浅谈煤矿井下皮带运输中PLC的应用

2015-08-15马元青陈丕军

机械管理开发 2015年9期

关键词：控制程序运输机保护装置

马元青，陈丕军

（山西煤炭运销集团大成煤业有限公司，山西太原 030000）

引言

目前皮带运输仍是煤矿井下作业的主要运输方式.通过PLC可编程控制器对皮带运输机进行控制，可有效提升皮带运输的灵活性，实现匹配输出，大幅降低空载、轻载能耗，提升重载时的运输效率。

1 PLC概述

PLC是一种可编程的逻辑控制器，全称为Pr ogrammable Logic Controller。PLC 的基础是数字运算，通过将信号数字化，可以对PLC进行深度处理和分析，可在多个领域中取得良好的运用效果［1］。PLC的发展依托于计算机技术、控制技术和信息处理技术，正是在这些支撑技术不断发展进步的条件下，才能促进PLC系统逐步完善升级，实现更加强大的功能。PLC的组成和计算机比较相似，主要包含了五个部分，分别为CPU、存储器、电源、输入和输出装置。利用PLC进行工作操控时，一般是通过三个步骤实现相关操作。

1）对相关信息进行采样然后输入。PLC控制器可以逐一扫描输入状态和数据，同时将扫描结果存储到I／O单元内。在这一步工作完成之后，PLC控制器就可以继续执行和输出这两个阶段的相应操作。值得注意的是，在执行和输出的过程中，输入信息如果出现变化，I／O单元内的数据则不会出现同步变化。基于此，脉冲信号在进行输入时，应该确保输入宽度不小于PLC控制器的扫描周期，以便信息输入能够完全读取。

2）执行控制程序。执行控制程序，一般是按照程序梯图依次从上到下进行扫描，在扫描一级程序时，应当从左至右逐步展开。所以，程序的执行过程就是从上到下、从左到右。程序在执行过程中，I／O单元内的数据不会出现变化，但是输出点或其他软设备对应的状态或是数据都可能发生一定的变化［2］。

3）结果输出。结果输出就是在程序执行完成后，PLC系统应该展开输出刷新。通过I／O单元内的信息状态和数据，对相应的电路刷新处理，通过刷新电路实现外部其他设备的驱动。这一整个过程就实现了PLC控制。

PLC功能强大，因此得到了广泛应用。但是，PLC系统比较容易受到外部引线和内部系统的干扰，导致程序执行出现失误。在相关领域中应用PLC时，应当结合应用环境的实际情况，对PLC进行合理布置，降低各类干扰，确保PLC发挥最大效用。

2 皮带运输结构功能

皮带运输机是煤矿井下作业的关键设备之一，具体形式较多，能够在各类不同的煤矿井下环境中实现有效作业。但是，作业效率和高能消耗一直是皮带运输的一个软肋，制约了皮带运输的进一步应用推广。因此，需要明确皮带运输机的结构功能，加强皮带运输机的研究开发，提升作业效率，降低作业能耗。

控制系统是皮带运输机的核心部分之一，主要实现对皮带运输机的各类运行操作控制，比如停机、启动、加速等。根据实际情况来看，皮带运输的控制系统基本上实现了PLC控制，在控制快速性上表现十分良好。但是，当前的PLC控制仅仅停留在表面，没有对其深层次功能进行开发利用［3］。

保护装置是皮带运输的一个重要部分，保护装置的作用是对皮带运输起到良好的保护作用，比如保护装置可以实现防打滑、防跑偏、高温洒水等保护操作。但是，根据目前的实际情况来看，保护装置的技术层次较低，灵敏性和安全性不高，对皮带运输无法起到十分优良的保护。导致保护装置保护作用较低的因素有二：一是硬件技术层次较低，缺少高性能的元器件用于构建保护装置系统，比如急停闭锁开关。二是软件技术层次不高，导致相关技术操作难以实现高等级的保护控制功能，比如滚筒温度控制技术、纵向撕裂控制技术等，这些技术都是保护装置中十分缺乏。

皮带运输机的种类型号并不多，所以性能方面并无太大差别。加之煤矿井下作业环境艰苦，存在许多外部干扰，可能对皮带运输机的性能和安全造成影响，比如电机效率、载物性质等。所以，要提升皮带运输机的效率和性能，需要结合煤矿井下实际作业，根据需求对皮带运输加强PLC控制研究，利用PLC控制系统实现皮带运输的高效控制，使PLC控制系统在井下作业中表现出优良的性能。

3 PLC在煤矿井下皮带运输中的应用探究

3.1 PLC结构及功能

对于煤矿井下的皮带运输而言，主要有均匀转速和均匀转矩这两种运行模式，在不同的运行模式下，皮带运输的速度是不一样的，而皮带运输的方式和速度又是由控制系统决定的。所以，就可以对皮带运输原本存在的PLC控制系统进行结构优化和功能升级，实现更加精细的操作控制。PLC系统接收的外部信号主要包括了保护信号、上位机信号、按钮信号和开关信号等。

优化PLC系统结构，主要是对控制系统的逻辑结构进行优化。皮带运输的控制系统原本是具有一个逻辑结构系统的，能够实现设计的基本功能。许多煤矿企业在购入皮带运输机后，没有对控制系统的逻辑结构进行优化，导致PLC在作业过程中，与实际作业需求存在不符。因此，需要结合煤矿井下作业的具体要求，对皮带运输PLC控制系统的逻辑结构进行优化，对功能分布进行适当调整，使贴合煤矿井下实际作业。

功能升级主要是指对PLC控制系统的一些功能进行升级，在煤矿井下作业不断进行的过程中，对皮带运输的功能需求会出现一定变化。在这一背景下，就应该结合不断变化的新需求，对PLC系统的控制功能进行升级，使其能够发挥出最优控制效果。

3.2 皮带运输变频控制

通过PLC系统实现皮带运输机的变频控制，对提升皮带运输机的整体性能具有十分显著的意义。在煤矿井下作业中，皮带运输机的工作状态是在不断发生变化的，重载、轻载和空载的情况不断交换发生，这就给皮带运输机运行匹配性提出了很高要求。所谓匹配性，就是皮带运输机可以通过PLC控制系统调整自身运行状态，匹配实际工作需求，实现效率最大化。由此提出的一个理论就是变频控制。

通过PLC实现皮带运输的变频控制，关键在于实现电机的PLC变频控制。通过在皮带设置传感器，对它的承载重量进行实时监测。在电机上设置速度传感器，对电机转速进行实时监控。通过对电机转速和皮带运输承载之间的关键进行曲线绘制，找出对应关系，再根据这一对应关系在PLC控制系统中设计逻辑控制程序，用以实现对电机的精细控制，从而达成皮带运输的变频控制。实现变频控制的意义重大，不仅可以有效降低皮带运输的能耗，还能显著提升皮带运输的效率，有利于促进煤矿井下作业发展进步。

3.3 提升保护功能

保护装置是皮带运输的一个重要部分，其核心意义在于对皮带运输进行一定的保护操作，最大程度保证皮带运输的安全。由于目前的保护装置存在响应慢、安全效用低等问题，因此可以使用PLC加强保护装置的灵敏性和安全性。通过设计合理的逻辑控制程序，在皮带运输机上加装温度传感器、压力传感器等进行采样输入，触发PLC逻辑控制程序，快速实现保护动作。