基于PLC矿井带式输送机的集控系统设计应用.pdf

机械研究与应用 ・2019年第6期第32卷，总第164期煤矿机电 do i 10.16576/ ki. 1007-4414.2019.06.047 基于PLC矿井带式输送机的集控系统设计应用 谭林 西山煤电集团有限责任公司马兰矿，山西古交030200 摘 要为了解决带式输送机在工作过程中出现的跑偏、打滑和撕裂等故障，以斜沟矿为研究背景，对皮带输送机的 保护系统进行了研究设计。主要实现简单控制和保护控制的目标，考虑到传感器信号对故障分析的不确定性，通过 利用D-S证据理论对传感信号进行多次融合，提升了判断的准确性，为矿山对皮带输送机的故障监测作出了 一定的 贡献，并对类似的应用给出了一定的指导。 关键词皮带输送机；故障监测；D-S证据理论;斜沟矿 中图分类号TD561 文献标志码A 文章编号1007-4414201906-0153-03 Design and Application of Centralized Control System of Mine Belt Conveyor Based on PLC TAN Lin Mal an Mine of Xish an Coal and El ec tr ic ity Gr oup Co., Ltd, Gujiao Sh anxi 030200, Ch ina Abstract In o rder to so lve the pro blems o f devia tio n, slippin g a n d tea rin g o f belt co n vey o r in the wo rkin g pro cess, the pro tec tio n sy stem o f belt co n vey o r is studied a n d desig n ed ba sed o n the resea rch ba ckg ro un d o f in clin ed ditch min e in this pa per. Co n siderin g the un certa in ties o f sen so r sig n a ls in fa ult a n a ly sis, the D-S eviden ce theo ry is used to fuse the sen so r sig n a ls fo r ma n y times, which co uld impro ve the a ccura cy o f judg men t a n d co n tribute to min e fa ult mo n ito rin g o f the belt co n vey o r, a n d it co uld a lso pro vide so me g uida n ce fo r the simila r study . Key words belt co n vey o r ； fa ult mo n ito rin g ； D-S eviden ce theo ry ； in clin ed ditch min e 0引言 带式输送机是矿山运输的主要机械设备,随着多 年的科技发展，带式输送机的设计也趋于完美化。但 矿用皮带输送机在工作过程中易发生跑偏、火灾、打 滑等故障，对矿山的生产造成了一定影响。所以对矿 用皮带输送机的故障检测是十分有必要的。 当带式输送机发生故障时,对故障进行检测对于 故障的检修和减少故障带来的损失有着至关重要的 作用，同时故障的监测对于矿山的人员安全起到的保 障作用。此前众多的学者对此做过一定的研究。王 保国⑴提出了利用小波方法监测煤矿输送机的打滑 故障。并通过小波法对输送机打滑现象进行统计，利 用巡检的方法，对打滑故障进行监测。并通过现场实 测对方法的可行性进行了验证，确定其可行性。何 平⑵为了解决带式输送机随着工作时间的加长出现 的皮带打滑现象和磨损情况。对皮带输送机的故障 类型进行了一定的分析，并给出了解决方案，提升了 煤矿皮带输送机的可靠性,设计了智能检测系统，确 保了工作的安全性。徐迎曦⑶为了解决皮带输送机 的打滑断裂等故障，开发出一种利用智能技术对皮带 输送机的保护系统，并给出了系统的使用方法，重点 分析了 MSP单片机的结构特征和工作性能，有效的 对皮带输送机的故障进行了监测，节约了企业的维修 花销。刘海波⑷研究了皮带输送机打滑等故障，分 析了故障类型和故障原因,并提出了解决方案。笔者 以斜沟矿为研究背景，对斜沟矿的带式输送机的故障 进行了研究，给出了基于PLC控制系统的设计，对矿 山的安全提供了一定的保障。 1 PLC控制系统的设计 PLC软件设计是为了监测带式输送机的工作状 态和设备的故障处理，它可以将带式输送机的实时状 态提供给上位机，保障设备的安全运行。一般来说 PLC控制软件包括了主程序设计、I/O地址的分配、 通信程序和故障程序。此文选取的PLC编程软件是 西门子公司生产的STEP7编程软件。在编程软件上 编PLC程序时应当将目标的控制任务进行模块式的 划分,分别对每个小程序进行编写，这样不仅避免编 写的程序太长造成了混乱，模块式的编程更有益于程 序内部的处理，加快程序的响应速度⑴。 在进行主程序的设计时，应当充分考虑到设计主 程序时实现手动暂停、机动暂停和全线暂停,并可以 将三种方式进行互相的切换。 收稿日期2019-09-27 作者简介谭 林1989-,男，山西太原人，工程师,主要从事煤矿机电设备管理方面的工作。 ・153・ 煤矿机电2019年第6期（第32卷，总第164期） 机械研究与应用 全线启动按键启动时蜂鸣装置应当发声5 s ,随 及2号皮带输送机启动,此时的上位机全线启动显示 应当从红变成绿色,2号电机开始工作，蜂鸣装置再 次出声，1号皮带开始工作，上位机1号皮带指示灯 变色后1号电机启动。相应的自动和手动启动按键 的程序设计时，只是单独考虑单按键控制单电机，系 统的启动程序与全线启动按键的方式类似。