煤矿带式输送机中PLC技术的应用分析

＊徐 洁

（晋能控股煤业集团机电管理分公司 山西 037003）

引言

在煤矿产业实际的生产过程中，带式输送机是保证煤资源稳定传送的重要设备，而控制系统是决定带式运输机能否安全、稳定运行的关键前提。为了提高煤矿运输作业效率和运行安全，需要采取科学、可行的技术应用到控制系统当中。传统的控制系统经常出现冲击力大、功率不稳定等情况，严重影响运输效率[1]。因此，针对这一现象，将PLC技术应用到带式传送机控制系统中，能让输送机保持最佳运行状态，为煤矿输送效率和作业人员的生命财产安全提供有力保障。

1.带式输送机工作原理

在煤矿行业领域中，带式输送机是十分重要的作业组成部分。带式输送机即采用输送带作为牵引部件来实现输送功能的作业设备，可以对物料进行有效运输。输送机上的输送带分为牵引结构和承载结构[2]。输送带主要是利用托辊旋转来完成传动功能。因此，带式输送机在输送过程中受到的阻力并不大，并且经过驱动设备的运行能让驱动滚筒进行旋转，从而可以让驱动滚筒和输送带产生一定的摩擦力，进而带动传送机运行。

在传送带的另一端，走到终点处后会经过改向滚筒来调转方向，从而将物料进行自动卸载。另外，带式输送机上加装了卸载设备，可以让物料在输送带终端处更好的完成卸载，作业效率更高。带式输送机如图1所示[3]。

图1 带式输送机

2.PLC技术概述

在如今自动化水平日益提高的时代背景下，PLC技术在其中的应用能起到一定的促进作用。通过PLC可编程计算机控制技术，能替代传统的控制设备，进而可以对应用设备进行逻辑控制[4]。随着我国计算机技术水平的日益提升，PLC技术也到了完善和优化，在设备逻辑控制器控制中起到了显著的效果。在应用PLC时，通过分时、多任务的功能可以及时控制设备操作[5]。PLC是利用了数字化技术实现操控功能的设备，其技术带有可编程的程序，在存储、运算、执行方面均能实现一定的功能。在现实设备上输入指令后，能对生产运行过程进行自动化控制。PLC技术在工业生产控制系统中的应用较为广泛，能深度融合到系统当中，为系统的扩展起到促进作用。PLC技术所应用的控制系统中，元件可以分成CPU模块和IO模块,而PLC可编程控制器具有如下几个特点：

（1）控制器设备具有较强的抗干扰性能，PLC技术在控制器中的应用能让电子集成电路的规模更大，从而在抵抗外界干扰方面的能力也就越强。PLC技术应用成熟的控制设备，无故障运行时限能达到30万小时以上，从而大大缩减了设备日常维修、检验的时间，也降低了检验成本[6]。

（2）PLC控制器设备具有较强的适应能力。随着我国工业生产技术水平的提高，生产方式也逐渐趋向于自动化、信息化，PLC技术的应用也更为多样化，能和工业生产控制系统进行深入融合，间接地提高了工业生产控制设备的适应能力。

（3）PLC控制器操控系统更加便捷。该控制系统采用了可编程程序和继电器电路语言，将两者进行充分结合后，使用者仅仅通过继电器操控就能更好地理解编程程序内容[7]。

图2 整体式PLC组成示意图

3.PLC技术优势

PLC技术在煤矿带式传送机中具有诸多优势：

首先，PLC技术在多种传送机产品中均能充分应用，并且PLC硬件使用功能也具有明显的优势，通用性强，能在多种产品中合理应用，并且能在不同规模控制系统中都能完成构建。

其次，在煤矿生产过程中，会受到各种因素的干扰，如电磁、电压等，并且计算机系统在受到煤矿中剧烈的机械运动和恶劣的环境后，在运行准确率、运行过程方面会产生巨大的影响，而PLC技术中融入了微电路继承技术，在继承元件上并无大量的接触点，使用年限更长且具有较高的安全性。例如：在某项煤矿生产运行过程中，PLC技术在控制系统中的应用，让无故障运行的时限延长到了6万小时。PLC技术的应用在抗干扰性能中具有十分显著的优势，且功能性较强，能够及时纠正系统故障，具有一定的可靠性[8]。并且PLC技术在煤矿带式传送机控制系统中能为后期的维护提供一定的便利，可以实现输入、输出的功能，从而在系统发生故障需要替换模块时，不需要停止系统工作就能在更短的时间内完成故障排查和维修[9]。

最后，PLC技术在煤矿带式传送机控制系统中能够起到降低功耗的作用。例如：在小型带式传送机的设备控制系统中，输入、输出的接口共计130个，继电器的接口共580个，接口数量相对较少。并且小型带式传送机PLC设备的总质量为3kg，在空载时所产生的功耗为0.9W，仅为继电器控制系统的1/11[10]。在控制系统中，PLC技术能够实现实时掌控现场情况的功能，并且所反馈的现场信号十分清晰，可以充分控制系统的运行状态，让工作人员能更好地对现场情况进行监控，提高监控操作便利性。

