基于PLC和MCGS的带式输送机监控系统模型的设计

梁波，田亚立

（宁夏工业职业学院，宁夏银川，750021）

0 引言

带式输送机是煤矿最主要的高效连接运输设备，具有长距离、大运量、连续输送且运行可靠，易于实现自动化、集中化控制等优点[1]。本文结合工程实际，设计了一套基于PLC 和MCGS 的带式输送机控制系统，以由S7-200PLC和MM420控制两条皮带，现场配备跑偏、撕裂、煤位等八大保护装置，由触摸屏作为上位机，设计出监控系统。该系统模型运行稳定可靠，应用到教学中，节约成本，占地少，小投资高回报，使用灵活，利于学生自主学习，提高实验安全。

1 系统结构和控制过程

1.1 系统结构

系统的总体构成框图如图1所示,该系统采用西门子S7-200 PLC 作为主控制器。通过PLC输出的数字信号控制两台西门子MM420变频器，再由这两台变频器分别驱动1号机和2号机带式输送机的电机。PLC同时接收来自现场的跑偏传感器、速度传感器、煤位传感器、温度传感器、烟雾传感器、撕裂传感器、张力传感器等传送来的信号，分析并处理。采用触摸屏可观测到带式输送机的运行状况，并可实现对带式输送机的启停和参数设置。

1.2 控制过程

该系统控制要求有输送带联锁启动时，2号带式输送机、1号带式输送机的顺序启动，启动前有1min的声光报警，1min后，2号带式输送机先启动，10s后1号带式输送机启动，系统启动期间要有声光报警，起到警示作用；系统联锁停止时，按照1号带式输送机先停，10s后2号带式输送机停止。每条带式输送机可以独立启、停；触摸屏主控界面可以实时监测皮带运行情况及故障报警。保护控制有跑偏、速度、煤位、温度、烟雾保护等八大保护。

图1 系统结构图

2 系统的硬件设计

通过分析控制要求，该系统需要22个输入点和13个输出点，选用西门子S7-200系列的CPU226 作为控制器，满足设计要求。I/O 分配如表1 所示。

表1 I/O分配表

变频器选用西门子MM420变频器。上位机选用北京昆仑通态触摸屏。电动机选用型号为YB2-132M1-6 三相异步电动机。

3 系统的软件设计

系统的软件设计通过西门子V4.0 STEP 7 Micro/WIN SP6 软件按照控制要求编写梯形图实现。编程采用模块化程序结构，使程序修改方便，便于调试。编译无误的程序下载到PLC中进行现场调试。

3.1 系统控制程序设计

系统控制程序主要是对两条带式输送机的启停控制。控制程序流程如图2所示。当按下联锁启动按钮后，系统会发出声光报警，提醒工作人员已准备开启带式输送机系统，两条皮带会按照控制要求逆序启动，其中的间隔时间可更改。当需要联锁停止时，按下联锁停止按钮，系统发出声光报警，两条皮带按照控制要求顺序停止。需要独立启停某条带式输送机时，可单独操作相应的启停按钮即可。

3.2 系统保护程序设计

带式输送机控制系统具有跑偏、速度、煤位、温度、超温自动洒水、烟雾、撕裂、断带保护控制。

3.2.1 跑偏保护

跑偏保护是对带式输送机的输送带的跑偏情况进行监控。本系统使用矿用GEJ30/GEJ45型跑偏传感器，该传感器输出开关量，有一对常开触点，接点容量为DC24V/0.3A。该皮带发生跑偏故障时，跑偏皮带使得传感器上的探杆发生转动，当探杆转动到一定角度时，其内的常开触点闭合，PLC接收到信号后，及时进行故障处理。故障处理后，传感器的探杆自动恢复原位。跑偏传感器分别安装在带式输送机的头部、尾部，只要出现跑偏情况，跑偏传感器会及时将获取的信号传送给PLC，PLC及时进行处理。

