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基于PLC带式输送机集控系统的设计
作者：孟凡猛 郑丰隆 孙夕明 王莉莉 来源：《中国科技博览》2013年第02期
摘 要：基于S7-300PLC和WinCC皮带输送机集控系统是结合工程实际，为泗河煤矿西巷四条皮带而设计的，它实现了上位机与井下控制皮带的PLC设备的通讯， 从而实现了井下皮带的集中控制、实时数据传输与及时报警， 进一步提高了井下生产的可靠性和安全性。 关键词：S7-300PLC；皮带输送机；集控系统 分类号：TP273 0 引言
泗河煤矿的带式输送机控制系统在更换前四条皮带之间相互，管理不集中，从而造成了材料和人力资源的浪费，同时皮带各项保护缺失严重，不能有效地对带式输送机运行情况进行实时监视，存在安全隐患且生产效率低。本设计结合工程实际，设计了一套基于西门子PLC315为控制核心，在每条运输运输皮带机的机头都安装一部主控制柜，在每个出煤点都安装一部移动控制分机，采用可靠的PROFIBUS通信协议将四台主控制柜、移动控制分机和地面设备连接，进行联合监控。该系统建立新型的自动化模式， 力求使四条皮带实现在井下复杂条件下的互联互通与资源共享， 讲究资源统一管理、协调综合应用， 最大程度的避免人力及物质资源浪费的同时，做到减人提效， 提高生产效率。 1 皮带集控系统的结构
泗河煤矿西巷有四条皮带机，在第二部中段、第四部机尾有两个出煤点，皮带上的煤从第四部依次传送至第一部，再经第一部落入井下煤仓，最后通过主井将煤提到井上。
该集控系统设计实现了对井下四条运输皮带机系立或者联合监控功能，系统能够实现对运输皮带机的启动、停止控制，并实时监控显示运输皮带机运行系统的主要参数。如运输皮带电机的电压、电流、运输皮带机的运行速度、运输皮带机前后滚筒温度等。另外系统还可以实时监测运输皮带机各种易发故障信息，并可采取自动保护措施，如堆煤、烟雾、运输皮带机跑偏等故障。系统在每条运输皮带机机头设有主控制柜，可就近实现运输皮带机的监控处理。在每条运输皮带机沿途都设有若干跑偏传感器、急停传感器以及广播音箱，方便巡查人员随时排除故障，在紧急情况就近停止皮带机，防止事故进一步恶化。另外系统设有两台移动式分机站点，可满足临时出煤口处简单控制功能。地面监控室设有远程监控系统，该系统可以远程监视和控制井下每条运输皮带机的运转与故障情况，并可实现历史报表与故障信息的查询与存储，运行参数曲线分析等功能。系统结构如图1所示。
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图 1 运输皮带机监控系统整体结构图 2 皮带集控系统的功能 2.1 运行功能
该系统原则上“近控为主，远控为辅”，可以实现三种工作方式运行：检修方式、近控方式、远控方式。
检修方式优先级最高，远控优先级最低。切换至检修方式，无需考虑其他运输皮带机处于何种操作方式，本机即可直接进入检修方式运作。要切换到近控方式和远控方式，必须保证四条运输皮带机都在停机、无故障的情况下才能进行方式切换。而且必须保证四条运输皮带机都切换到了相同的方式后，才能正式在此方式下运行。三种运行方式在功能实现方面的主要区别如下：
检修方式：该运行方式实现单独控制本部运输皮带机的运转控制。本部皮带机的启动、停止以及各种故障信息引起的控制台语音报警都不会影响其他运输皮带机的运转情况。但本部的皮带机启动、停止、故障信息和运转方式仍会通信至其他站点。方便其他站点操作人员了解本站点的运转信息。
