0 引言

    煤礦開采中帶式輸送機(jī)的應(yīng)用十分普遍，運輸量大、運輸距離長、減少運輸時間已經(jīng)成為帶式輸送機(jī)的新要求， 在保證帶式輸送機(jī)運輸效率的同時，確保其工作性能的穩(wěn)定性、可靠性十分必要，采用合理的控制系統(tǒng)對于確保輸送機(jī)性能有著重要意義。 PLC 憑借其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點，已經(jīng)成為控制系統(tǒng)的新趨勢，利用 PLC 進(jìn)行帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計也有著良好的發(fā)展前景。

1 控制系統(tǒng)的工作原理

    （1）自動控制系統(tǒng)

    自動控制系統(tǒng)依靠編寫好的程序進(jìn)行控制，同時操作人員也能在控制機(jī)上進(jìn)行適當(dāng)操作，輔助程序進(jìn)行控制。 啟動程序進(jìn)入自動控制后，程序?qū)_啟設(shè)備和停止設(shè)備，根據(jù)傳感器上的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障進(jìn)行調(diào)整。 為方便系統(tǒng)的修改，通常會創(chuàng)建維修日志，方便工作人員對設(shè)備的檢測修理。

    （2）手動控制

    這一控制方法主要依靠系統(tǒng)管理員進(jìn)行設(shè)備的啟動和停止， 可以對輸送帶的啟動流程進(jìn)行調(diào)整，其具體流程如圖 1 所示。 為提高輸送帶的使用效率，應(yīng)在輸送帶上沒有煤時及時停止，減少輸送帶的空轉(zhuǎn)運行，總的來說，手動控制對操作人員的技術(shù)水平要求較高，需要操作人員對控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

    （3）變頻控制PLC 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機(jī)的變頻控制，這一功能主要依靠變頻器實現(xiàn)， 同時變頻器的開啟、運行、停止?fàn)顟B(tài)都能在主控界面上顯示出來，當(dāng)出現(xiàn)故障報警時，也能及時記錄故障發(fā)生地點與故障信息。

圖1 手動控制流程圖

2 系統(tǒng)控制要求及硬件設(shè)計

    考慮系統(tǒng)的工作性能和實際使用需求，應(yīng)保證

    PLC 控制系統(tǒng)具有以下功能：

    （1）能夠通過控制調(diào)速耦合器實現(xiàn)輸送帶的軟啟動；

    （2）確保系統(tǒng) 3 臺電機(jī)之間的使用平衡；

    （3）能 夠?qū)崟r顯示控制系統(tǒng)的運行參數(shù) ，方便對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整；

    （4）擁有自動報警功能，發(fā)現(xiàn)故障后及時報警；

    （5）有自動和手動 2 種操作模式的任意切換功能。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

    在進(jìn)行硬件設(shè)備的選擇時，考慮到煤礦井下環(huán)境的特殊性，采用 BXW-120 隔爆安全控制箱作為主控裝置，并結(jié)合相應(yīng)的外圍開關(guān)、設(shè)備傳感器和信號保護(hù)系統(tǒng)，組成整個控制系統(tǒng)的核心部分。 該系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，目前廣泛應(yīng)用于煤礦井下運輸設(shè)備中，如：上運輸送帶、下運輸送帶、掘進(jìn)輸送帶等井下連續(xù)運輸設(shè)備。

    根據(jù)選擇的隔爆控制箱和輸入輸出點， 選擇MELSEC 系列作為 PLC 控制核心，該系列主要特點在于模塊化， 包括 Q00JCPU 模塊、DC 輸入輸出模塊、模擬模塊等。 其中 Q00JCPU 模塊由電源、基板、處理器等基本設(shè)備組成，輸入輸出模塊主要利用繼電器完成各設(shè)備的啟?？刂乒ぷ?。

    系統(tǒng)的硬件組成一大特點在于利用觸摸屏和PC 機(jī) 組合成為人機(jī)對話界面 ， 觸摸屏選擇三菱F940GOT 作為操作終端，該屏幕能夠?qū)崿F(xiàn)畫面與數(shù)據(jù)的同步監(jiān)視。 PLC 與觸摸屏之間的連接接口選擇RS232C，該串口為最常使用的連接接口，對于系統(tǒng)的推廣使用十分方便。

3 軟件設(shè)計

    系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括順控程序設(shè)計和人機(jī)界面設(shè)計 2 部分。

    （1）順控程序設(shè)計

    MELSEC 系列順控程序主要依靠 GX Developer編寫而成，該軟件的特點在于可以利用電路列表進(jìn)行程序監(jiān)控，對程序的運行狀態(tài)把握更加準(zhǔn)確。 在實際工作中，PLC 啟動后就應(yīng)該執(zhí)行該程序，初始化后檢測系統(tǒng)的電流信號。 順控程序主要包括啟動、運行、停車、故障報警和系統(tǒng)平衡等幾個部分。 在工作中也可以根據(jù)使用需求進(jìn)行及時調(diào)整，其工作流程如圖 3 所示。

    PLC 控制系統(tǒng)的另一特點是能夠保持 3 臺電機(jī)之間的使用平衡。 首先從 3 臺電機(jī)啟動的電流信號中提取出樣本信號，送入 PLC 模擬模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，將獲得的電路信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將不同電機(jī)的信號放入同一程序進(jìn)行對比， 進(jìn)而得到 2臺電機(jī)功率是否平衡的結(jié)論，如果 2 臺電機(jī)之間的電流信號相差較大，超過預(yù)定的范圍，證明電機(jī)之間的功率不平衡，電流大的電機(jī)功率更大，可以根據(jù)使用需求對電流值進(jìn)行調(diào)整，保證 2 臺電機(jī)電流差值在合理范圍內(nèi)。 比較完兩者之間的電機(jī)功率后，以其中一臺電機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)，與第 3 臺電機(jī)進(jìn)行對比，進(jìn)而得到 3 臺電機(jī)之間的功率差值，然后進(jìn)行電流調(diào)整，直到 3 臺電機(jī)之間的功率達(dá)到平衡。

圖3 順控程序工作流程圖

    （2）觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計

    系統(tǒng)采用的人機(jī)界面基于 Windows 操作系統(tǒng)，利用 FX－PCS 軟件進(jìn)行界面的編制， 運用圖形、動畫、 文字等多種媒體形式顯示設(shè)備的運行狀況，考慮到操作者的視覺感受，可以用不同的顏色加以區(qū)分。 當(dāng)輸送機(jī)出現(xiàn)故障后，首先控制停車，進(jìn)行復(fù)位處理，得到輸送機(jī)的運行狀態(tài)畫面，查看各個畫面中輸送機(jī)的運轉(zhuǎn)情況，查找出故障所在，進(jìn)行及時的調(diào)整處理，降低停機(jī)損失。

    在人機(jī)界面設(shè)計時， 為提高界面的友好性，編制開機(jī)畫面、運行畫面以及控制界面時應(yīng)考慮操作者的控制習(xí)慣，提供更加舒適的操作界面，為用戶提供良好的工作環(huán)境，這也是人機(jī)交互界面的設(shè)計要點。

4 結(jié)語

    將 PLC 運用于帶式輸送機(jī)的控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機(jī)的有效管理控制， 提高輸送機(jī)安全性、可靠性，對輸送機(jī)的運行參數(shù)及時檢測記錄，保證輸送機(jī)的運行效率，提高煤礦生產(chǎn)速度。 同時 PLC 控制系統(tǒng)在檢測輸送機(jī)的跑偏、打滑、部件損壞方面也有其獨到之處。