馬 帥，秦 濤，吳何畏

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng)441053）

基于PLC控制的煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬 帥，秦 濤，吳何畏

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng)441053）

針對(duì)煤礦送料過(guò)程中存在的自動(dòng)化程度不高、效率低下、安全性難以保證的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于三菱FX2N-16MR PLC的煤礦送料控制系統(tǒng)，通過(guò)PLC控制電動(dòng)系統(tǒng)完成指定動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)煤礦送料小車(chē)的精確運(yùn)動(dòng)控制。

送料小車(chē)；PLC控制；梯形圖

當(dāng)下煤礦行業(yè)的送料方法，一般采用傳統(tǒng)的人力運(yùn)輸或帶傳動(dòng)運(yùn)輸，人力運(yùn)輸難以保證人員安全，且效率低下已不能滿(mǎn)足煤礦行業(yè)的需求[1]；帶傳動(dòng)運(yùn)輸隨效率稍有提升，但由于皮帶自身的彈性滑動(dòng)特性[2]使煤礦輸送運(yùn)動(dòng)不能被精準(zhǔn)控制。PLC可編程邏輯控制器具有高可靠性、易于編程、方便控制的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域[3]。PLC技術(shù)在煤礦行業(yè)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化，具有穩(wěn)定性好、精確度高、故障率低、效率高等優(yōu)點(diǎn)[4]。本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制的煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)，能夠減輕人力成本、實(shí)現(xiàn)煤礦送料小車(chē)的精確定位，較好地滿(mǎn)足煤礦行業(yè)安全性、可靠性以及方便性的控制要求。

1 系統(tǒng)總體方案

煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)的工作總體方案如圖1所示，小車(chē)可在兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)間往返運(yùn)動(dòng)，并自動(dòng)裝料和卸料，整個(gè)系統(tǒng)由PLC控制。通過(guò)前后限位行程開(kāi)關(guān)的觸發(fā)實(shí)現(xiàn)送料小車(chē)的往返運(yùn)動(dòng)，延時(shí)控制實(shí)現(xiàn)小車(chē)的裝料和卸料。

圖1 煤礦送料小車(chē)送料模型

通過(guò)對(duì)煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)控制過(guò)程和功能要求分析，明確系統(tǒng)的控制要求：按下啟停按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，送料小車(chē)觸發(fā)后限位開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)將信號(hào)發(fā)送給PLC，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)直至小車(chē)觸發(fā)前限位開(kāi)關(guān)，PLC接收狀態(tài)信息控制小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)觸發(fā)器使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)制動(dòng)小車(chē)；與此同時(shí)，翻門(mén)電磁閥觸發(fā)器得電打開(kāi)閥門(mén)并維持8 s，漏斗中煤料落入小車(chē)。延時(shí)8 s結(jié)束，翻門(mén)電磁閥關(guān)閉，PLC控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)觸發(fā)器使電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)沿原路返回至后限位開(kāi)關(guān)，觸發(fā)并斷開(kāi)后限位開(kāi)關(guān)，PLC控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)觸發(fā)器使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)制動(dòng)小車(chē)；同時(shí)，PLC控制小車(chē)底門(mén)電磁閥觸發(fā)器打開(kāi)閥門(mén)并維持6 s，使小車(chē)中的煤料卸到指定位置，完成一次送料循環(huán)。在自動(dòng)工作狀態(tài)下按下系統(tǒng)的啟停按鈕，使系統(tǒng)停止工作，若再按下啟動(dòng)按鈕，PLC控制因具有斷電保持的記憶特點(diǎn)可以在系統(tǒng)恢復(fù)電力時(shí)繼續(xù)斷電之前的動(dòng)作保證系統(tǒng)動(dòng)作的完整性。送料小車(chē)系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的工作流程圖

2 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 I/O點(diǎn)的估算

對(duì)煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析可知：系統(tǒng)有3個(gè)輸入點(diǎn)，分別是：?jiǎn)⑼？刂瓢粹o、前限位開(kāi)關(guān)、后限位開(kāi)關(guān)；有4個(gè)輸出點(diǎn)，分別是：驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)觸發(fā)器、翻門(mén)電磁閥觸發(fā)器、小車(chē)底門(mén)電磁閥觸發(fā)器。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要具備的功能分析可以確定編程元件編號(hào)以及PLC的選型。

2.2 PLC的選擇

FX2N系列PLC是FX系列中最高檔次的程序裝置模塊，它擁有高速度、高性能、邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)。除了輸入輸出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以擴(kuò)大控制點(diǎn)數(shù)，以適用于在多個(gè)基本組件間的連接、定位控制、模擬控制等特殊用途，是一套可滿(mǎn)足多樣化廣泛需求的PLC裝置[5]。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能要求的詳細(xì)分析以及I/O點(diǎn)的估算，選用三菱PLC FX2N-16MR型號(hào)，8個(gè)輸入點(diǎn)（X000-X007）和 8個(gè)輸出點(diǎn)（Y000-Y007），留有10%～20%的余量。

