基于PLC的矿井皮带运输机监控系统设计和改造.pdf

Internal Combustion Engine Parts 1 基于 PLC 的矿井皮带运输机概况 矿井皮带运输机， 通常简称为皮带机[1]， 皮带机在大型 现代化矿井中应用十分广泛，包括但不限于运输巷道、 输 送物料、 装车等实用功能。 主要由机架、 机托、 运输带、 驱动 装置、 保护装置、 拉紧装置等组成。在矿井物料运输过程 中， 矿井皮带运输机是不可或缺的一部分， 因此对矿井皮 带运输机对于安全性、 稳定性、 持久性等都具有较高的要 求。因此设计并改造矿井皮带运输机监控系统， 对矿井行 业的生产效率和经济效益都有着重大帮助。 PLC， 即可编程序控制器， 是一种应用于工业环境中 的专业计算机。PLC 在生产中主要有以下几个性质 一是 灵活性， 二是可靠性， 三是可扩展性。 灵活性主要体现在组 态系统时， PLC 具有极高的灵活性， 强大的处理能力和 I/O 容量， 即使现场控制要求突然变化， 仅需改变其配置系统 和程序即可。可靠性主要体现在其对于环境要求极低， 甚 至在恶劣的环境， 受干扰的环境中仍可继续工作。可扩展 性主要体现在其强大的组网能力上， 以往的设备每次上新 就必须重新更换控制系统， 而 PLC 避免这一点， 节省了大 量时间与人力。 2 基于 PLC 的矿井皮带运输机监控系统原理 设计的矿井皮带运输机监控系统，以西门子 S7- 200PLC[2]， 工业以太网、 组态王组态软件构成。PLC 为下位 机， PC 为上位机。数据采集利用传感器技术， 并采用 PLC 以太网通信方法， 实现其与 PC 之间的数据输送， 将采集 到的数据上传到远程监控 PC 中， 系统即可通过地面上的 PC 对矿井皮带运输机进行监控，并且能够实时了解到皮 带机的运行状况， 一旦发生异常或故障， 即可自动停止矿 井皮带运输机的工作， 保护矿井工作人员的生命安全。 矿井皮带运输机的结构为 PC 机在最顶端作为主控， 其直接控制交换机的工作，间接控制 PLC 和各种传感器 基于 PLC 的矿井皮带运输机监控系统设计和改造 宋慧 （临汾职业技术学院， 临汾 041000） 摘要院基于 PLC 的矿井皮带运输机相比传统以继电器控制的皮带运输机， 具有可连接设备多， 控制距离远， 可控制类型复杂等优 点。 利用软硬件设计并改造一套高效节能的矿井皮带运输机监控系统。 监控系统投入使用后， 不仅在矿井产业中提高了工作效率， 减 少了人力成本， 保障了生产安全， 还可将其普遍应用到其他行业的自动化控制领域。 关键词院PLC； 矿井皮带运输机； 监控系统 零时， 观察另外两项的电流值是否是正常电流的 1.7 倍左 右， 这时应该考虑电路缺相的问题， 如果不解决可能导致 道岔无法启动。 3 铁路信号微机监测系统中电压曲线可以用来进行 故障分析 如果提前发现轨道电路设备中的故障安全隐患， 就可 以避免造成严重的安全事故， 在此还可以利用铁路信号微 机监测系统中的电压曲线来进行监测判定。 铁路信号设备 的轨道电路室外受到了环境或者其他因素影响引起短路， 就会发现某一区段的电压突然出现异常的波动。 如果轨道 上有铁屑时， 铁屑被辗轧会发生溅射， 如果碰到钢轨的绝 缘部位就可能造成破坏， 使轨道电路发生短路。发生短路 的情况有时候也是人为失误导致的， 比如铁路维护人员在 作业时没有对钢轨绝缘进行有效的防护。 如果铁路信号微 机监测系统中的电压曲线出现小区段的大幅度波动， 有可 能是铁路牵引回流不通畅导致的。 其实造成轨道电路发生 短路现象的因素很多， 比如当货运列车运行时掉落的焦炭 等都可以造成短路； 通过铁路信号微机监测系统中的电压 曲线的波动有可以判断出钢轨导线是否接触不良， 如果钢 轨导线接触不良时会导致电阻变大， 反映在电压曲线现象 就是电压值变低， 如果断开或者说虚接严重时， 电压曲线 中的电压值会出现大幅下降， 有可能造成轨道红光带。