基于PLC和组态的多条带式输送机集控系统

基于PLC和组态的多条带式输送机集控系统

柴晶晶

凯盛重工有限公司安徽淮南232052

摘要：带式输送机作为煤矿安全生产的主要运输装备，负责将开采的原煤从生产工作面运输至地面，具有长距离、大运量、连续运输等优点。在传统的矿用带式输送机可以采用以可编程软件控制器（PLC）为核心的控制器，实现综合保护、控制的功能，且运行可靠。然而大运量、长距离的带式输送机仍然存在着自动化程度较低，在维护时仍然需要大量的技术人员现场排查问题，因此对带式输送机的远程实时监测是十分必要的。

关键词：PLC；组态；多条带式输送机集控系统

利用可编程控制器（PLC）和组态软件实现带式输送机的自动化运行。使用可编程控制器作为下位机，进行现场监控，在上位机中利用组态软件实现对带式输送机的实时监控。

一、PLC简介

可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，可编程控制器已经成为一种新型、通用的自动控制装置，它易于编程，使用灵活及操作简单的特点使其在现代工业控制中得到十分广泛的应用，尤其是在恶劣的工业环境中，可编程控制器有十分突出的优点。本系统可编程控制器。此系列小型PLC功能强、性价比较高，适用于各行各业的检测、监测及控制的自动化，无论独立运行还是连入网络都能得到理想的控制效果。此外，PLC具有可靠性、高通信功能强大的特点。

二、基于PLC和组态的多条带式输送机集控系统

1.控制要求。多机驱动的主要问题是引起电机输出功率不平衡。在外负荷不变的情况下，有的电机过载，有的电机欠载，严重时甚至会烧毁电机。为了使多台电机在运行时线速度一致，输出功率相同，提高设备运行效率，保证设备运行的稳定性，对该胶带运输机的控制系统提出了较高的要求：①胶带运输机使用4台电机驱动，要求启动电机时4台电机间隔2s顺序启动，启动时间在15～90s可调；②启动过程及正常运行中均要求4台电机功率平衡，4台电机的电流值误差不得大于1A（额定电流为36A），即误差小于3%；③确保输送带启动加速度值≤0.3m/s2，使输送带启动张力控制在允许范围内；④具有过载保护、温度保护功能；⑤具有自动、半自动和手动3种运行方式；在输送机短时停车时，具有不停电动机的功能；⑥具有计算机屏幕显示和模拟盘显示，应能实时显示胶带各电机的开停状态、电机电流、温度、液压系统压力、过载电流、电源以及后部胶带机运行工况等状态。上、下位机能够联网，上位机可以监视下位机运行情况。

2.控制系统的硬件配置。本文构建了由PLC组成的电气控制系统。控制系统由PLC、触摸屏、速度传感器、安全栅及通信模块等组成，PLC主要实现以下几个方面的功能：（1）胶带机速度、电流、压力和温度等信号的监视；（2）液压电机、主电机以及比例节流阀、比例流量阀的控制；（3）人机对话，实现电机速度、运行平衡以及压力、温度的控制。在实际的工作过程中，为了测量电机的速度，需要有8个输入量；为了完成1#～4#液压电机和主电机的启动，需要9个输出量；另外，操作板上需要11个输入量和7个输出备用量。因此，要完成对整个系统的检测和控制功能，需要设计17个输入点、15个输出点。根据工程经验，实际设计的输入、输出点数要比设计的点数多15%～20%。为了操作和调试方便以及人机对话，液晶显示屏选择A950GOT-TBA，256色触摸屏，可以直观地显示温度、压力、速度、温度曲线、软启动和软停车等情况。当系统出现故障时，显示屏上还可显示故障部位或器件。同时操作人员也可通过触摸键盘完成系统电流、压力、电机速度和各种报警信号的参数设定。为了实现上位机的远程监控，在系统中扩展Sc-08（RS422～RS232）型通信模块，将现场的工况参数传送至控制室。由于胶带机的电气控制装置主要用于煤矿井下，其所处的环境含有大量爆炸危险气体（如瓦斯），因此对整个系统设计了防爆外壳。为了保证电气电路与防爆外壳、外界的连接是本质安全的，在设计时，根据不同的信号源和驱动装置的要求，加入不同型号的隔离式安全栅。这种安全栅将信号通过变压器耦合不失真地传送，并在本质安全侧限制电能量（限压、限流），从而可消除引爆源，防止易爆环境的工业现场发生爆炸事故。