2.3 I/O分配表設(shè)計(jì)

對(duì)PLC系統(tǒng)外部接線圖的分析，可以確定所需編程元件編號(hào)。煤礦送料小車(chē)PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表如表1所示。

表1 控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配表

2.4 外部接線圖設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)的功能及技術(shù)要求分析，設(shè)計(jì)出的PLC外部接線圖如圖3所示。

圖3 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖

2.5 梯形圖設(shè)計(jì)

控制程序的設(shè)計(jì)基于三菱FX-TRN-BEG-C軟件，采用梯形圖編程的方式，系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì)如圖4所示。具體介紹如下：按下循環(huán)啟停按鈕SB對(duì)應(yīng)X000置1，前限位開(kāi)關(guān)ST1對(duì)應(yīng)常閉開(kāi)關(guān)X1，因此輸出端Y0置1且X0自鎖保持得電置1的狀態(tài)，此時(shí)小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)觸發(fā)器接通控制電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)；小車(chē)運(yùn)動(dòng)到前限位開(kāi)關(guān)ST1處使其斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)圖中敞開(kāi)按鈕X1置1，輸出Y1置1對(duì)應(yīng)翻門(mén)電磁閥觸發(fā)器接通閥門(mén)打開(kāi)，計(jì)時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，使翻門(mén)閥門(mén)維持打開(kāi)狀態(tài)8 s.8 s計(jì)時(shí)完成翻門(mén)閥門(mén)關(guān)閉，常開(kāi)按鈕T0置1，輸出端Y2置1并保持T0得電置1狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)觸發(fā)器得電控制電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)沿原路返回；小車(chē)運(yùn)動(dòng)到后限位開(kāi)關(guān)ST2處使其斷開(kāi)對(duì)應(yīng)常開(kāi)按鈕X2閉合置1，輸出端Y3置1，同時(shí)計(jì)時(shí)器T1得電開(kāi)始6 s計(jì)時(shí)，使小車(chē)底門(mén)電磁閥觸發(fā)器得電底門(mén)打開(kāi)并維持6 s，使小車(chē)上的煤料卸到指定位置。6 s后底門(mén)關(guān)閉，小車(chē)完成一次送料。

圖4 系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì)

3 結(jié)論

近年來(lái)，能源危機(jī)嚴(yán)重影響到人們的生活，對(duì)于煤礦的需求也日益增加，而如何在提高煤礦行業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)保證人員安全，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

本文所述的煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)采用PLC控制，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求以及技術(shù)規(guī)范，對(duì)輸送路線以及PLC控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦送料系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。系統(tǒng)性能穩(wěn)定，設(shè)備可靠性高，PLC控制程序修改方便易于擴(kuò)充。在節(jié)約勞動(dòng)力，保證人員安全的同時(shí)大大提高了煤礦行業(yè)的送料效率。

本文所設(shè)計(jì)的基于PLC控制的煤礦送料小車(chē)系統(tǒng)，技術(shù)方法容易實(shí)現(xiàn)，程序設(shè)計(jì)可靠，只需一套設(shè)備就可完成的煤礦小車(chē)裝料-送料-卸料的全過(guò)程，可以用于煤礦行業(yè)的送料現(xiàn)場(chǎng)。

[1]王 科.煤礦行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].能源與節(jié)能，2015，113（2）：12-13.

[2]王旭東，熊平原.摩擦帶傳動(dòng)彈性滑動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析與試驗(yàn)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2010，34（12）：52-55.

[3]趙 斌.PLC應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景概述[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，114（4）：193.

[4]林偉通，徐羽高.淺談PLC技術(shù)在煤礦電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].裝備制造技術(shù)，2016（6）：114-116.

[5]葉 童，吳何畏.PLC控制器在飲料罐裝生產(chǎn)流水線系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2017，32（1）：8-10.

Design of Coal Feeding Car System Based on PLC Control

MA Shuai，QIN Tao，WU He-wei
（School of Mechanical and Automotive Engineering，Hubei University of Arts and Sciences，Xiangyang Hubei 441053，China）

In view of the existing problems of low automation，low efficiency and unsafe in the process of coal feeding，the coal feeding control system based MITSUBISHI FX2N-16MR was proposed in the paper.The specified action to control the electric system can be completed by using PLC，and the accurate motion control of coal feeding car can be realized.

feeding car；PLC control；ladder diagram

TP273

A

1672-545X（2017）08-0055-02

2017-05-02

基金支持：“機(jī)電汽車(chē)”湖北省優(yōu)勢(shì)特色學(xué)科群2017年度開(kāi)放基金項(xiàng)目（XKQ2017015）

馬 帥（1995-），男，湖北棗陽(yáng)人，湖北文理學(xué)院，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化；秦 濤（1987-），男，湖北襄陽(yáng)人，講師，博士，主要研究方向：機(jī)器人技術(shù)。