一 般情况下，如果轨道电路出现绝缘问题或者有虚接现象， 都会让电压曲线出现很大的波动， 我们可以通过观察电压 异常波动， 及时的分析数据， 找出波动的原因， 及时排除故 障信息， 避免对列车的安全运行造成威胁。 在日常的工作 中， 也应该注意对轨距杆的阻值进行测定， 如果发现异常 比如阻值下降的轨距杆， 应该及时的更换， 防止因为轨距 杆绝缘问题对列车运行造成影响，因为阻值下降会直接 影响绝缘性，在电压曲线图就可以看到发生较大的波动 影响[3]。 4 结语 综上所述， 信号微机监测已经成为铁路电务工作重要 技术基础，对铁路系统可以有效地进行科学事故分析、 全 面监测运行数据、 有效制度管理解决措施起着举足轻重的 作用； 已经成为网络化、 人工智能、 信号系统信息化的基 础， 保障了铁路信号系统的质量、 效益及安全运行。 因为铁 路交通运输的关键性问题就是安全问题，随着技术的发 展， 人们不断地开始提高轨道交通运行的安全系数， 而做 好铁路信号微机监测就凸显的非常重要。 通过对其异常曲 线的分析， 可以及时地发现设备中的安全隐患及时排除故 障， 从而也就保障了铁路交通运输的安全运行。 参考文献院 [1]陈鹏.关于信号微机监测技术在铁路信号系统应用的研讨 [J].中国科技投资， 2013 （26） 71. [2]周恒.信号微机监测系统在铁路信号系统中的应用[J].煤矿 现代化， 2009 （03） 49-50. [3]张利霞.铁路信号微机监测系统在铁路运行中的应用[J]. 中国新技术新产品， 2017 （16） 56-57. 211 内燃机与配件 的工作。交换机直接控制 PLC， 而 PLC 则控制各种传感器 的工作， 以应对常见的故障， 例如设备打滑， 高温， 撕裂， 骤 停等。 常见的传感器有速度传感器， 撕裂传感器， 跑偏传感 器， 温度传感器， 烟雾传感器， 煤位传感器等。一旦发生故 障，传感器便会将故障类型上传到 PLC 中，经过层层上 传， 最终上位机 PC 会接收到矿井皮带运输机的故障类型 和地址信息， 并且下达命令， 通过 PLC 给出相应的警告或 提示， 实现监控系统并提示系统的目的。 3 PLC 矿井皮带运输机监控系统的设计 3.1 软件方面设计 矿井皮带运输机监控系统， 在软件方面的设计主要包 括三个方面， 一是 PLC 下位机程序设计， 二是 PC 组态界 面设计， 三是 PC 系统通信设计， 即系统网络通信设计， 具 体设计过程如下 PLC 下位机程序设计，编程使用的软件为 STEP7 MicroWIN。 其主要功能就是为 PLC 用户提供程序编辑。 软 件集成了很多强大的功能， 例如逻辑处理、 数学运算、 通信 指令等 PLC 用户常用的编辑工具。程序先在启动时进行 初始化， 并且持续对矿井皮带运输机的各个参数数据进行 采集， 采集到的数据在系统中与工作人员设定的标准值进 行对比， 数据正常则进行常规记录工作， 数据异常或出现 较大偏差则报警提示。要想实现这个功能， 就要在 STEP7 MicroWIN 中， 采用模块化方法进行程序设计， 不同的模块 中编写不同的功能块， 最后在组织块中进行最终调用。 PC 组态界面设计， 选择 KINGVIEW 组态王组态设计 软件。 组态王组态软件可以进行矿井皮带运输机监控界面 的设计处理， 组态王收到 PLC 信号后， 对现场数据直接进 行实时处理， 用图表显示、 动画显示、 报表输出等形式将矿 井皮带运输机的实时状态最清晰的展现给使用者。 用户解 决实际问题一向是难点， 通过组态王组态设计， 就可以实 现各个设备各个变量的实时监控查询，并且在组态设计 中， 还有历史记录， 曲线， 图表， 状态参数查询等功能， 故障 一旦发生， 用户即可收到故障信息以及解决实际问题的方 案， 给用户带来了极大的便利。 PC 系统通信设计， 通过以太网通信模块 CP243-1， 与 PC 以及 S7-200PLC 进行数据传输和交换。最底层传感器 的数据传送到 PLC 之中， 关于温度、 速度以及烟雾之类的 物理传感器，连接到智能仪表 RS， RS 以总线的方式与 CPU226 上的 RS 相连接； 而撕裂， 跑偏以及煤位传感器， 无需连接智能仪表 RS， 直接在 PLC 的 EM231 模块中输入 模拟量， 或者输入端子相连的数据量。