煤矿自动装车系统中PLC的应用及设计.pdf

总第 1 5 1 期 2 0 1 5年第 9 期 应用技 术 机 械 管 理 开发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVELOPM ENT T o t a l o f 1 51 No ． 9 2 0 1 5 煤矿 自动装车系统 中 P L C的应用及设计 张亮 亮 大 同煤矿 集 团雁崖 煤 业公 司 电气 区，山西大 同0 3 7 0 0 0 摘要 通过 P L C可 编程逻 辑控 制 器，对 装 车 系统 的硬 件 动作 按 照 实 际要 求进 行控 制 ，进 而 实现 装 车 系统 自动化 。分析 了 P L C煤矿 自动 装 车 系统 的原理 功 能 ，从 硬 件 组 成和 软件 设 计 两个 方 面论 述 了 P I C 的 应 用设 计 。 关键 词 自动装 车 系统 ； P L C；原理 功能 ； 应 用设计 中图分类 号 T D 6 3 9 文献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 9 ． 0 0 8 8 ． 0 2 D O I 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ j ． c n k i ． C F I 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 3 1 引 言 通过 P L C实现煤矿生产 的 自动化 已经成为一 种趋势 ， 利用 P L C控制器构建 自动化 的控制 系统 ， 可以有效 提升煤 矿生 产 的效率 ， 减 少煤 矿生 产 的 易发事故 ， 进 而实现煤矿生产经 济效益显著 提升 。 P L C 自动控 制 系统 可 以分为 硬 件 和软 件 两个 层 面 ， 进行 自动 化系 统构 建 ， 需要 从两 个层 面 人手 ， 逐 一 实 现 自动 化 。 1 P L C概 述 P L C的应用范围十分广泛 ， 不论是 煤矿生产 ， 还是机械加工 ， 都可 以通过 P L C构建 自动化 的控 制系统 ， 实 现生产 自动化l_ 1 ] 。P L C又称 为 可编程 逻辑控制器 ， 通 过编制逻辑程序 ， 对硬 件动作进行 条件限制 ， 进 而实 现生 产控 制 自动化 。P L C基 于 二进制运算 ， 可以将脉 冲信号转 化为数字 信号 ， 通 过运算软 件对 数字信 号 进行 分析处 理 ， 再转 化 为 脉冲信号实现 输 出。在 某种 程度 上来说 ， P L C和 计 算机 比较相似 ， 都是 由 C P U、 输入 、 输 出、 储存 器 和 电 源 这 五个 部 分 构 成 的 2 ] 。 实 现 P L C 自动 控 制 ， 对 于 煤 矿 生 产 具 有 积 极 作 用 。首先 ， 通 过 P L C 自动控 制系统可 以实现煤 矿生产作业 自动化 ， 减少人力投 入 ， 相应 地就可 以 收稿 日期 2 0 1 5 0 8 2 0 作者 简介 张 亮亮 1 9 8 6 一 ， 男，山 西大 同人 ，本 科，助力工程师，从事电气工程及其 自动化研究。 减少人为 因素对煤 矿 生产形 成 的影 响， 提 升煤 矿 生产安全程度 。其次 ， 通过 P L C 自动 控制 系统可 以提升煤矿 生产各 个环 节 的衔接 度 ， 实现 煤矿 生 产各环节的高效 衔接 ， 提升煤矿生 产效率 。最后 ， 通过 P L C 自动控制 系统可 以实 现变频 控制 ， 根据 实际工作需 求 自动调整 机械 运行 状态 ， 降低机 械 运行过程 的能耗 ， 有助于提升企业经济效益 。 虽然 P L C 自动控制系统的功能强大 ， 并且在许 多领域都有十分广泛的应 用。但是 ， P L C系统相对 来说也是 比较脆弱的 ， 容 易受 到各种 内部 因素和外 部 因素的干扰 ， 进而导致程序执行出现错误 ， 自动化 功能受 到阻碍 。比如， 温度 因素会影 响传感器 的精 确度和灵敏度 ， 电磁因素会影 响数据信号传输 的稳 定性和可靠性 ， 煤矿井下 的安全 因素可能导致 P L C 系统硬 件 受 到破 坏 。所 以 ， 在 构建 P L C 自动 控 制 系 统时 ， 应当充分考虑各种影 响因素 ， 做好相应的应对 措施 ， 将外界因素和内部因素的干扰降至最低 ， 确保 P L C系统能够发挥 出根本效用。 