论文部分内容阅读
摘 要：目前随着科技的不断发展，煤矿企业的生产设备也在逐渐朝着现代化、自动化和系统化的方向不断发展。三河尖煤矿洗运科也引进了大型PLC集中控制系统，极大的提高了煤炭洗选的自动化、集成化，提高了生产的效率。但是在实际的使用过程中，洗运科原煤运输系统的101皮带并没有完全自动化，其与主井口的给煤机没有进行电气联锁，这样对于生产的安全性产生了不利影响。为此，三河尖煤矿企业决定对系统进行改造，利用PLC实现101皮带与给煤机的联锁。现本文就主要对这一改造过程进行了探究，以供相关人员参考。
关键词：PLC；101皮带；给煤机；联锁
PLC作为一种可编程控制技术，在现代多种自动化设备中有着广泛应用。尤其是近年来PLC技术逐渐成熟完善，微处理芯片价格下降使得PLC成本下降，更是使得PLC的应用范围更广。三河尖煤矿洗运科原煤运输系统在进行改造时，首先也考虑采用PLC技术作为改造工程的首选技术。技术人员结合实际的生产情况和运输系统的特点，提出了两种改造方案。以下本文就对这两种改造方案进行分析，并指出方案一是相对较为优良的改造方案，取得了很好的改造效果。
1 问题提出
101皮带是三河尖煤矿洗运科原煤运输系统中的主要运输皮带之一，全矿年产的200多万吨原煤要经过它输送到洗运科原煤分选车间，因而其运行是否安全可靠直接影响到矿井的原煤生产。原电器控制系统中101皮带与主井口给煤机没有电气联锁，也就是说当101皮带停止运行时而向101皮带给煤的给煤机不会自动停止运行，由于给煤机运行时的噪音、电器故障等客观和主观因素，有时会出现皮带停止运行时给煤机司机不能及时发现停车，造成煤碳埋机尾撕断皮带的恶性事故，给安全生产留下了隐患，严重的影响了矿井的安全生产。
2 技术分析
一般电气联锁的实现是采用交流接触器的常开或常闭辅助触点串入另一电路中实现电器联锁，而101皮带的控制电动机的交流接触器位于原煤主厂房三楼的配电室，为抽屉式控制柜。一次回路为交流660V电压，采用暗管式布线，二次控制回路为交流220V电压。而给煤机电器控制柜位于主井口，两地相距200余米，一次回路为交流380V电压，两控制柜距离较远，因而给布联锁线带来了一定的困难，在技改时集控上软件也没有实现联锁。为了解决这一问题对现场进行多次研究分析综合各种因素提出了两种解决方案。
3 改造方案
方案一：利用plc控制器检测皮带的运行与停止。
PLC组成：
PLC由中央处理单元，输入输出单元高速计数单元组成。西门子研制的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。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。
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。输入部分是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）。控制部分是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。输出部分是用于与外部输出设备连接。PLC运行时，内部要进行四大类操作[28]：公共操作（以故障诊断、通信处理为主），数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。
目前中国市场上应用最多的是德国西门子品牌的PLC和日本三菱品牌的PLC。日本三菱FX-1S PLC是一种集成型小型的PLC，具有体积小功能强大价格便宜等优点，而且性能稳定易于编程。西门子S7-200也是一种中小型PLC，但是它体积和价格要高于FX-1s，其优势主要在通讯功能上，但在这里不需要通讯，综合各方面的因素决定采用三菱FX-1S PLC控制器。利用PLC对101皮带的运行状态进行检测。在101皮带的机尾滚筒上安装磁钢，用NPN形磁感应传感器对其进行检测，滚筒每旋转一圈给PLC一个脉冲信号，用速度检验指令SPD来测速，当检测到速度为零时，输出继电器动作断开给煤机的二次控制回路，同时警铃响三声报警。其优点为101皮带的电气部分不需任何改动并能实现自动报警。缺点是需要PLC一个，滚筒上要加传感器成本较高。其传感器电路图和给煤机回路分别如图1、图2所示：
图1 传感器电路图
图2 给煤机控制回路
FX-1S 三菱plc控制程序如下：
0 LD M8000
1 SPF X000 K1000 D0
8 LD M8000
9 CMP K1 D0 M0
16 LD M2
17 OUT Y000
18 LDI C0
19 ANI M2
20 ANI T1
21 OUT T0 K10
24 LD T0
25 OUT T1
28 LDI C0
29 AND T0
30 OUT C0 K4
33 OUT Y001
34 LD M2
35 RST C0
37 END
方案二：从主厂房的电器控制室引出101皮带电动机的交流控制器辅助触点常开信号，然后串入井口给煤的二次回路中，当101皮带运转时，控制电动机的交流接触器吸合，常开辅助触头闭合，井口给煤机启动做好准备工作。当101皮带停止运转时，101皮带电动机的接触器常开辅助触点断开，从而切断给煤机的控制电路，给煤机停止工作。其缺点是要用到101皮带的控制电路，并要从配电室放200余米控制线至井口，放线比较困难。其电路图如图3所示。
4 问题解决
综合考虑各方面的因素最终采用方案一。经过一年来的实际运行证明其运行可靠，对安全生产起到了良好的作用，保证了矿井的安全生产。
5 结论
生产实践表明，结合实际需求对101皮带和给煤机进行联锁改造，解决了多年来遗留下来的安全生产隐患。PLC的使用极大的减少了设备故障，为保证煤矿的安全生产、减人提效，提供了坚实的基础保障，为保证安全生产创造了条件。具有很大的推广价值。
参考文献
[1]李晓静.矿用胶带输送机自动控制系统研究[D].太原：中北大学，2014.
