煤矿井下皮带输送机PLC控制实践探析.pdf

总第2 0 1期 202 0年第1期 机 械 管 理 开 发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 201 No. 1,2020 自动化技术与设计 D0110.16525/l4-1134/th.2020.01.087 煤矿井下皮带输送机PLC控制实践探析 尹亚云 晋城无烟煤矿业集团有限责任公司机电设备处， 山 西 晋 城048006 摘要根 据PLC程序控制器具有的优点， 将4台煤炭皮带传送机输送系统作为研究分析对象， 制定出皮带传 输 机PLC控制的方案， 并且将这一方案应用在实际工作中， 从而加强对皮带传输机的PLC控 制 ， 提升皮带传 输机的安全性、 可靠性以及设备的效率。 关键词PLC程 序 控 制 器 控 制 程 序 皮 带 传 输 机 中图分类号TP277 文献标识码A 文章编号1003-773X202001-0198-03 引言 PLC程序控制器是近年发展非常快速的可重复 编程使用的装置， 它结合通信、 计算机、 自动化的控 制于一身,具有控制分散、 控制顺序、 采集数据等多 种功能， 并具备结构简单、 方便编程、 较强适应性、 可 靠运行性等优点，因此，PLC程控器是各行业实现 电 、 机一体化最为主要的方式。 由于煤矿井下环境复 杂多变，对皮带传输机实现多台集中控制和智能化 的控制一直是煤矿企业的研究重点， 所以， 将程序控 制 器PLC引入皮带传输机的控制中， 能够实时检测 皮带传输机的工作状态，现针对由4 台传输机组成 的煤炭传送系统为研究对象， 研 究PLC程序控制器 在皮带传输机的实际应用。 1皮带传送系统的设计 研究的对象是由4 台皮带传输机组成煤炭传送 系统， 如 图 1所示， 为了保证传输系统的安全性与可 靠性，传送系统具备手动的控制与自动的控制两种 控制方法， 这两种的控制可利用转换开关进行转换， 操作系统都安装在控制室里，工作人员可利用触摸 显示屏控制， 观察设备、 传送系统的工作状态。4 台 皮带传送机形成的传送系统将利用PLC进行控制， 设备工作状态通过计算机控制监控来实现[ 1 ] 。 为了达到传送系统的高效性、 安全性、 可靠性， 设计控制系统功能如下 1为了达到煤炭输送的顺序性， 避免煤炭堆积， 传送系统设备的启动按照M4PD4 M3PD3 M2 PD2 -M 1 PD丨 ） 的顺序输送煤炭的方向依次启 动 ，各皮带传输机电机的启动要依据需要间隔启动 的时间进行启动， 通过研究确定间隔时间为15 s。 关 闭 传 输 系 统 是 要 从Ml PD1M2 PD2M3 PD3M4PD4的顺序方向停机， 各皮带传输机 收稿日期2019-11-17 作者简介尹亚云（ 1976 ） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学电气 工程及其自动化专北， 机电工程师， 从事煤矿机电管理工作。 O Z M3X 〇 M4 图1运输煤炭系统的示意图 电机的停止时间的间隔要依据现场实际确定，通过 研究确定间隔时间为30 s，这样可以减少滞留于皮 带的煤炭[ 2 ] 。 2在传送系统工作的过程中， 如果某台传送机 出现故障，前面的皮带传送机与出现故障的传送机 将会自动停机， 后面的皮带传送机继续工作， 直到煤 炭传送完成将自动停机。如 当M2PD2出现故障, MlPDl与M2PD2将会立刻停车，M3H3与M4 PD4 将根据设定时间停机，也 就 是 30 s后M3 PD3停机， 过 3〇s后 ，M4PD4停机， 控制的流程 如图2 所示。 P L C程控器上电 设备启动 启 动M4电机 启 动M3电机 启 动M2电机 启 动M,电机 ►I应 急 停 止 按 ■ 链懸_ _ ► 电 机 队 停 _ 〕 8后电机礼停止 存 在故麻 丨 电 机 焱 停 止I 30 s后 电机M,停止 雜 辦 电机丄停i T| 存在故障 S后 电机M2停止 ►I电 机M,停止1 图2煤炭传输中各皮带电机控制连锁方式 3 为了保证传送系统具有的安全性， 防止不可 预料的原因造成皮带传输机故障，传送系统内需引 入急停装置， 可对4 台皮带传送机同时紧急停机。 4 为了提升传送系统的工作效率， 将皮带驱动 电机的速度设计为可调式，本文的研究是将皮带传 2020年 第1期 尹亚云煤矿井下皮带输送机PLC控制实践探析 199- 送速度的控制形势设计成无级的调速与分级的调速 两个方式气 5 利用系统监控可实时掌握传输机的工作状 态，系统中各功能报警的装置能够保证皮带传输机 安全、 可靠运行。 