宁夏煤矿安全监察局安全技术中心宁夏银川750000
摘要：为使煤矿皮带运输机能够高效安全的运行，本文对于皮带运输机的PLC控制系统进行了设计，具体包括其硬件设计、软件设计，故障程序设计，并研究了皮带运输机各项功能的具体实现，以供同行参考。
关键词：煤矿；皮带运输机；PLC控制系统
引言
皮带运输机具有运量大，维护简单，操作方便等优点，已被广泛应用于国内各行各业，特别是煤矿行业，当前几乎所有的煤矿企业都已离不开皮带运输机，但人们在实际应用皮带运输机时，也发现皮带运输机时常会发生皮带跑偏、撒料、打滑、发出异常噪声、皮带发生断裂、减速机发生断轴等故障，这些现象的出现已严重影响到皮带运输机的安全、高效运行。对此，改善运输机保护系统，显得越来越重要。就皮带机运行现状而言，可依据皮带运输机常发生的各种故障，把传感器安装于相应的故障区，一旦发现皮带运输机即将发生故障，装设的传感器可把皮带运输机运行情况第一时间传递给PLC，然后由PLC控制系统进行相应的调整控制，以改善皮带机运行状况，更好的保障安全生产。
1可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器多种多样，近年来，随着我国计算机科技的飞速发展，可生产可编程逻辑控制器的厂家越来越多，各厂家会生产出不同结构的逻辑控制器，但这些逻辑控制器的组成结构大致相同。图1为其基本结构，由图1可知PLC使用的是计算机结构，其结构主要有主机、外围设备接口以及I/O扩展接口。其中主机又包含很多部件，如CPU、输入设备、输出设备、电源、存储器等。
2PLC控制系统的硬件设计
2.1PLC的选型
在该系统中所用的可编程控制器为西门子S7-200，该控制器是由西门子公司生产的，属于S7系列产品中一特别控制产品，其最大特点是具有可单独组成某一满足特定需求的功能。把它连接于其他网络，可组建成一系列复杂控制系统，该可编程控制器可应用于很多工业领域。
2.2电机控制回路的设计
图1是在三相电源上并联的两台三相异步电动机，用RJ1控制1号电机的启闭，用RJ2控制2号电机的启闭，用QF1与QF2分别来控制两部电机的三相接线。两台异步电机的电路接线图具体如图1所示。
图1电机主电路接线图
3PLC控制系统的软件设计
在设计PLC程序之前，首先应纵览全局对设计过程中可能用到的输入点与输出点有一个大致了解，以便在配置PLC型号时能更科学、更合理的进行选择。在编制控制系统主程序时，具体编制的程序功能应完善，并应具有人性化特点，应能使手动启动停止、自动启动停止以及全线启动停止间可实现彼此灵活转换，这样可使整个控制系统的整体灵活性更强。
（1）I/O地址分配应按照实际需求来大致估算PLC的FO点数，数据计算好后，去购买相应型号的设备。应依据FO地址分配来确定FO模块上的电路连接以及FO模块上的功能，以便让PLC实际程序地址挨个对应于设备，以大幅缩短PLC处理故障时间。应不断优化，规范FO地址分配，在编程时，可让功能相似的FO地址分配与I/O设备程序放置在一块编写。这样一方面更便于管理，另一方面编读程序也会更加简便。
（2）设计主程序主要控制的是电机运转。主程序的控制方式大致可分为3类：全线启动与停止、自动启动与停止、手动启动与停止。对于前两种控制方式信号向PLC的输送主要借助传感器，然后再执行内部逻辑的电路控制，对于第三种控制方式，对电路的控制主要由外部继电器独立完成，无需经过PLC。①皮带启动全线启动：按下全线启动按钮，经5s左右的蜂鸣器报警，2号皮带机进入运转状态，上位机处装设的启动指示灯开始变绿，电机运转，再持续3s的蜂鸣，1号皮带机也开始进入运转状态，上位机处装设的启动指示灯也开始变绿，电机进入运转状态。自动启动：把皮带机自动启动方式打开，先开启1号电动机按钮，待蜂鸣器蜂鸣3s左右后，1号皮带机开始启动，上位机处装设的启动指示灯开始变绿，电机进入工作状态，接着启动2号电机，蜂鸣器扔持续发出3s左右的蜂鸣声，2号皮带机进入运行状态，启动指示灯开始变绿，2号电机正常启动。手动启动：按下1号电动机按钮，相应的启动指示灯先闪烁后变亮，在上位机处装设的启动指示灯开始变绿，1号电动机进入运行状态；按下2号电动机按钮，2号启动指示灯先闪烁后变亮，同时2上位机处装设的启动指示灯也开始变绿，2号电动机开始运转。②皮带停止全线停止：按下全线停止按钮后，1号皮带机先停止运行，故障指示灯变红，相应的电机停止运行，过3s后，2号皮带机也开始出现类似于1号皮带机的状况也停止运行。自动停止：通常会装设两个自动停止按钮，让这两个按钮分别来控制1号机与2号机。当按下1号机停止按钮后，1号皮带机先停止运行，接着故障指示灯变红，1号电动机停止工作。按下2号机停止按钮后，2号皮带机类似于1号皮带机停止工作。手动停止：该停止方式类似于自动停止，但在按下停止按钮后，自动指示灯会自动熄灭，如按下1号机停止按钮后，相应的启动指示灯会自动熄灭，接着皮带机停止运行，故障指示灯亮红灯，电动机也开始停止运转。对于2号电机的手动停止类似于1号电机。
（3）设计故障程序可安装很多传感器于皮带机可能出现故障的部位，当皮带机发生故障后，装设的传感器可第一时间把故障信息报告给PLC，经PLC分析处理后，然后再把控制指令传送至控制电路，控制电路控制故障指示灯亮，表明该部位发生了故障。故障指示系统发出报警后，相应的皮带机停止运行，直到成功排除故障后，按下复位按钮，故障指示灯变绿后，皮带机才能正常运行。
4监控网络构建
为方便现场近程控制和维修调试，在各皮带机附近增设一处操作控制电气柜，外部的显示器上可显示当前各电机和设备的运转情况以及故障信息等。本次改造涉及的三处电气柜与井上监控系统之间采用光缆连接，并在井下并入已铺设好的主干网中，最终通过井口传向地面，光纤通过中继器进行远距离连接。网络架构原理图另外，为满足各传感器、PLC控制系统、远程监控端、动作执行机构之间的数据通信，本设计采用了PROFIBUS－DP型通信协议，该协议较为适合PLC与各种分散的输入／输出设备之间的数据传输。
5井上监控软件开发
根据本次改造目标需求，井上PC端监控软件应具备设备运行状态监测、传感器信号分析与查看、远程设备急停等功能，为此，本项目开发了针对井下矿３台皮带运输机的PC端监控界面。需注意，为保证设备维修人员操作安全，井上监控软件并不具备远程设备启动功能。
结语
经现场逐一测验皮带运输机保护系统的各保护功能，测验结果表明无论采用何种控制方式，皮带机的正常启动、停止都可顺利实现。人为的测验了皮带机各部位装设的传感器，各传感器都可把故障数据成功传输至PLC，并可清晰的显示于PLC，并及时作出报警提示。由此可见此次设计的煤矿皮带运输机PLC控制系统值得推广与应用。
参考文献：
[1]王洋，闫晓飞，彭芳，等.PLC在皮带运输机远程控制系统的应用[J].信息通信，2014（1）：273．
[2]张新文.煤矿矿井皮带运输机的集中控制[J].陕西煤炭技术，2010（02）：44-47.