3.部分元器件的选型。①速度传感器的选型。在本系统中，电机的速度变化情况是控制的关键，为了能准确地采集到电机的速度信号，从而实现胶带机的平衡运行，需要选择合适的速度传感器。电机在常温下工作，所处的环境中含有大量爆炸危险气体，这就需要选择本质安全型的传感器，同时传感器的开关要能无接触、无压力、无火花、迅速地发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，重复定位精度高。工作过程中，速度传感器把测得的信号转换成脉冲信号，送给高速计数器，高速计数模块对2个速度传感器送来的脉冲信号计数，并送给CPU处理，通过程序计算速度值。安全栅选用GS8019-EX开关量输入隔离式安全栅。这种安全栅是开关输入、晶体管输出，同时带断线检测和反向控制功能。②温度变送器的选型。工作过程中，液压泵中的油温会逐渐升高，为了避免由于油温过高而引起电机过载等问题，需要选择合适的温度变送器测量油温度。由于液压泵安装在井下，油温通常低于100℃。③压力变送器的选型液压系统工作原理可知，为了避免因液压泵中油压过大而引起电机载荷过大，从而导致多台电机运行时功率不平衡，需要测量液压泵中的油压。在液压系统中，瞬时开关阀门或其它过程可能引起超过额定值2～3倍的压力脉冲，因此需要选择有一定压变超载能力的压力变送器。大功率阀的选择电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，按输入电信号指令连续成比例地控制液压系统的压力、流量等参数。与伺服控制系统中的伺服阀相比，它的显著优点是抗污染能力强，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。另一方面，比例阀的成本比伺服阀低。因此，这里选择电液比例阀作为系统中的大功率阀。

4.可靠性措施。为了保证带式输送机可控装置的可靠运行，采用以下方案：（1）提高输入信号的可靠性。选择可靠性较高的元器件，采用专用线槽，防止由各种原因引起的传送信号线短路、接触不良。（2）PLC控制系统采用抗干扰措施。PLC工作于工业现场，直接与被控装置和设备相连接，而自身工作电压较低、工作频率较高。因此现场的各种干扰将对其造成很大的影响，甚至引起误动作而造成重大的损失。因此，必须在PLC控制系统设计中考虑相应的抗干扰措施。一般来说抗干扰措施主要包括以下几个方面：①PLC应直接从低压配电室的主母线上采用专用线供电，以减少电机启停和其它因素给PLC带来的直接影响；②为了避免由于电源电压在一定范围内会有波动而对系统造成的影响，在PLC和稳压电源之间加入一个隔离变压稳压装置；③PLC的输入信号线、输出信号线应尽量分开布线，模拟量信号线应分开布线而且要采用屏蔽线，将屏蔽层接地。

多条带式输送机集控系统实际用于将煤炭从井下输送至地面的场合，很好的解决了原先运输过程中自动化程度低、沟通不畅、不能实时监测的问题，具有良好的故障自诊断功能。系统主要设计包括组态王软件开发人机界面、西门子PLC程序设计、上位机与下位机之间的通讯以及各项保护传感器的选择。该集控系统运行稳定可靠，降低了生产成本，提高了企业生产管理效率和经济效益。

参考文献：

[1]孙汪萍．长距离带式输送机节能优化策略的研究［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１8．

[2]赵炎．基于电流检测的带式输送机故障预判和节能研究［Ｄ］．秦皇岛：燕山大学，２０１8．