摘要：介紹了微山崔莊煤礦帶式輸送機電控系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)思,著重闡述了PLC在解決帶式輸送機自動控制及軟啟動等控制問題時所起到的重要作用,分析了在煤礦井下特殊環(huán)境條件下電控系統(tǒng)所要求達到的控制目的,對今后該類型帶式輸送機的安全使用具有良好的推廣價值。 關(guān)鍵詞：帶式輸送機 電控系統(tǒng) PLC 設(shè)計 隨著采掘技術(shù)的發(fā)展,煤礦井下帶式輸送機的使用范圍大大增加,不但運輸量大,而且運輸距離長,其安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性也十分重要,要求選用的控制系統(tǒng)應(yīng)功能強大、運行穩(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、維護方便等特點,保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 1 系統(tǒng)控制要求及硬件設(shè)計 微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司擬采用PLC控制帶式輸送機。該皮帶機系統(tǒng)運輸能力為650t/h,帶速為3·15m /s,運距為1156·5m,傾角13°～17°。該皮帶機配備三臺1140V250kW的電動機,機頭集中驅(qū)動,雙滾筒三電機,采用YOTCS560調(diào)速型液力偶合器起動方式。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)以下功能:①通過控制調(diào)速型液力偶合器實現(xiàn)皮帶機軟啟動;②實現(xiàn)三臺電機功率平衡;③可實時顯示各種運行狀態(tài)參數(shù);④實現(xiàn)故障自診斷,聲光報警;⑤實現(xiàn)手動-自動任意切換。 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)安全型微機控制箱（以下簡稱微機箱）為主控裝置,結(jié)合外圍開關(guān)設(shè)備、信號及保護傳感器的檢測,組成控制系統(tǒng),對皮帶機的輸煤過程進行嚴密的監(jiān)視和控制。以微機箱為核心的電控系統(tǒng)是專門為煤礦井下設(shè)計的可編程監(jiān)測控制系統(tǒng)。用于煤礦井下帶式輸送機及其它設(shè)備的電氣控制、監(jiān)測和綜合保護。系統(tǒng)設(shè)計靈活,顯示信息豐富,保護功能齊全,輸入輸出點數(shù)可擴展,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)用于煤礦井下運輸設(shè)備如:主井上運大皮帶下運大皮帶、集中運輸皮帶、順槽皮帶、掘進皮帶、轉(zhuǎn)載皮帶等井下連續(xù)運輸設(shè)備。根據(jù)控制功能、輸入/輸出點數(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Q00JCPU模塊、2個QX40型DC輸入模塊、2個QY40P型輸出模塊以及一個Q68ADI模擬量擴展模塊。其中Q00JCPU是電源、基板、CPU一體化的模塊,QY40P型輸出模塊為16點漏型晶體管輸出模塊,其輸出點通過控制中間繼電器來控制各設(shè)備的起停。本系統(tǒng)同時采用觸摸屏和PC機作為人機對話界面。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（無電位接點）轉(zhuǎn)換成非安無電位接點輸出,再進入PLC輸入端。如果不配置本安隔爆轉(zhuǎn)換隔離電路,而將本安信號直接接入PLC輸入端,就等于將非安信號串入本安回路,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,完成信號隔離、轉(zhuǎn)換與放大,使PLC控制距離大大延長,擴大了PLC輸出時的容量。用PLC通過隔離電路直接帶動所控制的設(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,造成短路或串入高壓時,不會直接損壞PLC,保證了主機安全,提高了整個系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。 2 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計分為順控程序設(shè)計和觸摸屏人機界面設(shè)計。 2·1　順控程序設(shè)計 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）列表進行順控編程、順控程序的運行狀態(tài)監(jiān)視、強制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號的ON/OFF等。PLC起動后即執(zhí)行該程序,首先執(zhí)行內(nèi)部初始化,然后對各設(shè)備及電機電流信號等進行檢測。整個順控程序包括正常起車、正常運行、正常停車、緊急停車、故障保護、功率平衡六大部分。在執(zhí)行過程中可隨時響應(yīng)人機界面的訪問。控制模塊流程圖如圖2所示。PLC還可實現(xiàn)三臺電機的功率平衡,途徑如下:從三臺電機磁力啟動器中的電流互感器的輸出端引出4～20mA電流信號,送入PLC的Q68ADI模擬量擴展模塊,經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換后,將4～20mA電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。由于兩臺主電機是在同一個滾筒上,先比較這兩臺電機的功率是否平衡。當(dāng)兩臺電機電流信號相差較大,如超過規(guī)定范圍時, PLC進行調(diào)整,此時膠帶運行速度如在正常范圍,說明電機電流小的那臺電機做功小, PLC啟動此液力偶合器的伺服電機（點動）加載后,再對比兩臺電機的電流值,直到兩臺電機電流差在合理范圍時停止;當(dāng)兩臺電機電流差值超出正常范圍,膠帶運行速度超出正常速度,說明電機電流大的那臺電機做功大,PLC啟動此液力偶合器的伺服電機（點動）減載后,再對比電機電流值,直到兩臺電機電流差在合理范圍時停止。當(dāng)在同一個滾筒上的兩臺電機功率平衡后,啟動兩臺液力偶合器的伺服電機同時轉(zhuǎn)動,然后再以其中的一臺為基準,與第三臺電機比較,方法同上,最終達到三臺電機功率平衡。 2·2　觸摸屏人機界面設(shè)計 操作顯示畫面利用三菱公司提供的基于W indows98的人機界面設(shè)計軟件FX-PCS-DU-WIN-C進行畫面編制,以圖形、動畫和漢字的形式顯示設(shè)備的啟/停和各種保護傳感器的動作情況,并用不同的顏色區(qū)分。當(dāng)發(fā)生故障時,自動跳轉(zhuǎn)故障報警畫面。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,可查看各個畫面。 為了顯示友好的人機界面,編制開機畫面、狀態(tài)畫面、數(shù)據(jù)采樣圖表及故障報警記錄等狀態(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輸機,實現(xiàn)自動控制保護,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,保證了原煤的運輸,減小了維護工作量。采用PLC控制調(diào)速型液力偶合器實現(xiàn)帶式輸送機的軟啟動,減小了輸送機在啟動與停止時對強力膠帶、電動機、液力偶合器、減速箱、驅(qū)動滾筒的沖擊力,可以延長其使用壽命,減輕啟動時對井下電網(wǎng)的沖擊,提高了供電的可靠性和安全性。 參考文獻： [1]　郭宗仁,等.可編程序控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社, 1999。