0 引言

    煤礦開采中帶式輸送機(jī)的應(yīng)用十分普遍，運(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、減少運(yùn)輸時(shí)間已經(jīng)成為帶式輸送機(jī)的新要求， 在保證帶式輸送機(jī)運(yùn)輸效率的同時(shí)，確保其工作性能的穩(wěn)定性、可靠性十分必要，采用合理的控制系統(tǒng)對(duì)于確保輸送機(jī)性能有著重要意義。 PLC 憑借其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為控制系統(tǒng)的新趨勢(shì)，利用 PLC 進(jìn)行帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有著良好的發(fā)展前景。

1 控制系統(tǒng)的工作原理

    （1）自動(dòng)控制系統(tǒng)

    自動(dòng)控制系統(tǒng)依靠編寫好的程序進(jìn)行控制，同時(shí)操作人員也能在控制機(jī)上進(jìn)行適當(dāng)操作，輔助程序進(jìn)行控制。 啟動(dòng)程序進(jìn)入自動(dòng)控制后，程序?qū)?huì)開啟設(shè)備和停止設(shè)備，根據(jù)傳感器上的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障進(jìn)行調(diào)整。 為方便系統(tǒng)的修改，通常會(huì)創(chuàng)建維修日志，方便工作人員對(duì)設(shè)備的檢測(cè)修理。

    （2）手動(dòng)控制

    這一控制方法主要依靠系統(tǒng)管理員進(jìn)行設(shè)備的啟動(dòng)和停止， 可以對(duì)輸送帶的啟動(dòng)流程進(jìn)行調(diào)整，其具體流程如圖 1 所示。 為提高輸送帶的使用效率，應(yīng)在輸送帶上沒有煤時(shí)及時(shí)停止，減少輸送帶的空轉(zhuǎn)運(yùn)行，總的來說，手動(dòng)控制對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高，需要操作人員對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

    （3）變頻控制PLC 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送機(jī)的變頻控制，這一功能主要依靠變頻器實(shí)現(xiàn)， 同時(shí)變頻器的開啟、運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)都能在主控界面上顯示出來，當(dāng)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，也能及時(shí)記錄故障發(fā)生地點(diǎn)與故障信息。

圖1 手動(dòng)控制流程圖

2 系統(tǒng)控制要求及硬件設(shè)計(jì)

    考慮系統(tǒng)的工作性能和實(shí)際使用需求，應(yīng)保證

    PLC 控制系統(tǒng)具有以下功能：

    （1）能夠通過控制調(diào)速耦合器實(shí)現(xiàn)輸送帶的軟啟動(dòng)；

    （2）確保系統(tǒng) 3 臺(tái)電機(jī)之間的使用平衡；

    （3）能 夠?qū)崟r(shí)顯示控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù) ，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整；

    （4）擁有自動(dòng)報(bào)警功能，發(fā)現(xiàn)故障后及時(shí)報(bào)警；

    （5）有自動(dòng)和手動(dòng) 2 種操作模式的任意切換功能。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

    在進(jìn)行硬件設(shè)備的選擇時(shí)，考慮到煤礦井下環(huán)境的特殊性，采用 BXW-120 隔爆安全控制箱作為主控裝置，并結(jié)合相應(yīng)的外圍開關(guān)、設(shè)備傳感器和信號(hào)保護(hù)系統(tǒng)，組成整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分。 該系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，目前廣泛應(yīng)用于煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備中，如：上運(yùn)輸送帶、下運(yùn)輸送帶、掘進(jìn)輸送帶等井下連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備。

    根據(jù)選擇的隔爆控制箱和輸入輸出點(diǎn)， 選擇MELSEC 系列作為 PLC 控制核心，該系列主要特點(diǎn)在于模塊化， 包括 Q00JCPU 模塊、DC 輸入輸出模塊、模擬模塊等。 其中 Q00JCPU 模塊由電源、基板、處理器等基本設(shè)備組成，輸入輸出模塊主要利用繼電器完成各設(shè)備的啟停控制工作。

