宋新扩 梁鹤
华电郑州机械设计研究院有限公司， 河南 郑州 450000
摘要：对于煤矿生产来说，皮带机是非常重要的一种设备，对于提升煤矿开采的效率有着重要的作用，而如果皮带机出现问题的话，那么在检修的过程中就需要停止作业，就会对煤矿的正常生产产生影响。在煤矿皮带机无人值守系统中应用PLC技术则能够大幅度的提升监控的效率与质量，在出现故障时也能够及时的发现，为井下煤炭的高效运输提供可靠的保障，降低工人劳动强度。
关键词：煤矿；皮带机；监控系统；PLC
导言：
皮带机是井下煤炭生产的重要设备，对于生产的效率有着重要的影响。将PLC技术用于煤矿皮带机无人值守系统是非常有意义的，对于提升煤矿生产的效率降低劳动强度有着显著的作用，下面我们就对此进行了深入的分析与探讨。
1 PLC的基本结构
PLC可编程序控制器是一种专门应用在工业环境下的数字运算操作的电子装置，它可以用来在其内部存储执行逻辑运算、定时、计数等操作指令，并能通过数字式或模拟式输入和输出，可以用在检测、监测及控制的自动化场合。PLC主要结构出中央处理器单元（CPU）、存储器、输入/输出模块、电源等部分组成。
1.1 中央处理单元（CPU）
中央处理单元是PLC的运算控制中心，通过它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的T作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。
1.2 存储器
存储器可以存储程序及数据，主要分为ROM（程序存储器）和RAM（随机存储器）。
1.3 输入/输出模块
输入/输出接口部件是连接PLC和监测现场各类信号的纽带。输入接口用来接收和采集控制现场的各种变量参数，输出接L1用来连接被控对象中各种执行元件。
1.4 电源单元
电源有220V或1IOV交流的，也有24V直流电源，为PLC内部各单元电路提供电源。
2 基于PLC的皮带机无人值守系统设计分析
2.1 系统功能分析
应用了PLC的皮带机无人值守系统的抗干扰性能要更好。而且因为硬件和软件基本上都已经模块化、标准化，所以构建的周期也大大的缩短，也更加的可靠。同时，PLC系统还能够对数据进行采集、传递以及分析，这也为井下运输运行的智能化提供了有力的支持，能够有效的降低井下作业的风险以及强度。
2.2 系统设计方案分析
传统的皮带机运输系统常见多发故障主要包括皮带撕裂、失速、跑偏、打滑、温度过高等，在进行系统优化设计时，应当针对上述多发故障区域进行传感装置、电气控制柜等的布置和数据网络、远程监控软件的构建。
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3 PLC皮带机无人值守系统的各组成部分
皮带机无人值守系统的体系结构主要分为物理层、数据采集与传输层、信息处理层。物理层主要由振动传感器、温度传感器和其他保护传感器组成，数据采集与传输层由PLC和嵌入式触摸屏组成， 信息处理层即上位主机，主要用于实时显示皮带机运行状态的实时信息，记录与查询历史数据、历史曲线、历史报表、报警记录，并具有异常预警与故障报警等功能。
3.1 硬件的选择
部分硬件设施是每一个监控系统运行的基础，PLC皮带机监控系统的硬件装置通常安装在井下电气柜中，再由PLC网络与安装在皮带运输机上的各类传感器相连接。电气柜中主要有负责信息传递的输入接口和输出接口、信息存储装置、对采集到的皮带运输机进行处理的中央处理装置以及电源设备等组成结构。在进行皮带运输机监控系统的硬件选择时，应当充分考虑井下环境和工作需求，选择规格合适、性能优良的硬件设备，尽量避免因为井下环境较差而对监控结果产生影响。
3.2 监控软件
监控软件是监控结果可以准确直观显示的重要保障，在进行PLC皮带机监控系统的设计优化时应当选择合适的监控软件，以实现对井下所有设备情况的掌握及远程操控。目前主要应用的为MCGS组态软件，MCGS工控组态软件是用于快速构建计算机监测系统的软件系统，为用户提供了实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出等功能。
4 PLC皮带机监控系统中传感装置的选用
煤矿皮带运输机在运行过程中会出现多种引发设备故障的因素，针对不同的故障因素，皮带机的PLC监控系统要通过各种各样的传感器开展监控工作，通过采用合适的传感器，才能满足保证煤矿井下作业安全与高效的要求。根据故障产生的部位不同，可以将皮带运输机运行过程中的故障分为皮带故障和电机故障两大类，依此常见故障选用相应传感器。
4.1 监测皮带故障传感器选用依据
在皮带运输机设备中由于皮带问题造成的故障被称为皮带故障，包括皮带跑偏故障、皮带打滑造成的堆煤故障、皮带撕裂故障以及皮带打滑故障四大类。皮带打滑故障多是由驱动滚筒与从动滚筒之间的转动速度不一致造成的。在皮带运输机运行时，一旦两个滚筒产生速度差，皮带就会出现打滑的现象，大量堆积煤炭，造成煤炭故障的发生，给井下作业造成了威胁。在监控皮带机运输过程中，重点监测量滚筒的转速，将速度传感装置安装在滚筒内，实时监控滚筒的速度，与此同时，将堆煤传感装置安装在传输及搭接的地方，如果出现大量堆积煤炭的现象，及时将运输机关闭 。皮带撕裂故障通常由煤块卡滞或设备长期磨损造成，皮带一旦发生撕裂，运输中的煤炭就会掉落到运输机的底部或者转轴部位，损坏设备。在进行煤矿皮带机监控系统优化设计时应当利用掉落的煤炭自身的重力作为监测因素，按照一定的间距安装上压敏传感装置，做到对皮带撕裂故障的高效监控。如果在皮带运输机运行的过程中，煤炭堆放不均匀或皮带张力不均匀就会产生皮带跑偏故障，如果皮带跑偏距离过大就可能引发煤矿生产事故，威胁到作业人员的生命安全。在监控过程中可以将皮带的跑偏距离作为监测因素，在皮带运输机上安装皮带跑偏传感装置，对皮带的跑偏距离进行实时监控。
4.2 监测电机故障传感器选用依据
除去皮带产生问题而引发故障外，电机产生问题也是皮带运输机故障的一大诱因，电机故障又分为高温故障和火灾故障。在皮带运输机持续工作时，电机将处于高速运转状态，长时间的高负荷工作会使电机的机身温度不断上升，一旦温度超过电机的额定阙值，电机将受到严重的损坏，需要耗费大量人力物力进行维修。在皮带运输机监控系统的优化设计中，应当在电机周围安装温度传感器，当监测到电机温度过高时及时进行降温处理。在皮带运输机运行过程中电机可能因摩擦产生火花而着火，如果不能及时扑灭，就会产生严重的火灾故障。因此需要在电机附近暗转烟雾报警器和自动灭火装置，及时扑灭火苗，避免火灾事故的产生。
5 结论
总而言之，人工巡查监控模式和之前传统的皮带运输设备监控系统中单片机的检测达不到如今井下生产作业顺利开展的要求，在煤炭企业皮带监控系统中运用PLC技术是未来的一个发展趋势。经过优化的PLC监控系统可以实时监控井下皮带设备的运输情况，皮带设备排除故障的概率得到了有效的提升，不仅是煤炭企业的开采效率提升上去，而且采煤工人的生命安全得到了良好的保证。
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