系统工 作的流程图如图1所示。 目和命令的字节,进行连接的配置和循环冗余检查, 进行内存的配置，最后生成项目部件，完成通信设 计⑶。对系统进行D-S设计，采用D-S证据理论将 传感器的信息进行融合,分别计算出传感器的似然函 数、置信函数和基本可信数，最后将传感器的函数进 行融合选择概率的最大目标，流程图如图2所示。 全线启动 N N 全线启动 ■ 手动启动 2号电机启动 1号电机启动 图2决策融合流程图 皮带启动 图1皮带输送机启动程序设计流程 皮带输送机停止程序的设计流程全线停止按键 启动时蜂鸣装置应当发声5 s ,随及1号皮带输送机 停止，此时的上位机全线启动显示应当从绿色变成红 色，1号电机开始工作，蜂鸣装置再次出声,2号皮带 停止工作,上位机2号皮带指示灯变色后2号电机停 止。相应的自动和手动停止按键的程序设计时，只是 单独考虑单按键控制单电机,系统的停止程序与全线 停止按键的方式类似⑷。 皮带输送机故障程序的设计是主程序设计的重 要一环，由传感器将检测到的信号传送到PLC,再由 PLC内部的逻辑电路进行分析，当出现故障后，故障 报警装置的指示灯变亮，信号传送到上位机，相应地 指示灯变红，报警的文档将故障进行储存。出现故障 后皮带输送机停止工作，故障排除后，按下复位按键, 故障显示灯不亮，上位机相应地显示灯由红变绿，故 障解除，设备开始正常工作。当生产过程中出现紧急 状况时，设置紧急停止按钮，避免危险事故发生。 为了保障信息传导的及时性，对PLC和上位机 进行设计。S7-200控制器通过以太网的通讯模块和 上位机进行数据之间的交换，设置的步骤如下打开 PLC程序选择以太网，设定模块的位置，指定连接数 2系统的D-S证据理论设计 将皮带输送机的工作流程看成一个完整的系统, 在工作的状态下产生的各种信息，利用系统监测皮带 运输机的工作状态，将信息进行采集和分析,将皮带 输送机的故障进行特征分析，由已有的故障特征生成 故障证据，利用D-S证据理论对生成的故障证据进 行判断，最终通过决策的规则完成融合的诊断，给出 诊断的结果。 为了验证系统的设计可靠性，本文选取烟雾传感 器、温度传感器和速度传感器三个信号源作为实例判 据，其中m,、、分别作为烟雾传感器、速度传感 器、温度传感器的概率分布。将发生的故障作为事件 的总体，其中釦代表皮带输送机发生堆煤事故,A代 表皮带输送机发生跑偏故障,A3代表皮带出现打滑 的现象,A/弋表皮带出现破裂故障,As代表皮带发生 其他故障⑷。对三个传感器监测后给出的故障可信 度的分配表如表1所示。 表1 3种传感器的可信度 故障A.A2 A3a4a5 0.50.090.210」0.2 m20.350.10.30.110.14 TTly0.260.2 0.10.30.14 先通过公式对传感器1和2进行融合故障可信 度计算，计算公式为 C zn1 A m2 A2 mt A, zn2 A3 m/ At zn2 A4 /71, A2m2 A3 mX A2 zn2 A4 m, A3m2 A4 ・154・ 机械研究与应用 2019年第6期第32卷，总第164期煤矿机电 代入表1的数据可以得到C 0.46,将C的数据 带入，n il /n1 A, [ 771 A[ m2 A2 A] m2 A5 m2 Aj m2 A, ]/1 -C 0.5,类似的可以计 算出剩余的可行度。一次合后的可信度表示如表2 所列。 表2第一次融合后的传感器可信度 故障 A.A2a3a4a5 7H| m20.50.0830.280.0880.056 0.260.20.10.30.14 同理整理数据进行第二次融合，融合后的数据如 表3所列。 表3第二次融合后的传感器可信度 故障A|a2a3 a4a5 TYl j JTl0.50.0830.280.0880.056 TH] 771-2 尬30.620.0880.1580.120.0165 Bel0.61720.0880.1580.120.0165 Pel0.6340.1050.1750.1361.0 从上表可以看出，第二次融合后的结果明显比第 一次融合的结果更具有可靠性。因此随着收集的证 据越来越多，可靠性逐步增加，不确定的概率不断降 上接第152页 当系统进行工作制动时,换向阀6通电右移，换 向阀10通电左移，油液流入换向阀6的右腔，通过电 磁比例溢流阀对有油路压力进行调节,油液流入制动 器进行制动，由于加入电磁比例溢流阀后，速度保持 稳定。进油的顺序依次为过滤器2、油压泵3、过滤器 4、单向阀11、换向阀10和制动器7。回油的顺序为 换向阀右位6、电磁比例溢流器和油箱5。 当进行紧急制动时,此时系统收到停止的命令, 换向阀6断开，此时换向阀10左路通电，随后油液进 入单向阀11,回到换向阀的左腔，最后到达制动器进 行紧急制动。紧急制动时的进油路路线与工作制动 相同，回油路经过过滤器2、液压泵3、滤油器4和溢 流阀12o 断电制动时，此时系统断电,油泵停止工作，换向 阀6和10复位，此时因蓄能器的作用液压进行制动, 换向阀10复位后蓄能油路连接，油液过蓄能器8,通 过换向阀中路油腔进入制动器，完成断电制动。 低，所以可看出设计的集控系统收集的数据越多，对 故障的判断越准确⑸。 3结束语 1 为了实时监测带式运输机在工作时出现的 打滑等故障设计了基于PLC的控制系统，介绍了控 制系统的主程序设计方案和操作流程。 2 对控制的皮带故障程序进行了一定的设计, 给出了皮带故障程序的设计流程，并对PLC和上位 机的通信程序进行了设计。 3 介绍了 D-S证据理论的原理，给出了 D-S 证据理论的设计，并对3种传感器的可信度进行了分 析，验证了程序的可行性。 参考文献 [1] 王保国.基于小波分析的煤矿皮带输送机打滑故障远程监测方 法[J].电子技术与软件工程,20191590-91. 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