基于PLC的输煤系统设计探讨

雷振伟

(郑州煤炭工业(集团)有限责任公司，河南 郑州 450042)

1 PLC的概念及发展

PLC是一专门为在工业环境下使用而设计的数字运算操作的电子装置。其运用储存器执行逻辑运算、顺序运算、计数、计时等操作指令。并通过数字或模拟输入输出来对各类机械或生产过程进行控制。早期的PLC称为可编程逻辑控制器，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着现代技术的发展，采用微型计算机技术的控制装置功能已大大超过了逻辑控制，从而如今的装置称为可编程控制器，简称PC，为了与个人电脑区分，所以仍然把它叫做PLC。

2 控制对象分析

某系统共有12条皮带组成，一共2个煤场，用来储存来煤。系统设计首先要对来煤进行卸煤控制，斗轮机的堆煤和取煤通常由其自己的PC控制按照控制顺序和连锁关系进行控制。煤从煤场、码头或者火车站通过皮带运输机送往转运站，然后再由转运站皮带给煤机的不同运行方式和挡板的不同位置将煤运送到下一条皮带运输机，再经过碎煤房，最终将煤送到燃料仓库。这个过程控制主要通过选择输煤顺序，在相对应的连锁条件下，实现皮带运输机的启动、停止和保护(皮带运输机的保护有：撕带保护、速度保护、跑偏保护、超载保护等)，自动确定皮带给煤机的运行方向和挡板位置，并对设备的运行情况进行监视，发送报警信号。燃料仓库是否需要加煤由煤仓的煤位决定，当煤仓出现低煤位时，因及时加煤;当煤仓出现高煤位时，应停止加煤，换其他煤仓加煤。燃料仓库加煤由皮带上的犁煤器来实现，它属于输煤控制的一部分，但必须参与系统的连锁运行。皮带能否正常运行需要传感器来检测，需要对皮带进行各种必要的保护，遇故障能及时报警处理。

3 系统设计概要

3.1 皮带机设计

本设计由于皮带机较多，系统工作可选情况也较多。对皮带机需要设计的内容是互为备用的12条皮带机运煤系统。对皮带机启动、停车的顺序设计。需要对其进行PLC编程，上位机监控皮带的运行情况。

3.2 传感器设计

为了使输煤系统能稳定可靠的运行，避免在运作工程中无法及时发现故障。所以必须有大量的传感器对系统可能出现的各种故障进行检测，并将检测信号及时传输给PLC，以便于及时排除故障。

3.3 挡板设计

一条皮带机出现故障需要启用备用皮带时，这时就需要将煤流切换到备用皮带进行运输，这就需要由挡板来切换煤流运送方向。同时煤流需要完成正反转。

4 硬件设计

4.1 速度保护

(1)选型：GSH5。

(2)接线端口：数字量接口DI。

(3)工作原理：GSH5型速度传感器为矿用本质安全型，适用于煤矿井下有煤尘、瓦斯爆炸性气体环境，作为皮带机速度检测、低速打滑、断带保护装置。将磁钢固定到从动面，将传感器固定在机架上，感应端靠近磁钢。皮带电机正常运转后，按下标定按钮即可。当传感器靠近磁钢时，传感器接收到来自磁钢的的频率信号，传感器根据额定值进行对比，正常时输出高电平，当不符合额定值时输出低电平，并有脉冲信号输出，从而进行报警保护。

(4)主要技术参数

额定电压：12VDC;工作电流：≤80mA;基本误差：±2.5%;线性误差：±2.5%;重复性：1.5%;回程误差：2.5%;测量范围：0～4r/s;环境温度：0～40℃;相对湿度：≤98%;线制：二线制;相应时间：不大于1秒;输出状态的电流信号：恒流信号5mA/1mA。

4.2 跑偏保护

(1)选型：GEJ(A)。

(2)接线端口：数字量接口DI。

(3)工作原理：GEJ(A)型跑偏传感器适用于煤矿井下含有爆炸性气体的环境以及露天煤矿、选煤厂等工作场所，作为矿用带式传送机保护装置的跑偏保护信号检测用。跑偏传感器分别安装于皮带机头部与机尾部两侧的机架上。传感器轴辊在正常状态下，轴辊与皮带边缘线垂直，两者间距离大约为5cm。当皮带发生跑偏时，当轴辊摆动角≥25°时，第一级微动开关动作，发出预警信号，当轴辊摆动角≥35°时，第二级微动开关动作，切断皮带机控制回路停机或控制站发出跑偏故障信号。当故障排除后，跑偏传感器轴辊又恢复到正常工作状态。

(4)主要技术参数

工作电压：24VDC;工作电流：0.5A;触点动作时轴辊摆动角度：一级25°二级35°;探杆动作力：20N～100N;接点接探电阻≤0.1Ω，振动、冲击后≤0.2Ω。