进而实现底层数据 传输。上层数据交换的实现， 必须依靠以太网卡及其通信 模块， 两台 PLC 都必须有 CP243-1 模块， 并且将两台 PLC 与交换机和 PC 机连接， 连接方式使用网线即可。连接网 线后在 PC 机上的以太网卡设置 PC 机的参数， 当 PC 机上 的参数与 PLC 的 IP 在同一网段，组态王软件就会向 PLC 发送一个读取命令的数据包， PLC 经过接受吗，处理， 发 送， 分析等步骤， 最后将数据反馈回 PC 上位机， 实现上层 PLC 与上位机之间数据传输交换。 3.2 硬件方面设计 基于 PLC 的矿井皮带运输机监控系统的硬件，主要 由西门子 S7-200PLC、 PC 机 （上位机） 以及多种传感器组 成。 由于检测数据处的分布不同、 类型要求等也均不相同， 故根据速度传感器， 撕裂传感器， 跑偏传感器， 温度传感 器， 烟雾传感器， 煤位传感器等不同功能及功能实现位置， 进行合理的位置布局与安装。 选择西门子 S7-200 CPU226 型号[3]作为 PLC， 模块的 选择使用 EM231， 此模块不提供模拟量输出接口， 故本文 系统中暂不使用此功能。 通讯模块的智能化要求较高， 故采 用智能模块 CP243-1。 CP243-1 为以太网通信处理器， 用其 可将西门子 S7-200 系统连接到 IE （工业以太网） 中。PC 机 作为上位机， 可操作的人机界面由组态王组态软件所提供。 硬件电路主电路由总开关 A1， 次级开关 A2， A3， A4， A5 组成， 四个次级开关分别连接线圈 P1-P4。线圈 P1 控 制电机 F1、 线圈 P2 控制电机 F2、 线圈 P3 控制电机 F3、 线 圈 P4 控制电机 F4。由此可知， 主电路中任何一台电机发 生故障， 都有相应的开关来切断电路， 以达到保护电路的 效果，而每个线圈上也都配备了相应的熔断器和热继电 器， 熔断器的作用是为电路后备短路提供保护， 热继电器 可以防止电机过载， 为其提供相应的保护。 4 PLC 矿井皮带运输机监控系统的改造 在 PLC 矿井皮带运输机监控系统的改造方面，本文 主要提出了两方面， 一是梯形图语言编制， 二是微处理器 的集成使用。对于使用过程中的安全性问题， 我们在硬件 方面做了进一步的改造， 从以往的旧语言编制换为梯形图 语言编制， 以此控制整个程序。 在皮带机发生故障时， 用定 时机控制皮带机与皮带机之间运行的间隔时间， 系统启动 后， 依靠定时机逐个运行各个电机。此改造提高了设备的 安全性， 故障保护能力和系统协作能力也得到了进一步的 提升。 微处理器在近几年发展迅速， 无论是性能方面， 还是 安全方面， 都得到了极大的提升， 并且在性能方面的突出 表现甚至不亚于普通处理器。 而微处理器支持的配套设备 支持也在增加， 语音操作， 数据采集， 通信接口等， 而在矿 井皮带运输机中， 最重要的 PLC 模块， 选择与何种处理器 进行集成，也是我们在皮带机改造中一直在思考的问题， 在微处理器火热的前景下，或许通过微处理器和 PLC 的 集成， 即可实现矿井皮带运输机的自动化进程。 5 总结 对基于 PLC 的矿井皮带运输机监控系统设计,本文将 PLC 与组态软件进行结合， 实现了自动控制和实时监控的 同步运行， 提高了矿井作业的工作效率， 大大降低了矿井 产业的成本， 并且通过改造， 增强了整个系统的安全性和 稳定性， 为矿井工作人员的生命安全做出保障。相信通过 本文， 会实现固料运输业更加高效便捷的未来。 参考文献院 [1]卢玉强.矿井皮带运输状态监测与事故预警系统[D].青岛 科技大学， 2012. [2]高钦和.可编程控制器应用技术与设计[M].北京 人民邮电 出版社， 2005. [3] 田鹤. 长距离带式输送机实时监控及故障诊断系统研究 [D].太原科技大学， 2011. 212