（PPI）属性窗口，对系统块内的PORT 通讯口进行设置[7-9]。

图4 程序调试图

4 结语

鉴于我国煤炭能源生产性质，采用工控机和PLC 相结合的智能开采运输系统。与传统运输系统控制相比，该系统能够有效地控制带式输送机的工作，能够将带式输送机的运行状态进行集控、管理。可满足带式输送机的自动化开停，能够起到高效保护作用。大大降低了成本，增加了生产效率。对于实际生产应用有深远意义。