尹亚云

（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司机电设备处， 山西 晋城 048006）

引言

PLC程序控制器是近年发展非常快速的可重复编程使用的装置，它结合通信、计算机、自动化的控制于一身，具有控制分散、控制顺序、采集数据等多种功能，并具备结构简单、方便编程、较强适应性、可靠运行性等优点，因此，PLC程控器是各行业实现电、机一体化最为主要的方式。由于煤矿井下环境复杂多变，对皮带传输机实现多台集中控制和智能化的控制一直是煤矿企业的研究重点，所以，将程序控制器PLC引入皮带传输机的控制中，能够实时检测皮带传输机的工作状态，现针对由4台传输机组成的煤炭传送系统为研究对象，研究PLC程序控制器在皮带传输机的实际应用。

1 皮带传送系统的设计

研究的对象是由4台皮带传输机组成煤炭传送系统，如图1所示，为了保证传输系统的安全性与可靠性，传送系统具备手动的控制与自动的控制两种控制方法，这两种的控制可利用转换开关进行转换，操作系统都安装在控制室里，工作人员可利用触摸显示屏控制，观察设备、传送系统的工作状态。4台皮带传送机形成的传送系统将利用PLC进行控制，设备工作状态通过计算机控制监控来实现[1]。

为了达到传送系统的高效性、安全性、可靠性，设计控制系统功能如下：

1）为了达到煤炭输送的顺序性，避免煤炭堆积，传送系统设备的启动按照 M4（PD4）→M3（PD3）→M2（PD2）→M1（PD1）的顺序输送煤炭的方向依次启动，各皮带传输机电机的启动要依据需要间隔启动的时间进行启动，通过研究确定间隔时间为15 s。关闭传输系统是要从 M1（PD1）→M2（PD2）→M3（PD3）→M4（PD4）的顺序方向停机，各皮带传输机电机的停止时间的间隔要依据现场实际确定，通过研究确定间隔时间为30 s，这样可以减少滞留于皮带的煤炭[2]。

图1 运输煤炭系统的示意图

2）在传送系统工作的过程中，如果某台传送机出现故障，前面的皮带传送机与出现故障的传送机将会自动停机，后面的皮带传送机继续工作，直到煤炭传送完成将自动停机。如：当M2（PD2）出现故障，M1（PD1）与 M2（PD2）将会立刻停车，M3（PD3）与 M4（PD4）将根据设定时间停机，也就是30 s后M3（PD3）停机，过 30 s后，M4（PD4）停机，控制的流程如图2所示。

图2 煤炭传输中各皮带电机控制连锁方式

3）为了保证传送系统具有的安全性，防止不可预料的原因造成皮带传输机故障，传送系统内需引入急停装置，可对4台皮带传送机同时紧急停机。

4）为了提升传送系统的工作效率，将皮带驱动电机的速度设计为可调式，本文的研究是将皮带传送速度的控制形势设计成无级的调速与分级的调速两个方式[3]。

5）利用系统监控可实时掌握传输机的工作状态，系统中各功能报警的装置能够保证皮带传输机安全、可靠运行。

2 皮带传输机程控器PLC的设计

2.1 PLC程控器

过去皮带传输机的控制系统主要利用继电器进行控制，继电器与控制开关以及相应部件采用电缆连接，它的工作原理是利用继电器触点之间的串联与并联或延时元件实现逻辑方面的控制，这种控制系统容易受到环境因素的影响，控制定时的精度很低，工作时的频率也很低，他只能完成简单的逻辑方面控制。程控器PLC需要重新进行程序的编写，PLC可根据程序指令实现对皮带传输机的控制，它具有调整方便、控制精度高、控制速度快等特点，因为PLC各功能高度集成，可实现过程控制、传动的控制、控制顺序等应用，适用于各种复杂的控制，所以本研究为保证安全，降低成本，应用CPM2A欧姆龙程序控制器。

