1. 概述

膠帶輸送機(jī)是一種由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，大多采用就地控制。而在膠帶輸送機(jī)的連續(xù)運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)跑偏、堆煤、打滑、撕裂等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)集控與保護(hù)具有重要的意義。  

防爆PLC控制箱主要用于煤礦井下的皮帶自動(dòng)化控制與保護(hù)系統(tǒng)，采用西門子S7-1200系列PLC作為核心設(shè)備，具有較強(qiáng)的適用性、可擴(kuò)展性、高可靠性和強(qiáng)大的通訊能力。其邏輯控制方式可通過軟件的編程來實(shí)現(xiàn)，使復(fù)雜的控制邏輯變得簡單易行?？刂葡鋬?nèi)部的輸入和輸出信號(hào)之間有可靠的隔離措施和本安電源，從而確保與各種類型傳感器、執(zhí)行器、各種設(shè)備電控回路的連接和匹配之間更加靈活、通用。

2.組成

膠帶機(jī)集控及保護(hù)系統(tǒng)主要由環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、防爆PLC控制箱（從站）、西門子S7-300主站、配套皮帶保護(hù)傳感器、上位機(jī)、集控軟件等部分組成。

S7-300主站實(shí)現(xiàn)對井下所有防爆控制箱從站的管理，對所有井下數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、整合后提供給上位機(jī)，對上位機(jī)進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行下發(fā)[1]。

防爆控制箱內(nèi)置環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，交換機(jī)使用光纖將所有從站的數(shù)據(jù)傳輸至地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與地面PLC主站的通訊[2]。

每條皮帶配置一臺(tái)防爆PLC箱，用于檢測皮帶跑偏、堆煤、撕裂、溫度報(bào)警、打滑、煙霧、急停、張力等故障[3-4]。

圖1 系統(tǒng)組成圖

3.特點(diǎn)

1）減人提效：煤礦大部分的膠帶輸送機(jī)都是配置操作工開啟，每條皮帶1人，按照3班計(jì)算，每條皮帶就需要4個(gè)人。煤礦的膠帶輸送機(jī)少則十幾條，多則幾十條。光皮帶隊(duì)就需要上百人。配置了膠帶機(jī)集中控制及保護(hù)系統(tǒng)后，只需要配置5-10人的維修隊(duì)伍，2個(gè)人的集控就可以實(shí)現(xiàn)所有皮帶的集中控制?？蛇M(jìn)行連鎖啟動(dòng)、停止；也可任意選擇單條皮帶進(jìn)行啟停。大量的節(jié)約了人力、物力，節(jié)省煤礦支出。

2）減少了事故率的發(fā)生。工人多就造成了事故率高，減少了現(xiàn)場工人，最大限度了減少了傷亡事故的發(fā)生。為建設(shè)本質(zhì)安全型礦井賣出了堅(jiān)實(shí)的一步。打造人、機(jī)和諧，實(shí)現(xiàn)長治久安。

3）提高了裝備水平，增加了技術(shù)含量。煤礦的自動(dòng)化技術(shù)水平普遍較低，PLC在煤礦的廣泛應(yīng)用，提高了煤礦裝備的自動(dòng)化水平。為煤礦信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.功能

1）集控連鎖控制

在此模式下，系統(tǒng)檢測到需要開啟皮帶時(shí)，首先檢測各條皮帶無保護(hù)報(bào)警時(shí)，由主站按照逆煤流開車、順煤流停車的原則，依次控制各從站啟動(dòng)、停止[5]。

圖 上位機(jī)軟件界面

2）單條運(yùn)行控制

此模式下，無工作閉鎖關(guān)系，檢測到啟動(dòng)、停止皮帶的指令后，可直接啟動(dòng)或停止皮帶的運(yùn)行。

3）單條點(diǎn)動(dòng)控制

此模式下，檢測到啟動(dòng)指令后，皮帶機(jī)啟動(dòng)皮帶運(yùn)行幾秒鐘，接著停止。主要用于皮帶機(jī)的檢修工作。運(yùn)行時(shí)間可在觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置。

