矿井皮带输送机协同控制系统的设计及应用.pdf

2 0 1 9年第0 6期 矿井皮带输送机协同控制系统的设计及应用 郎守让 山西汾西宜兴煤业有限责任公司, 山西 孝义0 3 2 3 0 0 摘 要 针对某矿井主运输巷道内四部皮带输送机接力运输所出现的协同控制问题, 基于具体的协同控制要求及 其他功能要求, 对系统核心的P L C进行选型及架构设计, 并对系统故障信号及工作流程进行设定, 实现了 对四部皮带输送机的协同控制, 有利于实现安全生产。 关键词 皮带输送机; 协同控制;P L C; 保护系统; 故障处置 中图分类号 T S 7 3 4 D O I 1 0.1 9 7 6 9/ j . z d h y .2 0 1 9.0 6.0 0 5 0引言 皮带输送机是矿井非常常见的运输设备之一, 具有连 续运输运力大、 单位能耗低、 故障率低、 经济性及可靠性较 高等优点, 担负着将采掘工作中的原煤矸石等运送至主井 煤仓或直接经斜井运至地面的运输任务, 地面煤炭运输同 样也离不开皮带输送机。而在井工煤矿复杂的运输系统 中, 往往需要多部皮带输送机的接力运转才能将煤炭运输 至主井煤仓或地面, 如何高效便捷地对多部皮带输送机进 行协同控制成为关键一环, 如皮带的启动顺序、 停机顺序、 故障应急处理、 皮带保护动作等, 均离不开一个控制精准、 操作简单、 可靠性高的控制系统[ 1 - 3]。本文即基于P L C 可 编程控制器 技术对皮带输送机协同控制系统进行设计, 提出其硬件及软件架构, 并制订相应的抗干扰措施, 提高 皮带输送机协同运行的可靠性, 提高经济运行效率, 降低 故障率, 保障安全高效生产。 1工程背景 本文以某矿井主运输巷道内四部皮带输送机接力运 输系统为研究对象。该矿因主运输巷道运输距离较长, 且因巷道局部改道, 出现四部皮带输送机接力运转的运 输现状, 针对该现状及具体的控制要求, 如何高效便捷地 对多部皮带输送机进行协同控制成为运输系统的关键一 环。为便于研究, 自最里段的皮带输送机向主井方向 外 端 , 将主运输巷道内四部皮带输送机依次命名为M 1、 M 2、M 3、M 4, 并根据现场运输及管理要求, 对四部皮带输 送机协同控制系统提出如下要求 1 顺序启动要求。为防止皮带输送机压煤以及防 止皮带输送机带负荷启动, 要求外端的输送机先于里端 的输送机启动, 即先启动最外端的M 4皮带输送机, 间隔 5s后启动M 3皮带输送机, 然后依次再间隔5s后启动 M 2及M 1皮带输送机。过早启动会造成设备空转, 而过 晚启动则会造成皮带压煤及带负荷启动, 因此必须在协 同控制系统中规定精准的皮带输送机启动顺序。 2 逆 序停止要求。同样为了防止皮带输送机压煤, 要求里端 的皮带输送机先于外端的皮带输送机停机, 即完成煤炭 运输任务后先停止最里端的M 1皮带输送机, 然后根据 单部皮带输送机的运行长度及速度计算间隔时间, 依次 向外停止M 2、M 3、M 4皮带输送机。这就要求在协同控 制系统中根据具体的皮带长度及运行速度来规定皮带输 送机的停机顺序及时间间隔。 3 故障应急响应要求。 在煤炭接续运输过程中, 如果某部皮带输送机发生故障 而停止, 其前后的皮带输送机必须采取相应的应急响应 措施。例如,M 3皮带输送机因突发故障导致急停保护动 作, 输送机停止运行, 这就要求其里端的M 1、M 2两部皮 带输送机立即停止运行, 防止压煤, 而其外端的M 4皮带 输送机则可将负载的煤拉空后再停止运行, 应急响应必 须精准而迅速。 4 其他功能要求。系统应同时具备急 停保护功能, 即可同时对四部皮带输送机进行紧急停车 操作; 具备运行速度调节功能, 根据需求将皮带输送机设 定为分级调速或者无级调速模式; 具备完善的监控及保 护功能, 对皮带输送机运行进行实时监控及保护。 2协同控制系统设计 2.1P L C选型及控制系统结构设计 为了使协同控制系统运行更加可靠, 该系统可实现自 动控制及人工操作两种模式的切换, 对四部皮带输送机的 自动控制及人工操作均可在一个集中主控室内实现, 并配 备四部皮带输送机运行状态监测的显示系统及语音报警 系统。该系统的核心部件为P L C, 其选型对系统功能的实 现至关重要, 选型时必须综合考虑与本系统的匹配性、 P L C品牌力、P L C综合性能以及投入成本 [4,5], 经过比对, 我们选取山东尤洛卡公司生产的P L C及其配套的控制系 统、 保护系统、 监控及人机交互系统K T 4 2 0型 。 