浅谈煤矿井下皮带运输中PLC的应用.pdf

总第 1 5 1 期 2 0 1 5年第 9期 应用 技术 机 械 管 理 开 发 M E CHANI CAL MANAGEM ENT AND DEVELOP M E NT T o t a l o f 1 5 1 No ． 9 2 0 1 5 浅谈煤矿井 下皮带运输 中 P L C的应 用 马 元青 。 陈丕军 山西煤炭运 销 集 团大成煤 业有 限公 司， 山西太原0 3 0 0 0 0 摘要 皮带运输是煤矿井下作业的重要环节，皮带运输的效率和能耗直接关系到煤矿企业的经济效 益 。 因此 ，在 煤矿 井下 的作业过 程 中应 当对皮 带运 输进 行 高效 地控 制 ，最 大程 度提 升 皮 带 运输 的 效 率 ，减 少 能耗 。P L C是 可编程逻 辑控 制 器 ，可 以通 过 编制 程序 对 相 关操 作进 行 控 制 。通过 P L C 可 以 实现 煤矿 井下皮 带运 输的 高效控 制 ，探 究 了皮 带运 输 的 结构 原 理 ，深入 分析 了 P L C在 煤矿 井 下 皮带运 输 中的应 用 。 关键 词 煤矿 井 下 ；皮带运 输 ； P L C ；应 用 中图分类 号 T D 6 3 4 文献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 9 ． 0 0 8 6 ． 0 2 DoI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ i ． c n k i ． C R 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 3 0 引 言 目前皮带运 输仍是煤 矿井下作业 的主要 运输 方式． 通过 P L C可编程控制器对皮带运输机进行控 制 ， 可有效提升皮带 运输的灵 活性 ， 实现匹配输 出 ， 大幅降低空载、 轻载能耗 ， 提升重载时的运输效率 。 1 PLC概 述 P L C是一 种 可 编 程 的 逻 辑 控 制 器 ， 全 称 为 P r o g r a mma b l e L o g i c Co n t r o l l e r 。P L C 的 基 础 是 数字运算 ， 通过将信号数字化 ， 可 以对 P L C进 行深 度处理和分 析 ， 可 在多个 领域 中取 得 良好 的运用 效果L 1 ] 。P L C的发展依 托 于计算 机技 术 、 控 制技 术 和信息处 理技 术 ， 正是 在这 些支 撑技 术不 断发 展进步 的条件下 ， 才能促进 P L C系统逐 步完善 升 级 ， 实现更 加强 大 的功能 。P L C的组成 和计 算机 比较相似 ， 主要 包含 了五个 部分 ， 分别 为 C P U、 存 储器 、 电源、 输入和输 出装置 。利用 P L C进行工作 操控时 ， 一般是通过三个步骤实现相关操作 。 1 对 相关 信 息进 行采 样然 后 输 入 。P L C控 制器可 以逐 一 扫描输 入状 态和数 据 ， 同时将 扫描 结果存 储 到 I ／ O 单 元 内。在 这 一 步 工 作 完成 之 收 稿 日期 2 0 1 5 0 8 0 6 第一作 者简 介 马元青 1 9 8 9 一 ，男，山西繁 峙 人 ， 本科 ，助理电气工程师 ，现从 事煤矿 电气研 究工作 。 后 ， P L C控制器就 可 以继 续执 行和输 出这两个 阶 段 的相应操 作 。值得 注 意 的是 ， 在执 行 和输 出 的 过程 中， 输入信息 如果 出现变化 ， I ／ O单 元 内的数 据则不会 出现 同步变 化 。基 于此 ， 脉 冲信 号在 进 行输入时 ， 应该确 保输入宽 度不小 于 P L C控 制器 的扫描周期 ， 以便信息输入能够完全读取 。 2 执行控制 程序 。执行 控制 程序 ， 一般 是按 照程序梯 图依 次从 上 到下进 行扫 描 ， 在扫 描一 级 程序时 ， 应 当从左至右逐 步展开 。所 以 ， 程序 的执 行过程就是 从上 到下 、 从 左 到右 。程 序在 执行 过 程 中， I ／ 0单元 内的数据不会 出现 变化 ， 但是输 出 点或其他软设备 对应的状态或是 数据都可 能发生 一 定 的变 化 l_ 2 ] 。 3 结果输 出。结果输 出就是在程序执行完成 后 ， P L C系统应该 展开输 出刷新 。通过 I ／ O单 元 内的信息状态 和数据 ， 对相应 的电路刷新 处理 ， 通 过刷新电路 实现 外部其他设备 的驱动 。这一 整个 过程就实现了 P L C控制 。 P L C功能 强 大 ， 因此 得 到 了广 泛 应 用 。但 是 ， P L C系统 比较 容易受 到外部 引线 和 内部 系统 的干扰 ， 导致程 序执 行 出现失误 。在相 关领 域 中 应用 P L C时 ， 应 当结合 应 用环 境 的实 际情 况 ， 对 P L C进 行合 理布 置 ， 降低 各类 干扰 ， 确 保 P L C发 挥最 大效 用 。 