近控方式：该运行方式实现井下操作人员对四条运输皮带机的联合操控，操作人员按下任何一条运输皮带机控制台启动按钮，都将顺序启动四条运输皮带机，当任意一条运输皮带机产生某种故障或者按下控制台的停止按钮时，都将触发系统的顺序停止操作，有效防止堆煤故障的产生。其中运输皮带机的顺序启动和停止时间间隔可现场修改。
远控方式：该运行方式实现井上监控人员通过监控系统在监控室的远程操控。其实现的功能和井下近控方式相似，启动任意一部皮带机的启动按钮或者停止按钮都可顺序触发四部皮带机的启动、停止状态。 2.2 保护功能
系统在运输皮带机相应位置安装有各种传感器，可对运输皮带机易发生的一些故障参数进行实时监控。如堆煤故障、烟雾故障、电机电流、电机电压、皮带速度、皮带跑偏、皮带机前滚筒和后滚筒温度值。当以上发生故障或者超出设定参数值范围时，系统会发出故障声光报警，并停止皮带运行。另外当两滚筒温度发生超限故障时，系统不仅能停止皮带运行还可以自启动喷水作业，防止故障继续恶化。运输皮带机的跑偏传感器安装在运输皮带机沿途两侧，每隔200米距离，两侧各安装一个。系统在每条运输皮带机沿途行人一侧每隔100米设有一个急停开关。急停开关之间用拉线连接。在紧急情况下，巡视员可以及时停止运输皮带机。在井上监控室上位机能够直观显示皮带运行状况，方便井上人员及时掌握井下动态，如图2所示。
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图2 上位机显示画面 3 传感器选型与设计
（1）该系统中应用了一批开关量传感器，例如：堆煤感器，跑偏传感器，烟雾传感器，急停开关。其中PLC模拟量模块可以处理0-6000Ω电阻信号，跑偏传感器和急停开关的线路中分别串入阻值大小不等的电位器，根据电位器的阻值判断跑偏和急停地点，可以在井下显示屏和井上上位机中直观显示出来。
表 1 急停开关和跑偏传感器对应电位器阻值范围表 急停开关 跑偏传感器
490-510Ω 1#急停 980-1020Ω 1#跑偏 990-1010Ω 2#急停 1980-2020Ω 2#跑偏 1490-1510Ω 3#急停 2980-3020Ω 3#跑偏 1990-2010Ω 4#急停 3980-4020Ω 4#跑偏 2490-2510Ω 5#急停 2990-3010Ω 6#急停 3490-3510Ω 7#急停 3990-4010Ω 8#急停 4490-4510Ω 9#急停 4990-5010Ω 10#急停
（2）利用PLC模拟量模块可测量热电阻PT100的功能，设计了Pt100标准型温度传感器。
（3）井下皮带测速装置多为电磁感应、霍尔原理传感器，其输出多为频率信号，但PLC普通数字量模块只能响应500Hz以下的脉冲信号而专用的频率计数模块往往成本较高。该设计为降低成本，可采用F/V变送器代替PLC中的高频计数器。直接通过测量电压值来反映传感器给的频率信号值。
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4 小结
通过泗河煤矿皮带运输机四个月的正常运行，验证了PLC在复杂的井下环境中稳定可靠的性能，大大提高了带式输送机集控系统的自动化水平，通过井下显示屏和井上上位机的监测可以直观地发现故障，及时处理。各项保护动作可靠，节省了人力、减少不必要的意外停机，确保整个运输系统节能高效运行。 参考文献：
[1]李永刚，马春燕.基于S7-300PLC和WinCC带式输送机系统设计[J].煤矿机械，2012（02）：214-215.
[2]彭娟，李世银，任鹏，等.基于iFix的煤矿井下输送带集控系统的设计[J].软件设计开发，2007（12）：487-490.
作者简介：孟凡猛（1987- ）男，山东济宁人，山东科技大学信息与电气工程学院硕士研究生，检测技术与自动化装置专业，主要从事工业自动化控制研究和智能仪表的研究设计，