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摘要：煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分。矿井中，运输线路比较长，巷道条件多种多样，运输若不通畅，采掘工作或是其它的工作都无法进行，整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。煤矿的运输系统对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。为了保证煤矿运输系统可靠安全运行，对带式输送机进行集中监视和控制很必要。本文以煤矿主斜井及地面胶带输送机为背景，设计出了以PLC技术为核心的集中控制系统，提高了运输系统的监测和控制水平。
关键词：可编程序控制器；集中控制；胶带运输系统；
前言
随着科学技术的不断发展，矿井生产规模的不断扩大，运输系统也经历了不断的变革和进步，并以煤流运输的连续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。由于胶带输送机的输送能力变化范围大、运输距离长、货载和输送机间没有相对运动、运转时阻力小等，因而具有适应性强、工作平稳可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修方便等优点，在选煤厂中得到广泛应用。
1 胶带输送机集中控制系统
1.1集中控制系统的重要性
矿井胶带运输系统是原煤运输的唯一途径，是矿井生产的重要环节，因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井胶带运输系统分布广、信息分散以及控制要求高的特點，随着矿井生产规模的不断扩大，以及技术水平的不断提高，现代化矿井也需要现代化的管理，因此对胶带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。
传统人工就地分台控制需要操作人员太多且常有以外事故发生，而集中控制方式，是在整个运输线上新增一套集中控制装置，在控制室内集中操纵机构，由一名司机来完成操作。不但节省了大量的司机人员，也为及时发现故障，缩短停产时间和综合自动化创造了条件，已经成为矿井胶带运输的主要控制方式。
1.2集中控制系统的问题现状
皮带机的综合自动化控制是整个矿井实现自动控制的重要组成部分。目前对胶带输送机集中控制系统存在的主要问题有：
（1）在安全保护方面，为提高胶带输送机运行的可靠性，安全性，减少故障，提高效率，多种检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测，但是这些系统是相互独立的。
（2）故障检测系统误报率高。误报将造成胶带输送机不应有的停机，使全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。
（3）皮带机的控制、运行、保护等信息不能较好的与矿井其他控制系统共享，不能与整个矿井信息系统的集成。视频监视系统不规范，没有语音通讯功能，不能实现无人值守。
2 集控系统PLC
2.1PLC简介
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。可编程序控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应这一潮流出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。可编程序控制器简称PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其它领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速发展。
2.2PLC系统构成
PLC的硬件系统由CPU、I/O扩展机及外部设备组成。如图2.3.9所示。西门子PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。本次设计所采用的S7—300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其它PLC或其它设备通信。
与继电器控制系统相比，PLC可以认为是由输入部分、控制部分和输出部分等组成，但它是采用大规模的集成电路的微处理器和存储器来代替继电器控制线路，控制作用是通过编制好并存入内存的程序来实现的。我们可以认为PLC的等效电路如下：
输入部分：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一个受控于外部用户输入设备的继电器线圈（输入继电器）。
控制部分：等效于一个受控于内部逻辑的一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备的继电器。
输出部分：用于与外部输出设备连接。
3 集控系统PLC设计
3.1CPU的选择
PLC是为工业自动化而设计的通用控制器，不同档次的PLC的响应速度一般能满足起应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者应用中的某些功能或信号有特别的速度要求时，确定PLC的型号就应特别慎重。
考虑系统通讯和冗余的要求，年产200万吨左右的中型煤矿选用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合适的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线（PROFIBUS） SINEC L2-DP接口的CPU模块。内置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。最大配置4个机架，32块模块。满足设计需要。
3.2数字量模块选择
输入模块的选择时应注意以下几方面：a.根据现场设备与模块之间的距离来选择模块电压水平，其传输距离不宜太远；b.模块的同时接通点数不宜太多，一般来讲，同时接通点数不要超过输入点数的60%；c.为提高控制系统的可靠性，应考虑其门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。
综合考虑以上几点，本次设计中选用直流32点输入的输入模块SM321（6ES7 321-1BL00-0AA0）。操作台输入开关量有23个点，远程I/O主提升皮带输入开关量有38个，其他皮带输入开关量点数都少于20个。故操作台输入模块SM321选1块，主提升皮带远程I/O选2块，其余皮带远程I/O各选1块，一共选9块输入模块SM321。
3.3模拟量模块选择
模拟量输入模块SM331的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，主要是由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。在此项目中，我们的模拟量信号7滚筒红外测温0～10V电压信号，7测速传感器4～20mA电流信号，选用8通道的模拟量输入模块SM331，端子接线图和端子框图如图2所示.SM331的每两个输入通道构成一个输入通道组，可以按通道组任意的选择测量方法和测量范围。模块上需要接DC24V的负载电压L+，有反极性保护功能。
总结
矿井胶带运输系统是分布复杂，部件繁多，且又要求运行协调一致的连续运输系统。因此在胶带运输系统集中监视和控制，保证胶带的安全可靠运行，提高运输效率是很必要的。本文介绍了一种以S7-300 PLC为核心的皮带输送机集中控制系统，重点阐述了实际情况中集中控制系统需要的结构和要完成的控制功能，估算的输入输出点数和要求的PLC的存储容量及响应速度，确定所用PLC的型号和功能模块。本文设计出了以PLC技术为核心的集中控制系统，有效提高了运输系统的监测和控制水平，提高煤矿生产力做出贡献。
参考文献：
[1]范明栋，闵涛，李明航.输送机地面集中控制系统的应用[J].煤矿机电，2007，（4）：97-99.