[2]王波.基于PLC的矿用皮带运输机集控系统的开发与研究[D].太原：太原理工大学，2011.
[3]杨薛.多级皮带机集中控制系统的设计[D].淮南：安徽理工大学，2015.
关键词：PLC；101皮带；给煤机；联锁
PLC作为一种可编程控制技术，在现代多种自动化设备中有着广泛应用。尤其是近年来PLC技术逐渐成熟完善，微处理芯片价格下降使得PLC成本下降，更是使得PLC的应用范围更广。三河尖煤矿洗运科原煤运输系统在进行改造时，首先也考虑采用PLC技术作为改造工程的首选技术。技术人员结合实际的生产情况和运输系统的特点，提出了两种改造方案。以下本文就对这两种改造方案进行分析，并指出方案一是相对较为优良的改造方案，取得了很好的改造效果。
1 问题提出
101皮带是三河尖煤矿洗运科原煤运输系统中的主要运输皮带之一，全矿年产的200多万吨原煤要经过它输送到洗运科原煤分选车间，因而其运行是否安全可靠直接影响到矿井的原煤生产。原电器控制系统中101皮带与主井口给煤机没有电气联锁，也就是说当101皮带停止运行时而向101皮带给煤的给煤机不会自动停止运行，由于给煤机运行时的噪音、电器故障等客观和主观因素，有时会出现皮带停止运行时给煤机司机不能及时发现停车，造成煤碳埋机尾撕断皮带的恶性事故，给安全生产留下了隐患，严重的影响了矿井的安全生产。
2 技术分析
一般电气联锁的实现是采用交流接触器的常开或常闭辅助触点串入另一电路中实现电器联锁，而101皮带的控制电动机的交流接触器位于原煤主厂房三楼的配电室，为抽屉式控制柜。一次回路为交流660V电压，采用暗管式布线，二次控制回路为交流220V电压。而给煤机电器控制柜位于主井口，两地相距200余米，一次回路为交流380V电压，两控制柜距离较远，因而给布联锁线带来了一定的困难，在技改时集控上软件也没有实现联锁。为了解决这一问题对现场进行多次研究分析综合各种因素提出了两种解决方案。
3 改造方案
方案一：利用plc控制器检测皮带的运行与停止。
PLC组成：
PLC由中央处理单元，输入输出单元高速计数单元组成。西门子研制的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。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。
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。输入部分是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）。控制部分是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。输出部分是用于与外部输出设备连接。PLC运行时，内部要进行四大类操作[28]：公共操作（以故障诊断、通信处理为主），数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。
目前中国市场上应用最多的是德国西门子品牌的PLC和日本三菱品牌的PLC。日本三菱FX-1S PLC是一种集成型小型的PLC，具有体积小功能强大价格便宜等优点，而且性能稳定易于编程。西门子S7-200也是一种中小型PLC，但是它体积和价格要高于FX-1s，其优势主要在通讯功能上，但在这里不需要通讯，综合各方面的因素决定采用三菱FX-1S PLC控制器。利用PLC对101皮带的运行状态进行检测。在101皮带的机尾滚筒上安装磁钢，用NPN形磁感应传感器对其进行检测，滚筒每旋转一圈给PLC一个脉冲信号，用速度检验指令SPD来测速，当检测到速度为零时，输出继电器动作断开给煤机的二次控制回路，同时警铃响三声报警。其优点为101皮带的电气部分不需任何改动并能实现自动报警。缺点是需要PLC一个，滚筒上要加传感器成本较高。其传感器电路图和给煤机回路分别如图1、图2所示：
图1 传感器电路图
图2 给煤机控制回路
FX-1S 三菱plc控制程序如下：
0 LD M8000
1 SPF X000 K1000 D0
8 LD M8000
9 CMP K1 D0 M0
16 LD M2
17 OUT Y000
18 LDI C0
19 ANI M2
20 ANI T1
21 OUT T0 K10
24 LD T0
25 OUT T1
28 LDI C0
29 AND T0
30 OUT C0 K4
33 OUT Y001
34 LD M2
35 RST C0
37 END
方案二：从主厂房的电器控制室引出101皮带电动机的交流控制器辅助触点常开信号，然后串入井口给煤的二次回路中，当101皮带运转时，控制电动机的交流接触器吸合，常开辅助触头闭合，井口给煤机启动做好准备工作。当101皮带停止运转时，101皮带电动机的接触器常开辅助触点断开，从而切断给煤机的控制电路，给煤机停止工作。其缺点是要用到101皮带的控制电路，并要从配电室放200余米控制线至井口，放线比较困难。其电路图如图3所示。
4 问题解决
综合考虑各方面的因素最终采用方案一。经过一年来的实际运行证明其运行可靠，对安全生产起到了良好的作用，保证了矿井的安全生产。
5 结论
生产实践表明，结合实际需求对101皮带和给煤机进行联锁改造，解决了多年来遗留下来的安全生产隐患。PLC的使用极大的减少了设备故障，为保证煤矿的安全生产、减人提效，提供了坚实的基础保障，为保证安全生产创造了条件。具有很大的推广价值。
参考文献
[1]李晓静.矿用胶带输送机自动控制系统研究[D].太原：中北大学，2014.
[2]王波.基于PLC的矿用皮带运输机集控系统的开发与研究[D].太原：太原理工大学，2011.
[3]杨薛.多级皮带机集中控制系统的设计[D].淮南：安徽理工大学，2015.