2 P L C 自动 装 车 系统 的原 理 和 功 能 根据煤矿装 车 系统运 用 的实 际情 况 ， 主 要是 由皮带机 、 皮带秤 、 给煤机 、 煤 仓 、 电子轨道 等部分 组成 的。具体工作流 程为 运煤 车进入 煤仓 ， 在 电 子轨道上稳定停 止 ， 通 过传感器传输控 制信号 ， 输 送机和给煤 机启 动 ， 将煤 装入 运煤 车 中 。通过 皮 带秤对煤量进行 监测 ， 在 达到设定值 时， 控 制系统 发出终止 指令 ， 皮 带机 和给煤 机停 止 运转 。这一 2 0 1 5年第 9期 张亮亮 煤矿 自动装车系统 中 P L C的应用及设计 过程就实现单节车厢装煤 ， 只需 重复这一 过程 ， 就 可 以实现整列运煤车 自动装煤 。根据装 车系统 的 基本工作流程来看 ， 进行 P L C 自动装 车系统设 计 时 ， 应 当满足 以下几个方面的基本功能I 3 ] 。 1 装 车具体 流程 中， P L C 自动控 制系统 需要 采集皮带 煤 流 流 量 、 电子 轨 道 负 重 、 煤 仓 运 行 状 态 、 给煤机 运行 状态 以及 皮 带机 运行 状态 等 多个 数据信息 。因此 ， 在构建 P L C 自动控制 系统 ， 需要 在这些部位上加装适量的传感器用 于采集数据 。 2 实现 自动控制功能需要一个集 中控制室， 能 够对传感器回传数据进行全面分析处理 ， 并根据结 果分析处理发出对应指令 。构建集 中控制室 ， 可 以 将 自动装车系统各个环节 的工作集 中到一起 ， 实现 精细快速高效地控制 ， 有利于生产一体化构建 。 3 P L C 自动 控 制 系统 的各个 部 分具 有 联锁 功 能 ， 相关操作 应该根据合 理的顺序 进行 ， 不能 出 现越权操作 ， 比如启动 、 停机等 。 4 P L C 自动控制 系统构建 过程 中 ， 应 当实现 三种控制手段 ， 即可以通过 P L C系统 自动控制 、 现 场就地控制 以及 手动控制这 三种 方式对装车 系统 实现可靠 的控制 。 5 P L C自动控制系统应该 具有 故 障诊 断 、 自 动报警 、 数据生成等一 系列基本功 能 ， 实 现 自动 装 车系统安全 、 可靠 、 稳定运行 。 3 P L C 自动 装 车 系 统 的硬 件 组 成 和 软 件 设 计 3 ． 1 硬 件组 成 硬件组成是 P L C自动装车 系统构建 的基本前 提 ， 一般来说 可 以分 为三个 环节 ， 即 P L C选 型 、 I ／ 0模块设计和外 部接线 。 P L C选型 就 是根 据 自动 装 车 系统 的构 建 要 求 ， 选择适 当的功 能模 块 。由于 自动装 车 系统 主 要是通过 开关 量控 制实 现控 制任 务 ， 因此 需要 选 择具有 A／ D转换输 入模块 和 D／ A 转换输 出模 块 的控制器 ， 同时还需选择相对 应 的各 型传感器 ， 诸 如压力 传感 器 、 温度 传感 器等 。具体 型 号可 以选 择 S MATI C 8 7 3 0 0型 的 P L C， 结 构优 良， 坚 固耐 用 ， 并且具有 良好 的通讯 能力和扩展 能力 ， 非常适 用 于煤矿 自动装车 系统构建 。 I ／ O模块设计需要着重考虑监控状态量 ， 根 据 实际情况而言 ， 主要应该 监控 以下 状态量 一是 对 8 9 煤仓煤量 利 用料位 进行 监 控 ； 二是 利用 温 度传 感 器对电机 的转 子、 轴承 、 绕组 等部件 的温度进 行监 控 ； 三是对 主 回路 、 控 制 电路 的电压 、 电流 等进 行 监控 ； 四是对 给煤 机 、 绞 车 、 皮带 机 等设 备 的运 行 状态进行监 控 ； 五是 对集 控 中心 的指令 通 过控 制 模块进行 传输 ， 实现 自动化控制 。 外部接线应该根据实际情况进行 ， 总 的来说 主 要包括了 以下 几个方 面 一 是 电源选 用 ， 通 常使 用 2 2 0 V的交流电源作为 P L C电源 ， 为了防止供 电出 现波动 ， 可 以设置隔离变压器 ， 并且需要设置独立断 路器 ； 二是接地处理 ， 对于 P L C而言 ， 基本上可以不 进行接地处理 ， 但是 ， 如果接地条件存在 ， 则应该 尽 量进行接地 处理 ， 确保 P L C系统安全 ， 提升其抗 干 扰能力 ； 三是 P L C可 以和 电流型设备连接 ， 但不 可 与电压型设备连接 。