2 0 1 5年第 9期 马元青 ， 陈丕军 浅谈 煤矿井下皮带运输 中 P L C的应用 2 皮带运输结构 功能 皮带 运 输 机 是煤 矿 井 下 作业 的关 键设 备 之 一 ，具体形式较多 ， 能够在各类 不同的煤矿井 下环 境 中实 现有效 作业 。但是 ， 作 业效 率 和高 能 消耗 一 直是皮 带运输 的一个 软肋 ， 制 约 了皮带 运输 的 进一步应 用 推广 。因此 ， 需要 明确皮 带运 输 机 的 结构功能 ， 加强皮带运输机 的研究开发 ， 提升 作业 效率 ， 降低作 业能耗 。 控制系统是皮带运输机 的核心部分之一 ， 主要 实现对皮带运输机的各类运行操作控制 ， 比如停机 、 启动 、 加速等 。根据实际情况来看 ， 皮带运输的控制 系统基本上实现 了 P L C控制 ， 在控制快速性上表现 十分 良好 。但是 ， 当前 的 P L C控 制仅 仅停 留在 表 面， 没有对其深层次功能进行开发利用[ 3 ] 。 保护装置 是皮 带运 输 的一个 重 要部 分 ， 保 护 装置 的作用 是对 皮 带运输 起 到 良好 的保 护 作用 ， 比如保护装置可 以实现 防打滑 、 防跑偏 、 高温洒 水 等保护操作 。但是 ， 根据 目前 的实际情况来 看 ， 保 护装置 的技术层次较 低 ， 灵敏 性和安全性 不高 ， 对 皮带运输无法起到 十分 优 良的保 护 。导致保护 装 置保护作用 较低 的 因素有 二 一是 硬件 技术 层 次 较低 ， 缺少 高性 能 的元 器件用 于构 建保 护装 置 系 统 ， 比如急停 闭锁 开关 。二是软件 技术层 次不 高 ， 导致 相关 技术操作难 以实现高等级 的保护控 制功 能 ， 比如滚 筒 温 度控 制 技 术 、 纵 向撕 裂 控 制 技 术 等 ， 这些技术都是保护装置 中十分缺乏 。 皮带运输机的种类型号并不多 ， 所 以性能方面 并无太大差别 。加之煤矿井下作业环境艰苦 ， 存在 许多外部干扰 ， 可能对皮带运输 机的性能和安全造 成影响， 比如 电机效率 、 载物性质等 。所以 ， 要提升 皮带运输机的效率和性能 ， 需要结合煤矿井下实 际 作业 ， 根据需求对皮 带运输加强 P L C控 制研 究 ， 利 用 P L C控制系统实现皮带运输 的高效控制 ， 使 P L C 控制系统在井下作业 中表现 出优 良的性能 。 3 P L C在煤矿 井下皮带运输 中的应用探 究 3 ． 1 P L C结构及功能 对于煤矿井 下 的皮 带运 输 而言 ， 主要有 均 匀 转速 和均匀 转矩 这 两种 运行模 式 ， 在 不 同的运 行 模式下 ， 皮带运输 的速度是不一 样的 ， 而皮带运 输 的方式 和速度 又是 由控 制 系统 决定 的。所 以， 就 8 7 可 以对皮带运输原本存在的 P L C控制 系统进行结 构优化 和 功 能升 级 ， 实 现 更 加精 细 的操 作 控 制 。 P L C系统 接收 的外 部 信号 主要 包括 了保 护信 号 、 上位机信号 、 按钮信号和开关信号等 。 优化 P L C系统结 构 ， 主要是对 控制 系统 的逻 辑结构进行优化 。皮带运 输 的控制 系统原 本是具 有一个逻辑 结构 系统 的， 能够 实 现设 计 的基 本功 能 。许多煤矿企 业 在购 入皮 带 运输 机 后 ， 没有 对 控制系统的逻辑结构 进行 优化 ， 导致 P L C在作业 过程中 ， 与实际作业需 求存在 不符 。因此 ， 需 要结 合煤矿井下作业 的具 体要 求 ， 对 皮带运 输 P L C控 制系统的逻 辑结 构进 行优 化 ， 对 功能 分布 进行 适 当调整 ， 使贴合煤矿井下实际作业 。 功能升级主要是指 对 P L C控制 系统 的一些功 能进行升级 ， 在煤矿井下作业不断进行的过程中 ， 对 皮带运输的功能需求会 出现一定变化。在这一背景 下， 就应该结合不断变化的新需求， 对 P L C系统的控 制功能进行升级 ， 使其能够发挥出最优控制效果 。 3 ． 2 皮带运输 变频控制 通过 P L C系统实 现皮带运 输机 的变 频控制 ， 对提升皮带运输机 的整体性 能具有 十分显著 的意 义 。在煤矿井下 作业 中， 皮 带运 输 机 的工 作状 态 是在不断发生变化 的 ， 重载 、 轻 载和空 载的情 况不 断交换 发生 ， 这 就给 皮带 运输 机运 行 匹配 性提 出 了很高要求 。所 谓 匹配性 ， 就是 皮 带运 输 机可 以 通过 P L C控制系统调 整 自身 运行状 态 ， 匹配实 际 工作需求 ， 实现 效率 最 大化 。由此 提 出 的一个 理 论就是变频控制。 通 过 P L C实现皮带 运输 的变频控 制 ， 关键 在 于实现 电机 的 P L C变频控制 。通过在皮带设置传 感 器 ， 对 它 的 承 载 重 量 进 行 实 时 监 测 。在 电机 上 设置速 度传感 器 ， 对 电机 转 速进 行实 时 监控 。通 过对电机转速 和皮 带运输 承载之 间的关 键进行 曲 线绘 制 ， 找 出对 应 关 系 ， 再 根 据 这 一 对 应 关 系 在 P L C控制系统 中设 计逻辑 控 制程序 ， 用 以实现 对 电机的精细控制 ， 从而 达成皮带运 输 的变 频控制 。 