图1 协同控制系统架构及接线示意图 11 自动化控制理论与应用 自动化应用 收稿日期 2 0 1 9 - 0 5 - 0 6 2 0 1 9年第0 6期 根据第一节所述的系统功能要求, 设计系统架构及 接线要求, 如图1所示。根据图中所示,F X 1 N - 4 0MR及 C OM 1 - 3为信息传递电缆, 控制系统设有输入端及输出 端, 输入端包括皮带启动开关S B 1、 皮带停止开关S B 2以 及四部皮带的故障开关 S Q 1、S Q 2、S Q 3、S Q 4 , 输出端包 括KM 1、KM 2、KM 3、KM 4四个处置信号, 其信息输入输 出及分配表如表1所示。 表1 协同控制系统输入端及输出端故障信号表 输入端信号输出端信号 名称符号名称符号 启动开关故障 A 0 M 1皮带输送机故障A 1M 1皮带输送机B 1 M 2皮带输送机故障A 2M 2皮带输送机B 2 M 3皮带输送机故障A 3M 3皮带输送机B 3 M 4皮带输送机故障A 4M 4皮带输送机B 4 停止开关故障 A 5 2.2系统工作流程设定 根据编程规则及系统要求, 编制控制系统的主程序 及故障处置程序, 主程序控制正常情况下四部皮带输送 机的启动及停机, 而故障处置程序则控制四部皮带输送 机的保护系统及故障处置过程, 如故障时的紧急停车反 映及顺序, 异常情况发生时撕裂、 跑偏、 急停、 堆煤、 烟雾、 温度六大保护及时动作, 进行处置。 根据皮带输送机协同控制要求, 对系统工作流程进 行程序设定, 首先应启动最外端的M 4皮带输送机, 然后 对运行信号进行检测, 检测到正常的运行信号即发出指 令启动M 3皮带输送机, 无法检测正常的运行信号则不 启动M 3皮带输送机, 并启动故障检测程序进行处置, 依 据设定好的程序依次启动M 3、M 2、M 1皮带输送机; 停机 时则先停止M 1皮带输送机, 并检测其停止信号, 若检测 到正常的停止信号即发出指令停止M 2皮带输送机, 若 无法检测正常的停止信号则不停止M 2皮带输送机, 并 启动故障检测程序进行处置, 依据设定好的程序依次停 止M 2、M 3、M 4皮带输送机。 3结语 选取山东尤洛卡公司生产的P L C及其配套的控制 系统、 保护系统、 监控及人机交互系统K T 4 2 0型 , 依据 皮带输送机协同控制系统对该矿主运输巷道内四部皮带 输送机进行协同控制, 使皮带输送机的操作及运行更加 智能、 高效、 便捷及可靠, 并基于内置的保护系统及故障 处置系统, 大大降低系统故障率, 提高生产安全系数。 参考文献 [ 1]刘晓宁.煤矿 皮 带 输 送 机 的 故 障 分 析 及 智 能 监 测 研 究 [ J].煤炭与化工,2 0 1 6,3 98 9 4 - 9 5,9 8. [ 2]宋伟.井下皮带输送机运行状态在线监测系统[D].青岛 青岛科技大学, 2 0 1 4. [ 3]冯世刚.煤矿皮带运输集控系统的设计[D].重庆 重庆大 学, 2 0 1 3. [ 4]白生威.P L C在皮带输送机控制中的应用[J].电工技术, 2 0 0 66 5 4 - 5 5. [ 5]张攀峰, 张开生, 郭国法.基于P L C控制的皮带输送机系 统的应用[ J].微计算机信息,2 0 0 51 5 5 0 - 5 1,1 3 8. 上接第6页 图4 系统整体效果图 图5 火场识别效果 参考文献 [ 1]陈丽枫, 王佳斌, 郑力新.采用HOG特征和机器学习的行 人检测方法[ J].华侨大学学报,2 0 1 8,3 95 7 6 8 - 7 7 3. [ 2]武光利, 王绵沼.基于HOG特征与S VM分类器的行人检 测研究[ J].中国有线电视,2 0 1 71 2 1 4 1 3 - 1 4 1 5. [ 3]武文静.监控视频中的人体检测与跟踪算法研究[D].南 京 东南大学, 2 0 1 5. [ 4]D a l a lN,T r i g g sB. H i s t o g r a m so fo r i e n t e dg r a d i e n t sf o r h u m a n d e t e c t i o n[C] / /2 0 0 5 I E E E C o m p u t e r S o c i e t y C o n f e r e n c eo nC o m p u t e rV i s i o na n dP a t t e r nR e c o g n i t i o n, 2 0 0 58 8 6 - 8 9 3. 21 自动化应用 自动化控制理论与应用