2皮带传输机程控器PLC的设计 2.1 PLC程控器 过去皮带传输机的控制系统主要利用继电器进 行控制，继电器与控制开关以及相应部件采用电缆 连接，它的工作原理是利用继电器触点之间的串联 与并联或延时元件实现逻辑方面的控制，这种控制 系统容易受到环境因素的影响，控制定时的精度很 低， 工作时的频率也很低， 他只能完成简单的逻辑方 面控制。 程控器PLC需要重新进行程序的编写,PLC 可根据程序指令实现对皮带传输机的控制，它具有 调整方便、控制精度高、控制速度快等特点，因为 PLC各功能高度集成，可实现过程控制、传动的控 制 、 控制顺序等应用， 适用于各种复杂的控制， 所以 本研究为保证安全， 降低成本， 应 用CPM2A欧姆龙 程序控制器。 2.2 PLC程序系统控制结构 如图3 所展示的， 在本次研究的项目中,工业用 控制程序计算机被设定成为上位机，并同皮带传输 机的控制器PLC相联接进行联络通讯。对各皮带传 输机工作运行的实时状态进行采样，如检测皮带出 现跑偏和烟雾的信号以及电机的温度和皮带的堆煤 等运行状态信号，就会以数字或者是文字的信息形 式在液晶屏上进行显示。如果在检测时发现超过标 准和规定的数据信息就会自动发出警报，如果皮带 发生跑偏并超15时就会自动发出警报， 如果烟雾 和温度发生异常同样会自动发出警报。当达到控制 设定峰值的时候即会被强制自动停车[ 4 ] 。 为了便于皮带传输机进行调速，在本次试验时 预设了无级与分级两种不同的调速方式，分级调速 是指频率在一定范围中需要确定几个均匀的速度当 作频率输出，无级调速是指变频器在设定频率范围 之间进行的调速。 2.3 PLC程序控制系统 图3皮带传送系统的控制PLC控制流程 PLC程序控制情况如图4 所展示的。将PLC程 序控制器进行加电，同时子程序开始执行初始化命 令。然后是无级和分级变频程序调速控制主导传输 机进行调速工作， 变频调速范围标准是060HZ。选 择比较均勻的频率当作频率输出，它 们 是6.2 HZ 、 11.5 Hz、5.8 H z和 50.4 H z ,从而实现皮带传输机的 四级频率调速。 并且调速的控制按钮功能互锁， 只能 支持一个频率速度位功能存在，避免出现各个梯级 的冲突。通过预设060出 范围频率内输出无级设 计调速，其 中 戶 似 （ 0 以 矣 16.5d e Z;a取经验值 3.27,如此即能通过x值的控制皮带传输机调速。 启停联锁程序控制完成皮带传输机启动及其停车联 锁，并且可以根据突发等意外情况对皮带传输机进 行部分或是全部停车。 图4 PLC控制程序流程 3 PLC系统控制抗干扰程序措施 PLC系统控制程序具有的优势是功能性强、 性 能稳定、 有较强的抗干扰能力等。 但若是处于强磁场 或是强电场的高压高频影响之中，PLC系统控制器 就会发生控制的精准度下降以及丢失数据等状况。 分析可知，PLC系统控制的干扰源一般分为引人电 源线或是信号线造成干扰以及系统接地干扰。信号 线以及电源线有可能会造成电磁场或是电流场的紊 乱，接地程序系统紊乱则会导致接地点的传输电位 不稳定不均匀， 引发地环样电流， 这些情况都能够对 PLC系统控制产生影响。 所以,需要采取有效措施进 一步提高PLC系统控制抗干扰的基本能力气 1 选取专用功能电源， 把专用电源同其他运行 设备的使用电源完全分开，从而避免其他运行的设 备在进行启停的时候影响供电专用电源。选取隔离 式变压器把系统的控制电源和PLC进行隔离， 与此 同时还要在隔离式变压器同PLC之间加上滤波器， 尽可能避免任何信号对PLC系统控制造成干扰。 2 在输入交流频率信号端将压敏电阻并联， 在 输入直频率流信号端将二级管续流并联。 在输出直流 频率信号端接压敏电阻， 在输出交流频率信号端接压 200* 机 械 管 理 开 发 jxglkfhjb 第35卷 敏电阻， 在输出晶闸管和晶体管端接电阻旁路保护。 3PLC系统控制要选取一点直接的接地形式， 同时需要尽量避免地环流导致的干扰，接地用电缆 的截面不能比2 mm2低。 接地用的电阻不能比100 II 高 ， 并且地线一定要使用专用的标准地线。 4结语 井下煤矿皮带传输机运行正常是保障稳定生产 的基本条件，目前皮带传输机大多使用的是人工技 术控制， 既费时又费力， 而且运行的可靠性及稳定性 都不能得以保障。作为目前最先进的现代PLC技术 控制手段，把它应用于井下作业的皮带传输机能够 极大地提高系统运输自动化性能，能够实时监测控 制系统运输状态， 还能够通过改变PLC编程参数控 制增减功能程序模块实现PLC效果的提高。另外， 对皮带机尾煤或上部皮带机头煤量监视，可以减少 皮带空转情况。PLC的控制技术是井下作业皮带控 制未来的发展趋势。 参考文献 [ 1 ] 魏晓芳.基于PLC控制的皮带输送机系统的研究与实践[J].机 电工程技术,2018,4712 116-117. 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