图2 控制程序流程图

3.2.2 速度保护和控制

（1）启动停止时速度保护：当启停带式输送机时，电动机需要平滑的转速，以保证输送带的平稳启停，及整个带式输送机系统的稳定性。本系统的两条带式输送机分别用两台变频器控制启、停速度。变频器调速实现了无极调速,还能达到节能的效果。

（2）运行中的速度保护和控制：本系统采用GSH5（A）矿用速度传感器测量带式输送机需要测试点的速度，当被测速度不符合额定值时向PLC传送信号。当所测速度10s内均在额定速度的50%--70%之间时，输出信号由1Hz频率信号转为高电平状态。当所测速度小于额定速度的50%时，输出信号瞬间发生变化，由1Hz频率信号转为高电平状态。当所测速度大于等于额定速度的110%时，输出信号瞬间发生变化，由1Hz频率信号转为高电平状态。

3.2.3 煤位保护

煤位保护对带式输送机输送带的卸煤点的煤位进行监控。当卸煤点的煤发生堆积时，煤位超出设定位置并保持一段时间时，煤位传感器将信号传送至PLC，进行实时保护。本系统采用GUJ30型堆煤传感器，该传感器输出开关量，有一对常开触点。当发生堆煤时，传感器的探杆被煤推移发生偏转，当偏转到一定角度时，其内常开触点闭合，满煤指示灯亮，PLC接收到信号后及时处理，实现堆煤保护。

3.2.4 温度保护

带式输送机运行过程中，驱动滚筒和皮带会因摩擦产生高温，采用温度传感器对该点进行检测。本系统采用GWD42（A）温度传感器，该传感器是对带式输送机被检测处的温度进行非接触式测量，当被测温度超过设定值时，其常开触点闭合，将信号传至PLC，PLC进行处理。

3.2.5 超温自动洒水

自动洒水装置用于皮带在驱动滚筒上打滑，使皮带与驱动滚筒摩擦，温度超过设定值时，温度传感器给PLC给信号，PLC立即开启自动洒水装置，进行洒水降温。

3.2.6 烟雾保护

烟雾保护是对皮带因摩擦、电缆绝缘老化、煤层自燃等原因引起的火灾起到预防作用。GQQ0.1矿用烟雾传感器是本系统选用的烟雾保护装置，该传感器输出开关量，探头元件为气敏型，可靠灵活。当测得烟雾浓度≥0.1mg/m时，输出低电平信号实现带式输送机烟雾保护。安装在带式输送机电机旁易发热处。

3.2.7 撕裂保护

撕裂保护是对带式输送机的输送带是否撕裂进行监控。GVD300撕裂传感器作为本系统采集皮带是否撕裂的装置。该传感器采用压敏式原理，输出开光量。PLC的输入端接入撕裂传感器的两根引出线。皮带没有撕裂的情况时，传感器处于断开状态。当皮带撕裂，有煤约1200g落入传感器上，导点橡胶使键盘两根引线短路，输出低电平信号给PLC，PLC进行处理，切断皮带机电源,实现撕带保护，同时发出语言报警信号，防止事故扩大。

3.2.8 断带保护

断带保护是对输送带张紧程度的保护。当张力传感器检测到输送带过松或过紧，超过设定值时，会将信号传至PLC，PLC启动报警，并停止带式输送机的运行。

4 系统监控设计

本系统选用北京昆仑通态触摸屏，替代了传统控制面板和键盘的智能化操作显示器，完成对系统硬件各种故障的诊断、报警、数字设定、数据显示等。它具有体积变小，几乎不占空间，连线简单化的优点。触摸屏采用PROFIBUS -DP与PLC进行通讯。

主监控画面中放置有两条带式输送机、各种控制按钮、带式输送机八大保护指示灯。输送带报警系统的监控画面可根据报警的类型与方式组态，如图3所示。

图3 主监控画面

5 结束语

通过结合PLC和触摸屏技术，使该系统能够对带式输送机实现控制和保护，并能达到实时监测。该模型解决了教学中带式输送机设备占地面积大，成本高的问题，使学生易于掌握带式输送机电气控制系统的PLC技术与MCGS技术的综合应用。