    系統(tǒng)的硬件組成一大特點(diǎn)在于利用觸摸屏和PC 機(jī) 組合成為人機(jī)對(duì)話界面 ， 觸摸屏選擇三菱F940GOT 作為操作終端，該屏幕能夠?qū)崿F(xiàn)畫面與數(shù)據(jù)的同步監(jiān)視。 PLC 與觸摸屏之間的連接接口選擇RS232C，該串口為最常使用的連接接口，對(duì)于系統(tǒng)的推廣使用十分方便。

3 軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括順控程序設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì) 2 部分。

    （1）順控程序設(shè)計(jì)

    MELSEC 系列順控程序主要依靠 GX Developer編寫而成，該軟件的特點(diǎn)在于可以利用電路列表進(jìn)行程序監(jiān)控，對(duì)程序的運(yùn)行狀態(tài)把握更加準(zhǔn)確。 在實(shí)際工作中，PLC 啟動(dòng)后就應(yīng)該執(zhí)行該程序，初始化后檢測(cè)系統(tǒng)的電流信號(hào)。 順控程序主要包括啟動(dòng)、運(yùn)行、停車、故障報(bào)警和系統(tǒng)平衡等幾個(gè)部分。 在工作中也可以根據(jù)使用需求進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，其工作流程如圖 3 所示。

    PLC 控制系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是能夠保持 3 臺(tái)電機(jī)之間的使用平衡。 首先從 3 臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)的電流信號(hào)中提取出樣本信號(hào)，送入 PLC 模擬模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，將獲得的電路信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，將不同電機(jī)的信號(hào)放入同一程序進(jìn)行對(duì)比， 進(jìn)而得到 2臺(tái)電機(jī)功率是否平衡的結(jié)論，如果 2 臺(tái)電機(jī)之間的電流信號(hào)相差較大，超過預(yù)定的范圍，證明電機(jī)之間的功率不平衡，電流大的電機(jī)功率更大，可以根據(jù)使用需求對(duì)電流值進(jìn)行調(diào)整，保證 2 臺(tái)電機(jī)電流差值在合理范圍內(nèi)。 比較完兩者之間的電機(jī)功率后，以其中一臺(tái)電機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)，與第 3 臺(tái)電機(jī)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而得到 3 臺(tái)電機(jī)之間的功率差值，然后進(jìn)行電流調(diào)整，直到 3 臺(tái)電機(jī)之間的功率達(dá)到平衡。

圖3 順控程序工作流程圖

    （2）觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)采用的人機(jī)界面基于 Windows 操作系統(tǒng)，利用 FX－PCS 軟件進(jìn)行界面的編制， 運(yùn)用圖形、動(dòng)畫、 文字等多種媒體形式顯示設(shè)備的運(yùn)行狀況，考慮到操作者的視覺感受，可以用不同的顏色加以區(qū)分。 當(dāng)輸送機(jī)出現(xiàn)故障后，首先控制停車，進(jìn)行復(fù)位處理，得到輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)畫面，查看各個(gè)畫面中輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，查找出故障所在，進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整處理，降低停機(jī)損失。

    在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)， 為提高界面的友好性，編制開機(jī)畫面、運(yùn)行畫面以及控制界面時(shí)應(yīng)考慮操作者的控制習(xí)慣，提供更加舒適的操作界面，為用戶提供良好的工作環(huán)境，這也是人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

4 結(jié)語

    將 PLC 運(yùn)用于帶式輸送機(jī)的控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送機(jī)的有效管理控制， 提高輸送機(jī)安全性、可靠性，對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及時(shí)檢測(cè)記錄，保證輸送機(jī)的運(yùn)行效率，提高煤礦生產(chǎn)速度。 同時(shí) PLC 控制系統(tǒng)在檢測(cè)輸送機(jī)的跑偏、打滑、部件損壞方面也有其獨(dú)到之處。