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煤矿皮带运输机PLC控制系统的设计与实现

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：黄春华

[导读] 推动煤炭运输技术发展，提高煤炭生产开发效率，是新时期社会发展提出的根本需求。想要让国家实现绿色可持续发展，就必须要科学地进行能源开发，在满足能源需求的基础上，坚持绿色开采。

中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆市黄春华 400039

摘要：推动煤炭运输技术发展，提高煤炭生产开发效率，是新时期社会发展提出的根本需求。想要让国家实现绿色可持续发展，就必须要科学地进行能源开发，在满足能源需求的基础上，坚持绿色开采。而皮带运输机PLC控制系统的应用在提高效率、节约能源、降低成本等方面都发挥着重要作用，因此成为焦点之一。本文对这一控制系统的设计和实现进行分析。首先从硬件、软件这两个方面对PLC控制系统进行设计，然后详细分析PLC控制系统在煤矿运输应用过程中的具体状态，以供参考。
关键词：PLC控制系统；煤矿皮带运输机；设计与实现
1.PLC的定义及其工作原理
PLC(ProgrammableLogicController）可编程逻辑控制器是一种为工业控制应用而设计制造的软件，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

        PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
        PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。
        PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
        输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。
        2.煤矿皮带运输机PLC控制系统硬件设计
        2.1PLC的选型
        本次设计系统中所用的可编程控制器为西门子S7—200，该控制器是由西门子公司生产的，属于S7系列产品中一特别控制产品，其最大特点是具有可单独组成某一满足特定需求的功能。把它连接于其他网络，可组建成一系列复杂控制系统，该可编程控制器可应用于很多工业领域，其具体构成形式如图2所示。

         2.2电机控制回路的设计
         在三相电源上并联的两台三相异步电动机，用RJ1控制1号电机的启闭，用RJ2控制2号电机的启闭，用QF1与QF2分别来控制两部电机的三相接线。两台异步电机的电路接线图具体如图3所示。

        3.煤矿皮带运输机PLC控制系统软件设计
        控制系统软件主要包括人机界面与控制功能两部分，其中PLC编程可以实现控制功能，确保运输机与给煤机的顺序启动，并在系统出现故障问题时进行及时报警，完成处理工作。        WINCC6.0组态软件属于人机界面的主要设计部分，其可以收集处理采集信号，并通过图像、动画以及声音等方式传递至现场设备中，以便工作人员实现实时监控。
        3.1操作方式
        一方面是自动化的操作方式，由组态软件与PLC程序共同实现，工作人员做好设备的启停工作。当系统变为自动控制模式时，其可以根据设定的程序自动控制运输机的启停，并分析运算采集的数据信号，根据分析结果实现报警与互锁功能。当皮带运输机发生故障事故时，系统可以自动停机并发出报警信号，且会在组态系统中存储故障数据信息，以便紧急时刻可以停止所有设备的运行。另一方面是手动操作模式，控制人员可以随意启动任一设备，且系统可以根据既定顺序启停皮带运输机，但在解锁模式下，控制人员可以不顺序启停皮带运输机。
        3.2变频控制
        变频器可以实现电机的软启动与停止，以充分降低运输机电机启停时的电网冲击力度，且在变频器中引用PLC技术可以确保皮带运输机的恒速转动。
        4.煤矿皮带运输机PLC控制系统实际应用
        以山西某煤业有限公司为例，在进行井下煤炭生产运输过程中，运用了PLC控制系统，利用系统本身具有的控制和保护功能，对运输机进行调控。比如：在生产运输过程中，某运输机出现了故障问题，在维修人员到场对运输机进行排查、清除故障后，使用了故障复位按钮，让运输机重新运行，不需要重新设置相关参数，节省了大量的时间。不仅如此，在正常情况下，只需要按下启动按钮运输机就会在PLC控制系统的控制下，按照预设程序自动运行。同时，PLC控制系统还可以对运输机的运输状态进行搜集、分析，为远程监控人员提供运输机的实时运输数据，在实际应用的过程中，帮助工作人员更好地完成远程控制工作。除了控制功能之外，保护功能也是PLC控制系统中不可忽视的性能之一，大部分运输机的运输距离较长，设置保护功能，可以有效识别运输机在运输过程中产生的各种故障，并将显示故障位置，对故障进行基础处理，发送故障信号。以该企业为例，该企业设置的PLC控制系统具有三种保护功能，包括：故障保护、电流保护、温度保护，通过这些保系统，可以让运输机稳定运行，避免出现温度过高、电流过大等情况，一旦超过额度值就会自动停止运转，避免引发更大的事故。
        结语：
        作为煤矿井下的主要运输设备，皮带运输机直接影响着企业安全生产与高效运输工作。随着我国现代化进程的不断加快，煤炭资源的需求量也在日益增加，对井下皮带运输机的控制系统提出了更高的要求。作为新型的自动化控制方法，井下皮带运输机采用PLC控制技术可以有效提升设备运行的安全性与可靠性，增大运行效率，为煤矿生产开采工作提供了更大的安全保障。
参考文献：
[1]翟冠男.煤矿皮带运输机PLC控制系统的设计与实现[J].机电工程技术，2017,46(09):103-104+139.
[2]李耀，赵健超，徐杰.PLC技术在煤矿机电中的运用［J］.山东工业技术，2017（05）：54.
[3]王曼.煤矿皮带运输系统中 PLC 技术的应用[J].科技创新与应用，2017（15）：152.