4.3 撕带保护

(1)选型：GVD1200。

(2)接线端口：数字量接口DI。

(3)工作原理：将撕裂传感器两根引出线接入主机，正常时，传感器处于断开状态，输出高电平。当皮带撕裂，有煤约1200g落入传感器上时，导点橡胶使两根引线短路，输出低电平，撕裂指示灯亮，主机执行继电器释放，实现撕裂保护，同时发出报警信号。

(4)主要技术参数

接点容量：12V/0.2A;接点接触电阻≤0.1Ω，冲击振动后≤0.2Ω;动作值：传感器其上100CM2处落入1200g物料时，传感器输出低电平;动作允许误差：±10%;接通电阻＜0.2Ω;输出信号：开关量。

4.4 堆煤保护

(1)型号：KGU-1。

(2)接线端口：数字量接口DI。

(3)工作原理：传感器正常时，煤位传感器输出高电平，当煤位增高推动传感器15～60°或者两电极同时碰触到煤时，延时3秒，皮带机停机，指示灯亮，同时发出报警。

4.5 煤位保护

(1)型号：NYTD803。

(2)接线端口：模拟量接口AI。

(3)工作原理：通过天线系统发射并接收能量很低的极短的微波脉冲。雷达波运行时通过电子部件被转换为物位信号，可确保极短的时间内稳定和测量的精确。即使工作情况比较复杂，存在虚假回波，也可以用最新的软件技术准确的分析出物位回波。天线接收反射的脉冲并传输给电子线路，微处理器对其处理，识别脉冲在物料表面形成的回波。离物料表面的距离D与脉冲的时间T成正比：D=C×T/2其中C为光速，因罐的高度E已知，则物位L=E-D。

5 监控设计

5.1 概述

力控是由北京三维力控科技有限公司研发的一款组态软件，是国产监控组态软件唯一的拥有完整的冗余与热备体系统设计，完整的分布式网络结构。支持设备冗余、多客户端冗余、多网络冗余。人机界面与数据处理分离，内设独立实时历史数据库。力控特点：开发环境方便灵活，内部提供各种模板，可嵌入各种格式的图片，画面制作方便，降低开发的工作量。强大的分布式报警功能，事件处理功能，恢复功能。支持多个图层，可以通过脚本进行图层的显示和隐藏。强大的ACTIVEX控件对象容器，增加了可通过脚本对对象将进行直接操作的功能，通过脚本对对象进行方法和属性进行调用。灵活的报表设计工具，含有丰富的操作函数集、支持复杂的脚本控制、提供报表设计器。

5.2 系统设计

监控软件实现：(1)皮带机静态动态画面生成，包括煤仓煤位趋势、历史趋势、各皮带运行状态等。(2)故障显示、报警，显示故障发生的时间、位置等。(3)报表生成、历史记录。

监控画面设计：监控画面包括输煤工艺流程界面、报警界面、煤位趋势界面、历史报表界面、煤位报警界面等。监控人员能从监控画面上看到输煤系统的运行状况，能及时发现异常现象，从而确保系统的正常运行。工作人员能在上位机上用鼠标进行相应的操作，可以对系统的启停以及对输煤线路进行选择。

输煤系统中保护是一个非常重要的环节，这个环节中传感器的应用起到了很大的作用，传感器能及时检测系统运行中发生的故障，并进行报警处理。故障的及时发现和处理对煤矿的经济效益和正常工作都有着密不可分的关系。当检测到故障或者煤位问题发出报警时，不仅仅报警界面指示灯亮，与此同时在报警记录界面还会记录报警发生的时间、类型等，以便于之后的查看。

6 结语

煤矿输煤系统的安全可靠运行不仅仅影响了煤矿的效益，还有工人的生命安全，这也是输煤系统研究和开发的一个需要不断提高和完善的重点。本设计在比较国内外煤矿输煤系统在控制技术的差距上，对输煤系统控制进行了研究和设计，确保了系统安全可靠的运行。本设计注重器件的选择，系统的整体概念，以实现逆煤流启动，顺煤流停车的功能。利用各种传感器对系统进行检测，及时发现故障并实施报警以及处理。在监控系统上采用力控软件进行设计，对系统进行监测记录。为了确保系统的可靠运行，采用皮带机互为备用的设计方案，当一条皮带出现故障时，可及时切换到想也备用皮带机进行工作。该设计是对煤矿输煤系统的研究和分析，对系统的设计提出了合理的设计方案，实现了输煤系统的有效监控，提高了输煤系统的自动化程度，最后使系统正常、安全、可靠的运行，对系统的操作简单，具有显著的经济效益和社会利益。

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007

[2]胡健.西门子 S7-300PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2007

[3]柴瑞娟.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2007