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摘要：皮带机电气控制系统是煤矿大型设备的一个重要组成部分,其正常运转与否直接关系到矿井安全和生产效率。本文提出了一种基于PLC的矿用皮带机电气控制系统应用研究，通过PLC控制技术实现智能操作,它不仅可以实时监测皮带的状态,还可以在皮带出现故障时进行准确定位并报警,对皮带的状态予以改变,进行保护,最终使该装置达到最佳的工作状态。
关键词:皮带机；PLC；控制系统
1前言
皮带机电气控制系统是一套控制装置,能够对皮带机进行自动控制和一系列的操作。皮带机具有结构简单、运行平稳、可靠、功耗低、管理和维护方便等优点，利用它能够带来高效率的生产,尤其是煤矿、炼金行业,并且随着PLC的发展,控制皮带机自动化程度也越高,操作起来方便灵活。随着用途广泛,皮带机的电气控制系统也越发的重要和关键,对于多条皮带机的控制,能否合理有效地控制,是一大挑战;另外对于故障诊断、安全保护、自动控制、自动报警等一系列的功能,是否能够达到可靠的水平,这些对于皮带机电气控制系统要求非常严格,合理的安排和软件编程非常关键。
对于煤矿行业,皮带机是不可或缺的工具,由于环境的影响,矿井下的设备需要特殊的设计才能达到要求,一旦出现故障那将是重大的损失,一方面我们需要考虑设备的可靠性,还要尽可能地采用矿上操作,实现矿上操作矿下无人的水平,这需要有一台全面的控制系统,本文就是针对以上问题进行的研究。
2电气控制系统硬件
本文皮带机电气控制系统应用研究是基于PLC的,其设计方案主要围绕煤矿井下皮带机电气控制。本次系统分主站和从站,它们之间的通讯必须达到自动控制要求,从站通过传感器采集数据,将数据发送给主站,在主站和从站的触摸屏上都要同时显示故障报警画面和指示灯。主站和从站都采用PLC控制器进行控制。
2．1主站硬件
主机控制系统站设计,下简称主站,主站要以本安型PLC为主,然后开始选取其他硬件,包含电源模块,上位机等;选取的硬件必须能够满足基本功能要求,还得具有扩展性,为以后的改进留下空间。对于基本要求,就是有显示界面,控制界面,显示界面包含监控和动态分析,捏制界面有基本按键、指示灯功能等。
主站的硬件连接分二大部分,一是供电系统连接,二是可编程控制器的IO连接。控制系统要运作起来,必须供电，主站需要供电有二大部件,一是触摸屏KC01-02T,二是可編程控制器KC02,触摸屏需要供电DC24V,而控制器需要DC12V供电。所以选择电源模块KPA-24和KPA-12,电源模块KPA-24和KPA-12本身都是输入220V电压。
可编程控制器PLC是核心部件,它要连接人机界面的通讯口、控制柜面板上的指示灯和按键,还要考虑主站与从站之间的通讯连接。可编程控制器用C0M1和人机界面的COM2连接;通讯线采用RS485 口连接从机;至于按键和指示灯的IO口分配,需要结合其具体功能来分配。
解决好供电系统和控制系统IO的接线,主站硬件控制系统搭建就将完成，图2-1是主站电气控制系统简要接线图。
图2-1主站电气控制系统简要接线图
2.2从站硬件
从机控制系统站设计,以下简称从站,从站最主要的是采集数据,分析数据后将其结果发送给主站,而且其本身还得有辨别功能,在就地情况,要有自动控制功能。对于这一系列的功能实现,传感器硬件的选取尤为重要,它关系到故障能否排查,与功能的稳定性、可靠性直接相关,甚至关系到产品的好坏,所以传感器的选取要考虑全面,从其自身稳定性、可靠性、供电情况、数据采集精度等方面着手;除了传感器,对于控制柜的定做也得有特殊要求,因为矿下存在压差情况,控制柜的选取也是挑战。
从站硬件连接有:可编程控制器PLC、触摸屏、传感器等;其连接方式与主站硬件连接很类似,不同的是控制箱上的按键少了很多,多了很多传感器的连接,还可以和其他从机通讯,图2-2为从站控制系统的接线简图。
从站可编程控制器PLC用COM1和人机界面的COM2连接;通讯线采用RS485口连接主站PLC和其他从机PLC;至于按键和指示灯的IO口分配,需要结合其具体功能来分配。对于供电模块,主要有DC12V和DC24V,其中大部分需要DC24V电压,只有部分传感器需要DC12V供电,而且有一部分传感器不需要供电,属于无源传感器。
图2-2从站控制系统连接简图
3电气控制系统的工作原理
皮带机电气控制系统采用主从式结构。主站和从站的控制部件都用PLC,触摸屏和主PLC控制作为主站,从PLC和传感器保护装置作为从站。本系统中,从站采集数据发送给主站PLC,在主站中显示参数和故障,主站控制台可对皮带机进行实时的监控和控制,一旦矿井下有故障发生,该故障必须及时的反应到上位机和操作台上,另外对于本系统添加了一个特殊功能:能够准确定位到同一故障同时发生时故障发生的准确位置,而且能够根据事先设定的值来自动控制,这样阻止了故障的进一步扩大,从而避免井下事故。从站利用各类传感器对皮带机电气控制系统进行实时的保护和监测,达到国家煤矿安全的标准。
从站PLC采集皮带机各类传感器的参数,这些数据参数通过RS485总线技术传输给主站PLC。主站PLC进行数据处理和判断,将这些数据通过RS232传给上位机,另外,这些数据也同时传递给主站的操作台。在上位机界面上,能够查看故障和记录。工作人员通过査看人机界面,做出相应的操作;在自动控制下,主站PLC将根据数据做出相应的动作和传达指令到从站PLC,从站PLC再进行进一步的操作和监测。通过主从之间的通讯达到自动控制和保护作用。系统结构原理如图3-1所示。
图3-1系统结构原理
4总结
电气控制系统是一种集合多种控制和系统反馈的系统,具有很大的应用价值,该产品的研发,需要结合行业的实际情况和现在市场上的进度,使该产品拥有现有的技术之外,还要增加行业实际需要的功能。基于PLC的矿用皮带机电气控制系统应用研究为对象,开展皮带机的电气控制系统的功能实现和创新开发,成果显著，为后续的研究做了铺垫。
参考文献：
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[3]段成军.煤矿皮带机运输系统中PLC技术的应用研究[J].科技风,2013(17):100-134.
论文作者:梁玉柱
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：控制系统论文; 主站论文; 皮带机论文; 电气论文; 传感器论文; 功能论文; 硬件论文; 《电力设备》2017年第14期论文;