实现变频控 制 的意义 重大 ， 不 仅可 以有效 降低 皮 带运输的能耗 ， 还能显 著提升皮 带运输 的效率 ， 有 利于促 进煤矿井下作业发展进步 。 下转 第 1 2 5页 2 0 1 5年第 9期 [1 ] [2 ] [ 3] 黄奎 煤矿 机电一体化技术 的管理及应用 参 考 文 献 杨劲伟 ． 煤矿机 电一体 化技术 的应用 及管理 研究 E J ] ． 内蒙古煤炭经济 ， 2 0 1 4 4 8 - 9 ． 高健． 我 国煤 矿 机 电一 体 化 技术 的应 用 及管 理 研 究 l- J ] ． 中国机械 ， 2 0 1 4 1 8 5 6 ． 张旭 ． 煤 矿机 电一体化 技术应用探 究I- J ] ． 中小企 业管 [ 4] [5 ] 1 2 5 理 与 科 技 ， 2 0 1 0 1 6 2 1 0 ． 赵 晓平． 我 国煤矿机 电一体化 技术 的应用及 管理探 索 [ J ] ． 中小企业管理与科技 ， 2 0 1 4 2 1 1 0 8 ． 丁修阳 ， 丁悦． 对 煤矿 机 电一 体化 技术 的 应用 及研 究 F J ] ． 科 教导刊一电子版 下旬 ， 2 0 1 3 6 1 4 1 ． 编 辑 张 柯 慧 M a n a g e me n t a n d Appl i c a t i o n o f M e c h a ni c a l a nd El e c t r i c a l I n t e g r a t i o n of Co a l M i ne Hu a n g Ku i Sh a nxi Hu o’ e r Xi nhe Co a l M i n e I nd us t r y Co．， Lt d ．，Cha n gz hi Sh a nxi 0 46 00 0 [ A b s t r a c t ] T h e a p p l i c a t i o n o f t h e e l e c t r o me c h a n i c a l i n t e g r a t i o n t e c h n o l o g y a n d ma n a g e me n t ， a n d i t i s t h e t r e n d o f p r o d u c t i o n d e v e l op me nt o f c oa l mi n i ng e n t er p r i s e s，c oa l m i ne e l e c t r ome c ha ni c a l i nt e g r a t i on t e c h no l o gy a p pl i c a t i o n an d ma na ge me nt c a n e f f e c t i v e l y i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o f t h e c o a l mi n e p r o d u c t i o n，a n d e n s u r e t h e s t a b i l i t y o f c o a l mi n e p r o d u c t i o n e q u i p me n t ． S o ’e l e c t r o m e c h a n i c a l i n t e g r a t i o n t e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n i n t h e c o a l m i n i n g e n t e r p r i s e s a n d ma n a g e me n t a r e a n a l y z e d，a n d p o i n t s o u t t h e c u r r e nt p r o bl e ms e xi s t i ng i n t he p r o c e s s o f c o a l m i ne me c ha n i c al a n d e l e c t r i c a l i nt e gr a t i on，a nd p oi nt s out t he c o r r e s p on di ng s ol ut i on me a s u r e s ，i n o r d e r t o p r o mo t e l o n g t e r m d e v e l o p me n t o f c o a l e n t e r p r i s e ． ]- K e y w0 r d s ] me c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l i n t e g r a t i o n c o a l mi n e e n t e r p r i s e c o a l mi n e p r o d u c t i o n ； ma n a g e me n t ； a p p l i c a t i o n 上 接第 8 7页 3 ． 