4）保護(hù)功能

保護(hù)功能按照煤炭規(guī)程要求進(jìn)行開發(fā)，滿足MT872的要求。

A． 打滑保護(hù)

當(dāng)輸送帶速度在10s內(nèi)均在額定帶速的50%～70%范圍內(nèi)，或輸送機(jī)帶速小于等于50%額定帶速時(shí)，或輸送機(jī)帶速大于等于110%額定帶速時(shí)，報(bào)警并停止輸送機(jī)的運(yùn)行。對輸送機(jī)正常啟動(dòng)和停止造成的速度變化，不應(yīng)有動(dòng)作。

B.  堆煤保護(hù)

在2s內(nèi)連續(xù)檢測到煤位超過預(yù)定位置，報(bào)警并停止輸送機(jī)運(yùn)行，其保護(hù)動(dòng)作的作用力不大于9.8N。

C.  跑偏保護(hù)

當(dāng)運(yùn)行的輸送帶超出托輥端部邊緣200mm時(shí)，發(fā)生跑偏時(shí)，報(bào)警并停止輸送機(jī)運(yùn)行，其保護(hù)動(dòng)作所需作用于跑偏傳感器中點(diǎn)正向力為20～100N。

D. 超溫灑水保護(hù)特性

在測溫點(diǎn)處溫度超過設(shè)定值時(shí)，裝置2s內(nèi)應(yīng)報(bào)警，同時(shí)應(yīng)能啟動(dòng)灑水電磁閥，噴水降溫。

E.  煙霧保護(hù)

連續(xù)2s內(nèi)煙霧濃度達(dá)到1.5時(shí)，報(bào)警并停止輸送機(jī)運(yùn)行。

F. 撕裂保護(hù)

運(yùn)行中的輸送機(jī)縱向撕裂時(shí)，報(bào)警并停止輸送機(jī)的運(yùn)行。

G. 雙向急停開關(guān)保護(hù)

雙向急停開關(guān)在任何一邊施加40～200N的力時(shí)，雙向急停開關(guān)能停止輸送機(jī)的運(yùn)行，并自鎖。

H.  張力傳感器檢測

張力傳感器用于測量煤礦井下膠帶輸送機(jī)膠帶張緊力的變化。

6）報(bào)警功能

當(dāng)皮帶運(yùn)行中出現(xiàn)任何保護(hù)傳感器動(dòng)作時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。并將報(bào)警信號(hào)傳輸給主站。主站判斷工作模式，若在集控連鎖模式，則按照順煤流停車的原則，依次控制從站進(jìn)行停車；若工作在單條運(yùn)行模式，則直接停止皮帶機(jī)的運(yùn)行。

5.防爆PLC控制箱

防爆控制箱使用西門子S7-1212作為控制的核心，按照GB3836的要求進(jìn)行必須的輸入輸出隔離后與外部傳感器、執(zhí)行器進(jìn)行連接，其通訊接口接入控制箱的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

輸入部分主要為皮帶運(yùn)行狀態(tài)、皮帶運(yùn)行的各種保護(hù)傳感器；輸出部分為皮帶的啟動(dòng)停止信號(hào)、超溫灑水的電磁閥等。

圖3  防爆PLC控制箱的主要內(nèi)部原理圖

圖4 防爆PLC控制箱樣機(jī)

6.結(jié)束語

西門子推出S7-1200系列PLC后，因其CPU模塊直接具備網(wǎng)絡(luò)接口，順應(yīng)了工業(yè)自動(dòng)化對信息化、數(shù)字化的需求。并在煤礦的小型自動(dòng)化系統(tǒng)中迅速的占領(lǐng)了市場。

皮帶機(jī)集控及保護(hù)系統(tǒng)還沒有在煤礦得到廣泛的普及，推廣集控系統(tǒng)具備深遠(yuǎn)的意義。真正實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效，打造本質(zhì)安全型礦井。

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