尤其是在设计 I ／ O时， 需要 充 分考虑设备兼容性以及 电流、 电压的影响 ； 四是漏 电 流可能对 P L C输出造成影 响， 可以并联旁路 电阻到 负载两端 ， 以此削弱 P L C受到的影响 。 3 ． 2 软件设计 P L C软件和上位软件构建煤矿 自动装车 系统 的两个重要部分 ， 其 中 P L C程序编制是关键重点 。 P L C程 序编 制应 该 根据 选用 的 P L C控 制 器 进行 ， 常用的程序编制模 式为梯形 图 ， 通 过逐级 的 逻辑程序控 制 ， 实现装 车 自动 化 。设计 P L C程 序 的途径有两 种 一是先进 行硬件 组态 ， 再 进行程 序 编制 ； 二是先进行程序 编制 ， 在进行 硬件组 态 。两 种方式各有优 劣 ， 但 是对 于煤 矿 自动装 车 系统 而 言 ， 先进行组 态 ， 再进 行 程序 编制 ， 可 以简化 程 序 编制的难度 。具体来 说 ， 程 序编 制的逻辑 流程 为 程序初始化一信 号采集一是 否 自动一 是 控制策 略一是否装满一 是 挡板正转一 绞车工作一 最后 一 节一 是 车满一 是 结束程 序 。这就是一 个完 整 的正常的 自动化逻辑控 制程序 。 上位机软件可 以使用 Wi n C C进行 设计 ， 优化 煤矿 自动装车系统 的监控能力 ， 以便 对给煤机 、 皮 带机等设备 的运行状 态进行实 时全 面显 示 。通过 主界 面 ， 还可 以实 现煤 矿 自动装 车 系统 的手 段控 制及 自动控 制 ， 根 据车 中煤 量 、 煤 车位 置 、 电机状 态等 对 系统 进行 控 制 ， 达 成 最优 工 作 状态 。 上 位 下转 第 1 1 1 页 2 0 1 5年 第 9期 杨 光 关于煤矿长距离皮带输送机跑偏 偏 ， 首先要检查滚筒有 无异 常或者 串动 ， 然后 调整 滚筒到水平位置 ， 消除跑偏确保其正常转 动。 5 校正给料 。在传送物料 的时候 ， 如果物料输 较少一般不会跑偏 ， 但是当物料较多的时候就很容 易产生跑偏 ， 遇到重载的时候 可以调整物料的质量 或者位置 ， 使其受力均匀 ， 从而消除跑偏 ] 。 4 结 语 皮带跑偏是输送机最 为常见 的一种故 障， 在煤 矿生产过程 中要 对此给 予高度 重视。在 传送机 械 实际运行及维护的工作过程 中， 不但要对皮带跑偏 的原 因、 规律进行深人的研究分析， 而且还需结合生 1 1 1 产现场的实际情况 ， 按照规 范流程进行操 作 ， 同时 ， 也要时刻关注皮带传送 的情况 ， 一旦发 现问题立刻 有针对性地进行维护和保养 ， 保证传送机械的安全 、 稳定运行 ， 保障煤矿 的生产与发展 。 参 考 文献 [1] 蒋权 ， 甄晓阳 ， 王晓辉 ， 等． 输送带跑偏故障 的原 因及诊 断[ J ] ． 机械工程 与 自动化 ， 2 0 1 4 ， 1 3 2 1 4 1 1 4 3 ． [2 ] 邓守峰 ， 范春波． 浅析皮带输送机皮带跑偏原 因及解决 措施E J ] ． 锅炉制造 ， 2 0 1 4 ， 1 3 5 6 0 6 2 ． 编辑 赵琳琳 Be l t De v i a t i o n o f t h e Lo ng Be l t Co nv e y o r o f Co a l M i n e Ya ng Gua n g Ta i yu a n Uni v e r s i t y of Te c hno l o gy，Ta i yu a n Sh a nxi 03 00 0 1 [ A b s t rac t ] Th e b e l t c o n v e y o r i s mo s t l y g e n e r a l s t r u c t u r e ， a n d t h e c o n v e y o r b e l t r u n n i n g d e v i a t i o n i s o n e o f t h e mo s t c o mmo n f a u l t i n t h e p r o c e s s o f i t s o p e r a t i o n ，a n d i t wi l l i n f l u e n c e t h e n o r ma l p r o d u c t i o n ．