文/李富強

基于PLC控制的煤礦井下帶式輸送機運輸電控系統(tǒng)改造

文/李富強

隨著我國煤礦高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)，礦井機電設(shè)備向著高電壓、大功率、控制系統(tǒng)高科技方向發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)有著接線簡化、性能可靠、事故率低、容易編程、控制多樣等特點，在煤礦設(shè)備上的應(yīng)用越來越廣泛。

煤礦井下帶式輸送機運輸系統(tǒng)具有設(shè)備多、類型雜、布置分散、全線距離遠等特點。隨著計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC控制已逐步取代繼電器控制，應(yīng)用于煤礦井下帶式輸送機運輸系統(tǒng)中。本文闡釋采用西門子S7-400配以必要的檢測、控制組件和顯示儀表及電腦監(jiān)控，完成帶式輸送機運行過程中系統(tǒng)控制和安全保護等多種功能。

一、PLC系統(tǒng)的組成

本電控系統(tǒng)中，使用2個獨立的PLC子系統(tǒng)組成1個PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中1個PLC安裝在操作臺(簡稱操作PLC)中,另1個PLC安裝在PLC保護柜(簡稱保護PLC)中,使用一根二芯電纜將兩個PLC連接在一起，組成一個MPI網(wǎng)絡(luò)。在操作PLC中,通過CP340模塊與上位機進行通信,使用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信接口，其組成框圖如圖1。

圖1 PLC系統(tǒng)組成框圖

1.操作PLC的組成及功能

（1)操作PLC模塊組成：1個電源模塊，1個CPU模塊，1個輸入模塊，3個輸出模塊，1個通信模塊。

（2）操作PLC的主要功能：接收外部信號輸入，按照擬定的邏輯控制操作臺面板上指示燈的狀態(tài)，將部分輸入/輸出信號發(fā)送給保護PLC，將全部輸入信號發(fā)送給上位機系統(tǒng)。

當(dāng)PLC與上位機的通信正常時，封閉操作臺中的繼電器，使它們不起作用；當(dāng)PLC與上位機的通信中斷時，開啟這些繼電器，使它們的接點信號輸入PLC，以替代來自上位機的信號。

2.保護PLC的組成及功能

（1）保護PLC模塊組成：1個電源模塊，1個CPU模塊，2個輸入模塊，2個輸出模塊。

（2）保護PLC的主要功能有：接收外部信號輸入，按照擬定的邏輯控制繼電器動作(包括起車預(yù)告、電氣制動停車、緊急停車及正常停車等)，將全部輸入信號及部分輸出信號發(fā)送給操作PLC。

二、鋼纜帶式輸送機控制系統(tǒng)運行原理

1.運行方式

(1)以電動機運行方式分，共有四種運行方式：均轉(zhuǎn)矩運行、均轉(zhuǎn)速運行、1號單機運行、2號單機運行。

(2)以電動機的運行速度分為三種運行方式：運煤（＜2.5m/s）、運人（＜1.8m/s）、驗繩（＜0.63m/s）。

三種速度運行狀態(tài)由選擇開關(guān)決定，具體速度狀態(tài)由給定方式?jīng)Q定。當(dāng)繼電器置于手動時，其速度取決于(外控)(內(nèi)控)電位器，但不會超過速度限制；當(dāng)繼電器置于自控時，運行速度完全取決于三種速度狀態(tài)，并且在本系統(tǒng)中可以任意設(shè)置三種速度值。

2.均轉(zhuǎn)矩運行原理

均轉(zhuǎn)矩為1、2號電動機聯(lián)動方式之一，其運行框圖如圖2。

圖2均轉(zhuǎn)矩運行框圖

由圖2可知，兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)共用一個給定積分器和一個速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流調(diào)節(jié)器的給定值，因而兩個電流調(diào)節(jié)器給定值相同，當(dāng)兩臺電動機電流反饋強度相同時,可使同時工作的兩臺傳動系統(tǒng)的輸出直流電流值相等。

