煤矿皮带机PLC集中控制的研发与应用

温洋

关键词：煤矿;皮带运输机;PLC技术;系统设计;集中控制

前言：由于运输量大、距离长、成本低等优点，煤炭皮带机被广泛应用在煤矿工作的运输当中。但煤矿皮带运输机的运行安全和可靠性对煤矿的生产效率和安全性有着直接影响，在实际的煤矿运输工作当中，皮带运输机需要安排专人看守，不但非常浪费人力资源，而且常常会出现跑偏、纵向撕裂以及打滑等重大安全隐患现象，对煤矿运输造成安全方面的威胁。因此，本文基于PLC技术结合煤矿皮带运输机提出并设计一款集中控制的系统，以此来实现对煤矿皮带运输机的工作控制与监测。

一、PLC技术

该技术即指可编程逻辑控制器，也是一种新型的工业控制装置。具备较强的控制功能和低耗能，并且其可靠的性能、灵活的扩展、简易的编程和维修工作以及相配套的视频监控功能，使得该项技术在自动化、可视化控制领域中得到广泛的应用。

二、系统总体结构设计

（一）系统总体结构

从煤矿皮带运输机集中控制系统的功能方面来说，其功能主要包括了设备运输、故障类型、视频监控等方面的监测，以此来实现对运输机的保护。同时，由于其集中控制系统的监测是针对供电、设备装运状态、环境以及运行情况等方面的监测[1]。因此，可以有效实现运输机的无人运行功能。具体煤炭皮带机集中控制系统结构如图1所示。

（二）PLC控制系统方案

以PLC技术设计的煤矿皮带运输机集中控制系统的总体方面如图2所示，同时从该系统的设计方面来看，主要由上位机、PLC控制器、传感器模块、变频器、视频监控以及电参数信号采集模块等几个部分组成。首先，上位机由组态软件和计算软件等部分构成，在控制系统中主要负责对煤矿皮带机的工作状况以及各类型参数信号进行实时监测，以便工作人员的统一调度。其次，PLC技术作为该系统中的核心部分分为解锁手动、联锁自动、顺煤流启动三种工作模式，主要负责对各个传感器所传输的模拟与数字信号的接受，在逻辑运算和数据分析下控制变频输出，实现以太网通信模块、上位机信息传输功能以及煤矿皮带机的变频控制。再者，从其传感器模块方面来看，该部分主要负责对煤矿皮带机运行过程模拟量信号的测量。然后，电参数信号采集模块，在控制系统中主要对煤矿皮带机运行过程中的电流、电压等电参数信号进行测量，并且为变频控制及机器故障诊断提供相应的参考数据[2]。最后，从变频器方面来看，该部分在集中控制系统当中，通过PLC对变频器的输出频率进行控制，以此实现对电机转速的调节和节能的目的。

1、处理器模块

在煤矿皮带机PLC集中控制系统设计中，可编程控制器的选择需要从故障判断、信号采集以及控制与人机交互功能等3个方面为主。结合集中控制系统的输入和输出点需求，选取合适的控制器。比如说某个公司的1200系列PLC控制器，不仅具有较为全面的功能，还具备大量的扩展模块。因此，在系统运行过程中可以通过光纤通讯以太网模块，来达到远程控制模块的目的。同时，由于控制其模块具备以太网远程编译和调试的功能，所以在运行过程当中可以有效地降低工作人员的程序编译时间与开发难度。

2、变频器模块

该模块可以结合煤矿皮带机的实际情况来选择合适的变频器，而变频器在集中控制系统中主要起到了对电机的转速调节作用。是由2个三相二极管搭构成的整流器、6个IGBT模块组成的逆变器以及电容霍尔晶闸管所构成的直流母线共同构成。

3、传感器模块

煤矿皮带机保护已列入煤矿重大安全隐患项，所以对煤矿皮带机各项保护功能灵敏可靠要求更加严格。PLC集中控制系统中的传感器模块设计，主要包含了速度传感器部分由接近探头和摩擦滚筒磁钢组成，在煤炭皮带机运输过程中主要具有测速精度和抗干扰的作用;温度传感器主要作用于对探头测量区域的温度测量，如果温度超过或低于设定的阙值自动报警装置会启动;

跑偏传感器主要作用于对皮带位置的检测，如果皮带偏移中心大于120时，会自动触发报警装置;烟雾传感器作用于煤矿生产区域的烟雾浓度高低，结合情况进行自动报警;堆煤传感器作用于对煤仓位的监测，当煤料出现满仓或机头堆积时，自动报警装置就会启动。同时传感模拟器主要用于对煤炭皮带机运行过程中的模拟量信号的测量[3]。

4控制系统软件

以PLC技术设计的煤矿皮带机集中控制系统，不仅要重视硬件方面的工作，还需要注重软件方面的工作。因此，采用可编程控制器（PLC），实现皮带机控制系统的设计和集中、可视化自动化控制，提高开机率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后自动化、智慧化矿山打下良好基础，在集中控制系统设计过程当中可以结合物料传感器、语音扩播预警等装置的联合应用，达到控制目的。并且，也可以通过PLC控制器移位寄存器指令，实现对整个集中控制系统的稳定可靠控制。

三、实践效果

研究以PLC技术设计了煤矿皮带机集中控制系统，因此为了进一步对煤矿皮带机集中控制系统进行验证。在某个煤矿皮带机上进行了为期是3个月的应用测试，实践结果表明PLC集中控制系统的设计和原有煤矿皮带机控制系统两者之间相比，PLC集中控制系統具有更加全面的功能，同时还能够有效地实现对煤炭皮带机的控制。同时，PLC集中空置系统具备更高的精准度、更快的信号响应速度，当煤矿皮带机出现故障时可以及时的发出响应的报警提示。由此得出该集中控制系统具有较好的可行性。

结语：

综上所述，本文以PLC技术为主，研究并设计了煤矿皮带运输及集中控制系统。实现了对煤矿皮带运输及的工作顺序启停控制，降低了人力资源的浪费和无用功电能损耗，使皮带机实现可视化集中控制运行，还实现了对运输机工作过程中故障问题的处理功能。同时，采用变频调速技术提高了煤矿皮带机的整体运输效率和性能，为未来矿井自动化、智慧化打下坚实的基础。

参考文献：

[1]张朋. 基于PLC技术对皮带机集中控制系统的优化设计[J]. 探索科学，2021（3）：287-288.

[2]冀鹏冲. 基于PLC的皮带运输机控制系统设计[J]. 机电工程技术，2020，49（10）：193-194.

[3]彭龙. 井下皮带集中控制系统的设计及应用[J]. 机械管理开发，2021，36（7）：246-247，298.