隨著采掘技術(shù)的發(fā)展，煤礦井下帶式輸送機(jī)的使用范圍大大增加，不但運(yùn)輸量大，而且運(yùn)輸距離長，其安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性也十分重要，要求選用的控制系統(tǒng)應(yīng)功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏、可靠。
PLC可編程控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易編程、維護(hù)方便等特點(diǎn)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
1、系統(tǒng)控制要求及硬件設(shè)計(jì)
微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司擬采用PLC控制
帶式輸送機(jī)。該皮帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)輸能力為650t/h，帶速為3.15m/s，運(yùn)距為1156.5m，傾角130 ~170。該皮帶機(jī)配備三臺(tái)1140V、250kW的電動(dòng)機(jī)，機(jī)頭集中驅(qū)動(dòng)，雙滾筒三電機(jī)，采用YOTCq560詞速型液力偶合器起動(dòng)方式。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：①通過控制調(diào)速型液力偶合器實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)軟啟動(dòng)；②實(shí)現(xiàn)三臺(tái)電機(jī)功率平衡；③可實(shí)時(shí)顯示各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；④實(shí)現(xiàn)故障自診斷，聲光報(bào)警；⑤實(shí)現(xiàn)手動(dòng)一自動(dòng)任意切換。
控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，選用微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司自主開發(fā)研制的BXWⅡ- 120/115礦用隔爆兼本質(zhì)安全型微機(jī)控制箱（以下簡稱微機(jī)箱）為主控裝置，結(jié)合外圍開關(guān)設(shè)備、信號(hào)及保護(hù)傳感器的檢測(cè)，組成控制系統(tǒng)，對(duì)皮帶機(jī)的輸煤過程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)視和控制。以微機(jī)箱為核心的電控系統(tǒng)是專門為煤礦井下設(shè)計(jì)的可編程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。用于煤礦井下帶式輸送機(jī)及其它設(shè)備的電氣控制、監(jiān)測(cè)和綜合保護(hù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活，顯示信息豐富，保護(hù)功能齊全，輸入輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展，語音通訊，可自診斷并具有快開門結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備，如：主井上運(yùn)大皮帶、下運(yùn)大皮帶、集中運(yùn)輸皮帶、順槽皮帶、掘進(jìn)皮帶、轉(zhuǎn)載皮帶等井下連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備。
根據(jù)控制功能、輸入／輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選擇三菱MELSEC -Q系列PLC為控制核心。該系列PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括1個(gè)QOOJCPU模塊、2個(gè)QX40型DC輸入模塊、2個(gè)QY40P型輸出模塊以及一個(gè)Q68ADI模擬量擴(kuò)展模塊。其中QOOJCPU是電源、基板、CPU -體化的模塊，QY40P型輸出模塊為16點(diǎn)漏型晶體管輸出模塊，其輸出點(diǎn)通過控制中間繼電器來控制各設(shè)備的起停。
本系統(tǒng)同時(shí)采用觸摸屏和PC機(jī)作為人機(jī)對(duì)話界面。觸摸屏選用日本三菱公司的F940GOT彩色圖示操作終端，可以一邊觀看畫面中對(duì)可編程控制器的各軟元件的監(jiān)視以及數(shù)據(jù)的變化，一邊進(jìn)行顯示。PLC與觸摸屏之間采用RS -232C通訊接口，缺省數(shù)據(jù)傳輸速率為19. 2kbps。PLC與上位PC機(jī)之間同樣采用RS - 232C通訊接口。
由于PLC為非安產(chǎn)品，而偶合器限位開關(guān)及油壓表、油溫表為本安產(chǎn)品，需要配備轉(zhuǎn)換與隔離電路：16路本安開關(guān)量信號(hào)（無電位接點(diǎn)）轉(zhuǎn)換成非安無電位接點(diǎn)輸出，再進(jìn)入PLC輸入端。如果不配置本安隔爆轉(zhuǎn)換隔離電路，而將本安信號(hào)直接接入PLC輸入端，就等于將非安信號(hào)串人本安回路，這樣不符合煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。通過配置隔離轉(zhuǎn)換板，完成信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換與放大，使PLC控制距離大大延長，擴(kuò)大了PLC輸出時(shí)的容量。用PLC通過隔離電路直接帶動(dòng)所控制的設(shè)備，減少了設(shè)備中間環(huán)節(jié)，提高了可靠性。另外，配置了轉(zhuǎn)換器、隔離板后，當(dāng)外圍設(shè)備出現(xiàn)故障，造成短路或串人高壓時(shí)，不會(huì)直接損壞PLC，保證了主機(jī)安全，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。