Th i s p a p e r ma i n l y a n a l y z e s t h e b e l t r u n n i n g d e v i a t i o n c a u s e d b y s o me f a c t o r s ，a n d p u t s f o r wa r d s o me me a s u r e s t o p r e v e n t b e l t r u n n i n g d e v i a t i o n f a u l t ． [ K e y wo r d s J c o a l mi n e ； b e l t d e v i a t i o n ； t r a n s p o r t a t i o n ；f a c t o r ；f a u l t a n d me a s u r e 上接第 8 9页 机 可 以通过两 台工 控机 进行组 合 ， 其 中之一发生故 障时 ， 另 一台可 以进行 硬件冗 余 ， 确保 系统运行稳定正常 。通过 P L C软件程序编制 和上位软件设计 ， 可 以构建完 善 的 P L C 自动控制 系统 ， 对煤矿装 车系统实现 自动化构建 。 4 结 语 实现煤矿装 车 系统 自动 化 ， 对 煤 矿生 产具 有 十分重要 的作用 。P L C是实现 自动化控制 系统 的 有效手段 ， 在煤矿装 车 自动化 系统设计 时 ， 可 以通 过硬件组成和软件 设计 两个环节 ， 实 现 P L C的应 用 ， 以此构建 自动装车系统 。 参考文献 [1 ] 孙光明等． 基 于 P L C的煤矿 自动装车系 统研 究[ J ] ． 煤 矿机械 ， 2 O 1 2 5 2 0 2 1 ． [ 2] 邓洪龙． 自动 装 车系 统 的设计 与 应用 E J ] ． 氯碱 工业 ， 2 0 1 0 4 6 - 7 ． [ 3]赵鹏． 基 于 P L C技术 的煤 矿皮 带运输 系统的控制 改造 E J ] ． 科 技情 报开发与经济 ， 2 0 1 1 1 0 2 1 2 3 ． 编辑 张柯 慧 Ap pl i c a t i o n a nd De s i g n of PLC f o r Au t o - l o a di n g S y s t e m of Co a l M i ne Zh a ng Li a ng l i a n g Ya n y a C o a l M i n e Co mp a n y o f Da t o n g Co a l M i n e Gr o u p ，Da t o n g S h a n x i 0 3 7 0 0 0 [ Ab s t r a c t ] B y a n a l y z i n g P L C p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r ， t h e h a r d w a r e a c t i o n s h a l l b e c a r r i e d o u t i n a c c o r d a n c e wi t h t h e a c t u a l r e qu i r e me n t s of c ont r ol l o a d i n g s y s t e m ，t hus t o r e a l i z e t he a ut o ma t i c l oa d i n g s y s t e m．An a l y s i s of t he f u nc t i o n of PLC au t o ma t i c l o a d i n g s y s t e m ，t h e p r i n c i p l e o f c o a l mi n e ，f r o m t wo a s p e c t s o f h a r d wa r e a n d s o f t wa r e d e s i g n o f t h e a p p l i c a t i o n o f PL C d e s i g n i s d i s c u s s e d． E K e y wo r d s ] a u t o l o a d i n g s y s t e m； P L C；p r i n c i p l e a n d f u n c t i o n ； a p p l i c a t i o n