2.2 PLC程序系统控制结构

如图3所展示的，在本次研究的项目中，工业用控制程序计算机被设定成为上位机，并同皮带传输机的控制器PLC相联接进行联络通讯。对各皮带传输机工作运行的实时状态进行采样，如检测皮带出现跑偏和烟雾的信号以及电机的温度和皮带的堆煤等运行状态信号，就会以数字或者是文字的信息形式在液晶屏上进行显示。如果在检测时发现超过标准和规定的数据信息就会自动发出警报，如果皮带发生跑偏并超15°时就会自动发出警报，如果烟雾和温度发生异常同样会自动发出警报。当达到控制设定峰值的时候即会被强制自动停车[4]。

为了便于皮带传输机进行调速，在本次试验时预设了无级与分级两种不同的调速方式，分级调速是指频率在一定范围中需要确定几个均匀的速度当作频率输出，无级调速是指变频器在设定频率范围之间进行的调速。

2.3 PLC程序控制系统

图3 皮带传送系统的控制PLC控制流程

PLC程序控制情况如图4所展示的。将PLC程序控制器进行加电，同时子程序开始执行初始化命令。然后是无级和分级变频程序调速控制主导传输机进行调速工作，变频调速范围标准是0～60 Hz。选择比较均匀的频率当作频率输出，它们是6.2 Hz、11.5 Hz、5.8 Hz和50.4 Hz，从而实现皮带传输机的四级频率调速。并且调速的控制按钮功能互锁，只能支持一个频率速度位功能存在，避免出现各个梯级的冲突。通过预设0～60 Hz范围频率内输出无级设计调速，其中f=ax（0≤x≤16.5，x∈Z；a取经验值3.27），如此即能通过x值的控制皮带传输机调速。启停联锁程序控制完成皮带传输机启动及其停车联锁，并且可以根据突发等意外情况对皮带传输机进行部分或是全部停车。

图4 PLC控制程序流程

3 PLC系统控制抗干扰程序措施

PLC系统控制程序具有的优势是功能性强、性能稳定、有较强的抗干扰能力等。但若是处于强磁场或是强电场的高压高频影响之中，PLC系统控制器就会发生控制的精准度下降以及丢失数据等状况。分析可知，PLC系统控制的干扰源一般分为引入电源线或是信号线造成干扰以及系统接地干扰。信号线以及电源线有可能会造成电磁场或是电流场的紊乱，接地程序系统紊乱则会导致接地点的传输电位不稳定不均匀，引发地环样电流，这些情况都能够对PLC系统控制产生影响。所以，需要采取有效措施进一步提高PLC系统控制抗干扰的基本能力[5]。

1）选取专用功能电源，把专用电源同其他运行设备的使用电源完全分开，从而避免其他运行的设备在进行启停的时候影响供电专用电源。选取隔离式变压器把系统的控制电源和PLC进行隔离，与此同时还要在隔离式变压器同PLC之间加上滤波器，尽可能避免任何信号对PLC系统控制造成干扰。

2）在输入交流频率信号端将压敏电阻并联，在输入直频率流信号端将二级管续流并联。在输出直流频率信号端接压敏电阻，在输出交流频率信号端接压敏电阻，在输出晶闸管和晶体管端接电阻旁路保护。

3）PLC系统控制要选取一点直接的接地形式，同时需要尽量避免地环流导致的干扰，接地用电缆的截面不能比2 mm2低。接地用的电阻不能比100 Ω高，并且地线一定要使用专用的标准地线。

4 结语

井下煤矿皮带传输机运行正常是保障稳定生产的基本条件，目前皮带传输机大多使用的是人工技术控制，既费时又费力，而且运行的可靠性及稳定性都不能得以保障。作为目前最先进的现代PLC技术控制手段，把它应用于井下作业的皮带传输机能够极大地提高系统运输自动化性能，能够实时监测控制系统运输状态，还能够通过改变PLC编程参数控制增减功能程序模块实现PLC效果的提高。另外，对皮带机尾煤或上部皮带机头煤量监视，可以减少皮带空转情况。PLC的控制技术是井下作业皮带控制未来的发展趋势。