2、軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為順控程序設(shè)計(jì)和觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)。
2.1順控程序設(shè)計(jì)
MELSEC -Q系列PLC順控程序采用GX Developer軟件編制而成。GX Developer可以用電路（梯形圖）列表進(jìn)行順控編程、順控程序的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、強(qiáng)制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號(hào)的ON/OFF等。PLC起動(dòng)后即執(zhí)行該程序，首先執(zhí)行內(nèi)部初始化，然后對(duì)各設(shè)備及電機(jī)電流信號(hào)等進(jìn)行檢測(cè)。整個(gè)順控程序包括正常起車、正常運(yùn)行、正常停車、緊急停車、故障保護(hù)、功率平衡六大部分。在執(zhí)行過程中可隨時(shí)響應(yīng)人機(jī)界面的訪問。控制模塊流程圖如圖2所示。
PLC還可實(shí)現(xiàn)三臺(tái)電機(jī)的功率平衡，途徑如下：從三臺(tái)電機(jī)磁力啟動(dòng)器中的電流互感器的輸出端引出4~ 20mA電流信號(hào)，送人PLC的Q68ADI模擬量擴(kuò)展模塊，經(jīng)模一數(shù)轉(zhuǎn)換后，將4—20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于兩臺(tái)主電機(jī)是在同一個(gè)滾筒上，先比較這兩臺(tái)電機(jī)的功率是否平衡。當(dāng)兩臺(tái)電機(jī)電流信號(hào)相差較大，如超過規(guī)定范圍時(shí)，PLC進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)膠帶運(yùn)行速度如在正常范圍，說明電機(jī)電流小的那臺(tái)電機(jī)做功小，PLC啟動(dòng)此液力偶合器的伺服電機(jī)（點(diǎn)動(dòng)）加載后，再對(duì)比兩臺(tái)電機(jī)的電流值，直到兩臺(tái)電機(jī)電流差在合理范圍時(shí)停止；當(dāng)兩臺(tái)電機(jī)電流差值超出正常范圍，膠帶運(yùn)行速度超出正常速度，說明電機(jī)電流大的那臺(tái)電機(jī)做功大，PLC啟動(dòng)此液力偶合器的伺服電機(jī)（點(diǎn)動(dòng)）減載后，再對(duì)比電機(jī)電流值，直到兩臺(tái)電機(jī)電流差在合理范圍時(shí)停止。當(dāng)在同一個(gè)滾筒上的兩臺(tái)電機(jī)功率平衡后，啟動(dòng)兩臺(tái)液力偶合器的伺服電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再以其中的一臺(tái)為基準(zhǔn)，與第三臺(tái)電機(jī)比較，方法同上，最終達(dá)到三臺(tái)電機(jī)功率平衡。
2.2觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)
操作顯示畫面利用三菱公司提供的基于Windows98的人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件FX - PCS - DU - WIN -C進(jìn)行畫面編制，以圖形、動(dòng)畫和漢字的形式顯示設(shè)備的啟／停和各種保護(hù)傳感器的動(dòng)作情況，并用不同的顏色區(qū)分。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)故障報(bào)警畫面。待故障排除后，按正常停車按鈕復(fù)位一次，轉(zhuǎn)入狀態(tài)畫面。按壓顯示翻頁按鈕，可查看各個(gè)畫面。
為了顯示友好的人機(jī)界面，編制開機(jī)畫面、狀態(tài)畫面、數(shù)據(jù)采樣圖表及故障報(bào)警記錄等狀態(tài)信息，為用戶提供優(yōu)良的操作環(huán)境，并能顯示和修改工作程序。
3、結(jié)語
采用PLC控制煤礦井下帶式運(yùn)輸機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制保護(hù)，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，經(jīng)過一年多的使用取得了良好的效果，保證了原煤的運(yùn)輸，減小了維護(hù)工作量。采用PLC控制調(diào)速型液力偶合器實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，減小了輸送機(jī)在啟動(dòng)與停止時(shí)對(duì)強(qiáng)力膠帶、電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速箱、驅(qū)動(dòng)滾筒的沖擊力，可以延長其使用壽命，減輕啟動(dòng)時(shí)對(duì)井下電網(wǎng)的沖擊，提高了供電的可靠性和安全性。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機(jī)
2、
螺旋輸送機(jī)
3、
皮帶輸送機(jī)