3 提 升 保 护 功 能 保护装置是 皮 带运 输 的一 个重 要 部分 ， 其 核 心意义在 于对皮 带 运输 进行 一定 的保 护操 作 ， 最 大程度保证皮带运输 的安全 。由于 目前 的保 护装 置存在响应慢 、 安全效用低 等问题 ， 因此可 以使用 P L C加强保护装 置的灵 敏性 和安全性 。通 过设计 合理 的逻辑 控 制程 序 ， 在皮 带运 输机 上加 装 温度 传感器 、 压力传感器等进行采样输入 ， 触发 P L C逻 辑控制程序 ， 快 速实 现保护动作 。 4 结 语 P L C的 功 能显 著 ， 具 有 很 高 的发 展 潜 力 。 在 煤矿井下皮带运输 中， 存在一些 控制度 低 、 灵敏度 差 的问题 ， 导致皮带 运输表 现 出低效率 、 高 能耗 的 问题 。因此 ， 需要对皮带运输机加强 P L C应用 ， 提 升各方面 的基本性能 。 [1] [2 ] [3 ] 参考文献 段成军． 煤 矿皮 带 运输 系 统 中 P I C技 术 的应 用 研究 [ J ] ． 科技风 ， 2 0 1 3 1 7 2 3 ． 冯世刚． 煤矿皮 带运 输集 控 系统 的设计 V D ] ． 重 庆 重 庆大学 ， 2 O 1 3 ． 赵鹏． 基于 P L C技术 的煤矿皮带运输 系统 的控制改 造 [ J ] ． 科技情报 开发与经济 ， 2 0 1 1 1 0 1 2 - 1 4 ． 编辑 张柯 慧 App l i c a t i o n o f PLC o f Be l t Tr a n s po r t a t i o n o f Co a l M i ne Ma Yu a n q i n g ，C h e n Pi j u n Da c he ng Co a 1 I nd us t r y Comp a ny of S ha nxi Co a l M i ne Sa l e s a n d Tr a n s po r t a t i on Gr ou p，Ta i y ua n Sh a nxi 0 30 00 0 E A b s t r a c t ] B e l t t r a n s p o r t i s a n i mp o r t a n t l i n k i n c o a l m i n e u n d e r g r o u n d w o r k ， t h e b e l t t r a n s p o r t e f f i c i e n c y a n d e n e r g y c o n s u mp t i o n i s d i r e c t l v r e l a t e d t o t he e c on o mi c be ne f i t s o f c o a l mi n i n g e nt e r p r i s e s ． The r e f o r e，i n t h e p r o c e s s o f t h e c o a l mi n e wo r k s h a l l be c a r r i e d o u t i n a b e l t t r a n s p o r t o f e ffi c i e n t c o n t r o l ，ma x imu m b e l t t r a n s p o r t e f f i c i e n c y ，r e d u c e e n e r g y c o n s u mp t i o n ． P L C i s a p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r ， c a n b e c o n t r o l l e d b y p r o g r a mmi n g t h e r e l a t e d o p e r a t i o n s ． By P L C c a n r e a l i z e e f f e c t i v e c o n t r o l o f t h e c o a l mi n e b e l t t r a n s p o r t ，e x p l o r e t h e s t r u c t u r e p r i n c i p l e o f t h e b e l t t r a n s p o r t ，a n a l y z e s t h e a p p l i c a t i o n o f P L C i n t h e c o a l mi n e b e l t t r a n s p o r t ． [ K e y wo r d s ] c o a l mi n e u n d e r g r o u n d ； b e l t t r a n s p o r t a t i o n ；P L C； a p p l i c a t i o n