4.PLC技术在煤矿带式输送机中的应用分析

(1)煤矿带式输送机控制系统设计

本文基于PLC技术开发出了一套煤矿带式输送机控制系统，具体系统设计内容如图3所示[11]。此控制系统中的变频驱动装置包含了3台电机，其中电机1安装在输送机头、电机2、电机3安装在输送机尾。3台电机分别采用不同的变频驱动装置，并且采用变频驱动装置对信息数据进行采集，将采集到的数据通过Profibus-DP通信方式传输到PLC控制器中。并且远程操作平台也通过Profibus-DP将信号传输到PLC控制器中来实现各种设备运行功能。带式输送机控制系统中带有速度传感器，输送机通过速度传感器能按照设定的速度频率来达到运行目的，将带速信息采集后传输给PLC控制器。带式输送机控制系统中自皮带秤称重感应装置，且安装了称重设备，从而可以通过PLC控制系统及时掌握运输机皮带上的荷载变化情况。在保护传感器方面，通过多种意外情况能及时起到保护带式输送机的作用，如控制系统识别出运输机跑偏、打滑、堆煤、纵撕、超温、断带、烟雾、张力下降、沿线急停等情况，保护传感器感应到后通过模拟量输入传输给PLC控制器，进而起到及时停止带式运输机运行的作用[12]。PLC控制器通过Profibus-DP通信方式将煤矿带式输送机的各种运行关键信息数据传送到运程操控平台，接受反馈操控指令。

图3 带式输送机控制系统设计示意图

(2)煤矿带式输送机控制系统软件设计

带式输送机是通过PLC系统控制软件来完成自动化控制功能，因此应当完善软件管理操作平台才能实现各种使用功能。对软件进行编程的过程中，基于PLC技术，将梯形图编程模块具体分成了几个小模块，分别为主系统、保护系统、变频驱动系统、模拟量输入、远程操控系统、数字量输入、系统故障解决、处理等模块[13]。

其中，在保护模块中，当带式输送机正式开始运行时，若带速小于预先设定的输送机带速的0.8倍，则出现打滑语音报警，然后经过3s后亮起故障灯，最后停止运行。若带速大于预先设定的输送机带速的1.2倍，则会发出超速语音报警，然后经过3s后出现亮起故障灯，最后停机。当带速处于0.8～1.2带速之间，会查看是否有堆煤现象，若有堆煤则发出语音报警并停机，若无堆煤则查看是否存在跑偏现象，依次检测一级跑偏和二级跑偏，然后依次检测撕裂、断带情况[14]。

若在运行过程中出现上述任意故障，都会发出对应的语音报警，并延时3s后亮起故障灯，停止运行。而在变频控制模块中，输送机通电后首先进行自检，自检出现故障会直接停止运行，若无故障会与PLC变频器建立通信连接，反复连接，直至成功，成功连接后会按照操作指令来决定是否启动变频器，并通过变频器是否进行加速或者减速，从而实现带式输送机变频控制的目的。

(3)煤矿带式输送机控制系统硬件设计

在带式输送机控制系统中，硬件设计方面包含了控制装置、变频装置、电机设备以及负载电流检测设备等。

①控制设备采用了于西门子S7-300PLC，可以实现运输机开启、停止、维护、自检故障等功能。

②变频装置选用了ACS-1000，与控制设备同一品牌[15]。

③电机设备采用了4台250kW的交流电机。

④负载电流检测设备通过A/D转换器能将输送机设备中的交流讯号传送到主系统当中，然后通过控制系统软件进行计算、处理后能分析出带式运输机的具体运行负荷情况。

另外跑偏传感器、打滑保护传感器、超温传感器、撕裂传感器型号分别为了KG-1007A-1、KG5007A、WZP-T和为DJSBY-1[16]。所选的传感器型号与主系统之间具有良好契合度，能满足带式输送机控制系统稳定运行。

5.结束语

综上所述，本文首先对PLC技术的主要内容、特点以及带式输送机的工作原理进行了详细地探讨，并且详细地分析了PLC技术在煤矿带式输送机中的具体应用，如何在输送机控制系统中发挥自身的价值和作用的。并且在分析时从带式输送机的多个角度，如主体框架、硬件配置、软件配置进行介绍，阐述PLC技术在控制系统中的执行功能。在煤矿产业生产过程中，PLC控制系统已经成为不可分割的一部分，为煤矿带式输送机提供了技术保障，提高了运输效率和安全质量，为使用者提供了更多的操控便利。

并且，PLC技术在控制系统中的应用也具有十分强大的功能，能降低煤矿生产运行成本。但PLC技术的专业技术要求相对较高，在日常检查、维修、编程中对技术人员的专业水平提出了更高的要求。但只要严格按照相关操作标准规范就能充分发挥出PLC技术价值，减少系统故障发生几率，提高设备稳定性，为煤矿生产安全提供有力保障。