在本系統(tǒng)中，兩臺電動機為串聯(lián)激磁，因而兩臺電動機磁通相同。此時，如果兩臺電動機電樞電流相同，則轉(zhuǎn)矩一定相等，從而達到均轉(zhuǎn)矩的目的。均轉(zhuǎn)矩就是保證兩臺電動機轉(zhuǎn)矩相同，此運行方式也是本系統(tǒng)最重要的運行方式。

但應(yīng)注意的是，系統(tǒng)均轉(zhuǎn)矩運行時，對于1號電動機是一個完整的雙閉環(huán)系統(tǒng)，因而1號電動機能夠達到理想的速度精度。而2號電動機僅是一個電流環(huán)跟隨系統(tǒng)，兩臺電動機雖出力相同，但速度并不一定相同。

3.均轉(zhuǎn)速運行原理

均轉(zhuǎn)速也是1、2號電動機聯(lián)動運行方式之一，其簡化框圖如圖3。

圖3均轉(zhuǎn)速運行框圖

由圖3可知，兩套系統(tǒng)只需共用一個給定積分器，對應(yīng)兩臺電動機的調(diào)節(jié)回路的兩個速度調(diào)節(jié)器給定來自同一個給定積分器的輸出值。因此，只要兩臺電動機速度反饋度相同，就能保證兩臺電動機的轉(zhuǎn)速相同。均轉(zhuǎn)速運行的目的主要用于換繩工作狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意：在系統(tǒng)均轉(zhuǎn)速運行時，由于1、2號電動機各自實際承受負載的不平衡，兩臺電動機電流不一定相等。

4.單機運行原理

1號或2號電動機的單機運行原理相似，現(xiàn)以1號電動機單機運行為例說明，其方框圖如圖4。

圖4 1號電動機單機運行框圖

實際系統(tǒng)就是一個完整的雙閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)工作原理在許多直流調(diào)速系統(tǒng)中均有說明，這里不再作詳細說明。

5.電動機的電氣制動

（1）電氣制動的目的。一是當(dāng)運行人出現(xiàn)負力時，如果不加以制動，鋼帶機的帶速將會越來越快，引起乘人超速，對人身安全構(gòu)成威脅。二是在要求停止情況下采用電氣制動停車，可大大減輕機械損傷。

（2）電氣制動原理。在本系統(tǒng)中，電動機的制動及降速是采用改變電動機勵磁電流的方向，而使電動機產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)。除運行出現(xiàn)負力時進行電氣制動外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)乘人一級越位、三項保護及潤滑油壓失常等情況時，也采取電氣制動停車以減少機械沖擊。

當(dāng)機尾或機頭發(fā)出開車信號時，保護PLC對沿線保護和設(shè)備進行自診斷，確定各保護都正常時給操作PLC發(fā)出指令信號，接到操作人員的操作信號時，操作PLC向電控系統(tǒng)發(fā)出開車信號，觸發(fā)晶閘管進行變頻調(diào)速。開車時電動機轉(zhuǎn)動，帶動軸編碼器，軸編碼器發(fā)出信號送到操作PLC，然后經(jīng)操作PLC傳輸?shù)奖ＷoPLC，即可實現(xiàn)保護和監(jiān)控。若機頭或機尾不發(fā)出開車信號，帶式輸送機就不能運轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)了信號與電控閉鎖方式。

三、結(jié)論

運用該系統(tǒng)后，可使維護量大大降低，大部分故障能夠在電腦顯示器上直接顯示，減少了故障查找環(huán)節(jié)。采用電動機電樞相互獨立、磁場串聯(lián)的運行方式，可實現(xiàn)1、2號電動機單機運行和均轉(zhuǎn)速、均轉(zhuǎn)矩運行，系統(tǒng)控制精度高，操作簡單，維護方便，具有較強自診斷能力，能實現(xiàn)四象限運行。出現(xiàn)負力時可自動投發(fā)電反饋制動，提高系統(tǒng)安全性，提高運輸能力和功率因數(shù)，降低運行費用，大大減少故障時間，提高經(jīng)濟效益。

（作者單位：陜西彬縣煤炭有限公司）

（責(zé)任編輯：龐永厚）