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1. 概述

膠帶輸送機是一種由電機驅動的連續運輸設備，大多采用就地控制。而在膠帶輸送機的連續運行中，經常會出現跑偏、堆煤、打滑、撕裂等現象，實現膠帶機集控與保護具有重要的意義。  

防爆PLC控制箱主要用于煤礦井下的皮帶自動化控制與保護系統，采用西門子S7-1200系列PLC作為核心設備，具有較強的適用性、可擴展性、高可靠性和強大的通訊能力。其邏輯控制方式可通過軟件的編程來實現，使復雜的控制邏輯變得簡單易行。控制箱內部的輸入和輸出信號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、執行器、各種設備電控回路的連接和匹配之間更加靈活、通用。

2.組成

膠帶機集控及保護系統主要由環網交換機、防爆PLC控制箱（從站）、西門子S7-300主站、配套皮帶保護傳感器、上位機、集控軟件等部分組成。

S7-300主站實現對井下所有防爆控制箱從站的管理，對所有井下數據進行匯總、整合后提供給上位機，對上位機進行控制的數據進行下發[1]。

防爆控制箱內置環網交換機，交換機使用光纖將所有從站的數據傳輸至地面環網交換機，實現與地面PLC主站的通訊[2]。

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

圖1 系統組成圖

3.特點

1）減人提效：煤礦大部分的膠帶輸送機都是配置操作工開啟，每條皮帶1人，按照3班計算，每條皮帶就需要4個人。煤礦的膠帶輸送機少則十幾條，多則幾十條。光皮帶隊就需要上百人。配置了膠帶機集中控制及保護系統后，只需要配置5-10人的維修隊伍，2個人的集控就可以實現所有皮帶的集中控制。可進行連鎖啟動、停止；也可任意選擇單條皮帶進行啟停。大量的節約了人力、物力，節省煤礦支出。

2）減少了事故率的發生。工人多就造成了事故率高，減少了現場工人，最大限度了減少了傷亡事故的發生。為建設本質安全型礦井賣出了堅實的一步。打造人、機和諧，實現長治久安。

3）提高了裝備水平，增加了技術含量。煤礦的自動化技術水平普遍較低，PLC在煤礦的廣泛應用，提高了煤礦裝備的自動化水平。為煤礦信息化、自動化、數字化奠定了良好的基礎。

4.功能

1）集控連鎖控制

在此模式下，系統檢測到需要開啟皮帶時，首先檢測各條皮帶無保護報警時，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、停止[5]。

圖 上位機軟件界面

2）單條運行控制

此模式下，無工作閉鎖關系，檢測到啟動、停止皮帶的指令后，可直接啟動或停止皮帶的運行。

3）單條點動控制

此模式下，檢測到啟動指令后，皮帶機啟動皮帶運行幾秒鐘，接著停止。主要用于皮帶機的檢修工作。運行時間可在觸摸屏上進行設置。

4）保護功能

保護功能按照煤炭規程要求進行開發，滿足MT872的要求。

A． 打滑保護

當輸送帶速度在10s內均在額定帶速的50%～70%范圍內，或輸送機帶速小于等于50%額定帶速時，或輸送機帶速大于等于110%額定帶速時，報警并停止輸送機的運行。對輸送機正常啟動和停止造成的速度變化，不應有動作。

B.  堆煤保護

在2s內連續檢測到煤位超過預定位置，報警并停止輸送機運行，其保護動作的作用力不大于9.8N。

C.  跑偏保護

當運行的輸送帶超出托輥端部邊緣200mm時，發生跑偏時，報警并停止輸送機運行，其保護動作所需作用于跑偏傳感器中點正向力為20～100N。

D. 超溫灑水保護特性

在測溫點處溫度超過設定值時，裝置2s內應報警，同時應能啟動灑水電磁閥，噴水降溫。

E.  煙霧保護

連續2s內煙霧濃度達到1.5時，報警并停止輸送機運行。

F. 撕裂保護

運行中的輸送機縱向撕裂時，報警并停止輸送機的運行。

G. 雙向急停開關保護

雙向急停開關在任何一邊施加40～200N的力時，雙向急停開關能停止輸送機的運行，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膠帶張緊力的變化。

6）報警功能

當皮帶運行中出現任何保護傳感器動作時，進行報警。并將報警信號傳輸給主站。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，依次控制從站進行停車；若工作在單條運行模式，則直接停止皮帶機的運行。

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的要求進行必須的輸入輸出隔離后與外部傳感器、執行器進行連接，其通訊接口接入控制箱的環網交換機。

輸入部分主要為皮帶運行狀態、皮帶運行的各種保護傳感器；輸出部分為皮帶的啟動停止信號、超溫灑水的電磁閥等。

圖3  防爆PLC控制箱的主要內部原理圖

圖4 防爆PLC控制箱樣機

6.結束語

西門子推出S7-1200系列PLC后，因其CPU模塊直接具備網絡接口，順應了工業自動化對信息化、數字化的需求。并在煤礦的小型自動化系統中迅速的占領了市場。

皮帶機集控及保護系統還沒有在煤礦得到廣泛的普及，推廣集控系統具備深遠的意義。真正實現高產、高效，打造本質安全型礦井。

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