摘要：介紹了微山崔莊煤礦帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)思,著重闡述了PLC在解決帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制及軟啟動(dòng)等控制問題時(shí)所起到的重要作用,分析了在煤礦井下特殊環(huán)境條件下電控系統(tǒng)所要求達(dá)到的控制目的,對今后該類型帶式輸送機(jī)的安全使用具有良好的推廣價(jià)值。 關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 電控系統(tǒng) PLC 設(shè)計(jì) 隨著采掘技術(shù)的發(fā)展,煤礦井下帶式輸送機(jī)的使用范圍大大增加,不但運(yùn)輸量大,而且運(yùn)輸距離長,其安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性也十分重要,要求選用的控制系統(tǒng)應(yīng)功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏、可靠。 PLC可編程控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易編程、維護(hù)方便等特點(diǎn),保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 1 系統(tǒng)控制要求及硬件設(shè)計(jì) 微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司擬采用PLC控制帶式輸送機(jī)。該皮帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)輸能力為650t/h,帶速為3·15m /s,運(yùn)距為1156·5m,傾角13°～17°。該皮帶機(jī)配備三臺1140V250kW的電動(dòng)機(jī),機(jī)頭集中驅(qū)動(dòng),雙滾筒三電機(jī),采用YOTCS560調(diào)速型液力偶合器起動(dòng)方式。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能:①通過控制調(diào)速型液力偶合器實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)軟啟動(dòng);②實(shí)現(xiàn)三臺電機(jī)功率平衡;③可實(shí)時(shí)顯示各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù);④實(shí)現(xiàn)故障自診斷,聲光報(bào)警;⑤實(shí)現(xiàn)手動(dòng)-自動(dòng)任意切換。 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 由于煤礦井下環(huán)境的特殊性,選用微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司自主開發(fā)研制的BXWⅡ-120/115礦用隔爆兼本質(zhì)安全型微機(jī)控制箱（以下簡稱微機(jī)箱）為主控裝置,結(jié)合外圍開關(guān)設(shè)備、信號及保護(hù)傳感器的檢測,組成控制系統(tǒng),對皮帶機(jī)的輸煤過程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)視和控制。以微機(jī)箱為核心的電控系統(tǒng)是專門為煤礦井下設(shè)計(jì)的可編程監(jiān)測控制系統(tǒng)。用于煤礦井下帶式輸送機(jī)及其它設(shè)備的電氣控制、監(jiān)測和綜合保護(hù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活,顯示信息豐富,保護(hù)功能齊全,輸入輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展,語音通訊,可自診斷并具有快開門結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備如:主井上運(yùn)大皮帶下運(yùn)大皮帶、集中運(yùn)輸皮帶、順槽皮帶、掘進(jìn)皮帶、轉(zhuǎn)載皮帶等井下連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備。根據(jù)控制功能、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的要求,選擇三菱MELSEC-Q系列PLC為控制核心。該系列PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),包括1個(gè)Q00JCPU模塊、2個(gè)QX40型DC輸入模塊、2個(gè)QY40P型輸出模塊以及一個(gè)Q68ADI模擬量擴(kuò)展模塊。其中Q00JCPU是電源、基板、CPU一體化的模塊,QY40P型輸出模塊為16點(diǎn)漏型晶體管輸出模塊,其輸出點(diǎn)通過控制中間繼電器來控制各設(shè)備的起停。本系統(tǒng)同時(shí)采用觸摸屏和PC機(jī)作為人機(jī)對話界面。觸摸屏選用日本三菱公司的F940GOT彩色圖示操作終端,可以一邊觀看畫面中對可編程控制器的各軟元件的監(jiān)視以及數(shù)據(jù)的變化,一邊進(jìn)行顯示。PLC與觸摸屏之間采用RS-232C通訊接口,缺省數(shù)據(jù)傳輸速率為19·2kbps。PLC與上位PC機(jī)之間同樣采用RS-232C通訊接口。 由于PLC為非安產(chǎn)品,而偶合器限位開關(guān)及油壓表、油溫表為本安產(chǎn)品,需要配備轉(zhuǎn)換與隔離電路: 16路本安開關(guān)量信號（無電位接點(diǎn)）轉(zhuǎn)換成非安無電位接點(diǎn)輸出,再進(jìn)入PLC輸入端。