[2]秦福建.带式输送机常见故障的分析与处理方法[J].有色冶金节能，2005，22，（1）：37-39.
[3]薛琳，黄鹤松.矿用胶带机集中控制系统的研制[J].工矿自动化，2006，（5）：83-85.
关键词：可编程序控制器；集中控制；胶带运输系统；
前言
随着科学技术的不断发展，矿井生产规模的不断扩大，运输系统也经历了不断的变革和进步，并以煤流运输的连续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。由于胶带输送机的输送能力变化范围大、运输距离长、货载和输送机间没有相对运动、运转时阻力小等，因而具有适应性强、工作平稳可靠、动力消耗小、机件磨损小、使用维修方便等优点，在选煤厂中得到广泛应用。
1 胶带输送机集中控制系统
1.1集中控制系统的重要性
矿井胶带运输系统是原煤运输的唯一途径，是矿井生产的重要环节，因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井胶带运输系统分布广、信息分散以及控制要求高的特點，随着矿井生产规模的不断扩大，以及技术水平的不断提高，现代化矿井也需要现代化的管理，因此对胶带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。
传统人工就地分台控制需要操作人员太多且常有以外事故发生，而集中控制方式，是在整个运输线上新增一套集中控制装置，在控制室内集中操纵机构，由一名司机来完成操作。不但节省了大量的司机人员，也为及时发现故障，缩短停产时间和综合自动化创造了条件，已经成为矿井胶带运输的主要控制方式。
1.2集中控制系统的问题现状
皮带机的综合自动化控制是整个矿井实现自动控制的重要组成部分。目前对胶带输送机集中控制系统存在的主要问题有：
（1）在安全保护方面，为提高胶带输送机运行的可靠性，安全性，减少故障，提高效率，多种检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测，但是这些系统是相互独立的。
（2）故障检测系统误报率高。误报将造成胶带输送机不应有的停机，使全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。
（3）皮带机的控制、运行、保护等信息不能较好的与矿井其他控制系统共享，不能与整个矿井信息系统的集成。视频监视系统不规范，没有语音通讯功能，不能实现无人值守。
2 集控系统PLC
2.1PLC简介
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。可编程序控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应这一潮流出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。可编程序控制器简称PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其它领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速发展。
2.2PLC系统构成
PLC的硬件系统由CPU、I/O扩展机及外部设备组成。如图2.3.9所示。西门子PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。本次设计所采用的S7—300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其它PLC或其它设备通信。
与继电器控制系统相比，PLC可以认为是由输入部分、控制部分和输出部分等组成，但它是采用大规模的集成电路的微处理器和存储器来代替继电器控制线路，控制作用是通过编制好并存入内存的程序来实现的。我们可以认为PLC的等效电路如下：
输入部分：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一个受控于外部用户输入设备的继电器线圈（输入继电器）。
控制部分：等效于一个受控于内部逻辑的一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备的继电器。
输出部分：用于与外部输出设备连接。
3 集控系统PLC设计
3.1CPU的选择
PLC是为工业自动化而设计的通用控制器，不同档次的PLC的响应速度一般能满足起应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者应用中的某些功能或信号有特别的速度要求时，确定PLC的型号就应特别慎重。
考虑系统通讯和冗余的要求，年产200万吨左右的中型煤矿选用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合适的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线（PROFIBUS） SINEC L2-DP接口的CPU模块。内置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。最大配置4个机架，32块模块。满足设计需要。
3.2数字量模块选择
输入模块的选择时应注意以下几方面：a.根据现场设备与模块之间的距离来选择模块电压水平，其传输距离不宜太远；b.模块的同时接通点数不宜太多，一般来讲，同时接通点数不要超过输入点数的60%；c.为提高控制系统的可靠性，应考虑其门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。
综合考虑以上几点，本次设计中选用直流32点输入的输入模块SM321（6ES7 321-1BL00-0AA0）。操作台输入开关量有23个点，远程I/O主提升皮带输入开关量有38个，其他皮带输入开关量点数都少于20个。故操作台输入模块SM321选1块，主提升皮带远程I/O选2块，其余皮带远程I/O各选1块，一共选9块输入模块SM321。
3.3模拟量模块选择
模拟量输入模块SM331的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，主要是由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。在此项目中，我们的模拟量信号7滚筒红外测温0～10V电压信号，7测速传感器4～20mA电流信号，选用8通道的模拟量输入模块SM331，端子接线图和端子框图如图2所示.SM331的每两个输入通道构成一个输入通道组，可以按通道组任意的选择测量方法和测量范围。模块上需要接DC24V的负载电压L+，有反极性保护功能。
总结
矿井胶带运输系统是分布复杂，部件繁多，且又要求运行协调一致的连续运输系统。因此在胶带运输系统集中监视和控制，保证胶带的安全可靠运行，提高运输效率是很必要的。本文介绍了一种以S7-300 PLC为核心的皮带输送机集中控制系统，重点阐述了实际情况中集中控制系统需要的结构和要完成的控制功能，估算的输入输出点数和要求的PLC的存储容量及响应速度，确定所用PLC的型号和功能模块。本文设计出了以PLC技术为核心的集中控制系统，有效提高了运输系统的监测和控制水平，提高煤矿生产力做出贡献。
参考文献：
[1]范明栋，闵涛，李明航.输送机地面集中控制系统的应用[J].煤矿机电，2007，（4）：97-99.
[2]秦福建.带式输送机常见故障的分析与处理方法[J].有色冶金节能，2005，22，（1）：37-39.
[3]薛琳，黄鹤松.矿用胶带机集中控制系统的研制[J].工矿自动化，2006，（5）：83-85.