如果不配置本安隔爆轉(zhuǎn)換隔離電路,而將本安信號直接接入PLC輸入端,就等于將非安信號串入本安回路,這樣不符合煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。通過配置隔離轉(zhuǎn)換板,完成信號隔離、轉(zhuǎn)換與放大,使PLC控制距離大大延長,擴(kuò)大了PLC輸出時(shí)的容量。用PLC通過隔離電路直接帶動(dòng)所控制的設(shè)備,減少了設(shè)備中間環(huán)節(jié),提高了可靠性。另外,配置了轉(zhuǎn)換器、隔離板后,當(dāng)外圍設(shè)備出現(xiàn)故障,造成短路或串入高壓時(shí),不會直接損壞PLC,保證了主機(jī)安全,提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。 2 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為順控程序設(shè)計(jì)和觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)。 2·1　順控程序設(shè)計(jì) MELSEC-Q系列PLC順控程序采用GX Developer軟件編制而成。GX Developer可以用電路（梯形圖）列表進(jìn)行順控編程、順控程序的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、強(qiáng)制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號的ON/OFF等。PLC起動(dòng)后即執(zhí)行該程序,首先執(zhí)行內(nèi)部初始化,然后對各設(shè)備及電機(jī)電流信號等進(jìn)行檢測。整個(gè)順控程序包括正常起車、正常運(yùn)行、正常停車、緊急停車、故障保護(hù)、功率平衡六大部分。在執(zhí)行過程中可隨時(shí)響應(yīng)人機(jī)界面的訪問。控制模塊流程圖如圖2所示。PLC還可實(shí)現(xiàn)三臺電機(jī)的功率平衡,途徑如下:從三臺電機(jī)磁力啟動(dòng)器中的電流互感器的輸出端引出4～20mA電流信號,送入PLC的Q68ADI模擬量擴(kuò)展模塊,經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換后,將4～20mA電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。由于兩臺主電機(jī)是在同一個(gè)滾筒上,先比較這兩臺電機(jī)的功率是否平衡。當(dāng)兩臺電機(jī)電流信號相差較大,如超過規(guī)定范圍時(shí), PLC進(jìn)行調(diào)整,此時(shí)膠帶運(yùn)行速度如在正常范圍,說明電機(jī)電流小的那臺電機(jī)做功小, PLC啟動(dòng)此液力偶合器的伺服電機(jī)（點(diǎn)動(dòng)）加載后,再對比兩臺電機(jī)的電流值,直到兩臺電機(jī)電流差在合理范圍時(shí)停止;當(dāng)兩臺電機(jī)電流差值超出正常范圍,膠帶運(yùn)行速度超出正常速度,說明電機(jī)電流大的那臺電機(jī)做功大,PLC啟動(dòng)此液力偶合器的伺服電機(jī)（點(diǎn)動(dòng)）減載后,再對比電機(jī)電流值,直到兩臺電機(jī)電流差在合理范圍時(shí)停止。當(dāng)在同一個(gè)滾筒上的兩臺電機(jī)功率平衡后,啟動(dòng)兩臺液力偶合器的伺服電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),然后再以其中的一臺為基準(zhǔn),與第三臺電機(jī)比較,方法同上,最終達(dá)到三臺電機(jī)功率平衡。 2·2　觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì) 操作顯示畫面利用三菱公司提供的基于W indows98的人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件FX-PCS-DU-WIN-C進(jìn)行畫面編制,以圖形、動(dòng)畫和漢字的形式顯示設(shè)備的啟/停和各種保護(hù)傳感器的動(dòng)作情況,并用不同的顏色區(qū)分。當(dāng)發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)跳轉(zhuǎn)故障報(bào)警畫面。待故障排除后,按正常停車按鈕復(fù)位一次,轉(zhuǎn)入狀態(tài)畫面。按壓顯示翻頁按鈕,可查看各個(gè)畫面。 為了顯示友好的人機(jī)界面,編制開機(jī)畫面、狀態(tài)畫面、數(shù)據(jù)采樣圖表及故障報(bào)警記錄等狀態(tài)信息,為用戶提供優(yōu)良的操作環(huán)境,并能顯示和修改工作程序。 3 結(jié)語 采用PLC控制煤礦井下帶式運(yùn)輸機(jī),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制保護(hù),大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性,經(jīng)過一年多的使用取得了良好的效果,保證了原煤的運(yùn)輸,減小了維護(hù)工作量。采用PLC控制調(diào)速型液力偶合器實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng),減小了輸送機(jī)在啟動(dòng)與停止時(shí)對強(qiáng)力膠帶、電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速箱、驅(qū)動(dòng)滾筒的沖擊力,可以延長其使用壽命,減輕啟動(dòng)時(shí)對井下電網(wǎng)的沖擊,提高了供電的可靠性和安全性。 參考文獻(xiàn)： [1]　郭宗仁,等.可編程序控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社, 1999。