煤矿皮带运输控制系统自动化建设研究

吴清平

[摘    要]在当今社会经济发展中，工业领域的发展也十分迅速，尤其是煤炭领域，更是在生产技术、生产效率与生产质量方面实现了显著提升。在煤炭生产企业中，煤矿皮带运输的自动化控制是提升企业生产效率，保障生产质量与安全的关键。因此，随着煤矿生产技术的不断发展，皮带运输控制系统的自动化建设也开始受到了煤炭生产领域的高度重视。基于此，本文以某煤矿的皮带运输自动化控制系统建设为例，对煤矿皮带运输控制系统的自动化建设进行分析。希望通过本次的分析，可以对煤矿运输技术的提升及其自动化、智能化发展提供相应参考。

[关键词]煤矿生产;皮带运输;控制系统;自动化设计;自动化控制

[中图分类号]TH222 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]In today's social and economic development， the development of industrial field is also very rapid， especially in the field of coal， production technology， production efficiency and production quality have been significantly improved. In coal production enterprises， the automation control of coal mine belt transportation is the key to improve the production efficiency and ensure the production quality and safety. Therefore， with the continuous development of coal mine production technology， the automation construction of belt transportation control system has also begun to receive high attention in the field of coal production. Based on this， this paper takes the belt transportation automation control system construction of a coal mine as an example， analyzes the automation construction of the belt transportation control system in coal mine. Hope that through this analysis， it can provide corresponding reference for the improvement of coal mine transportation technology and its automation and intelligent development.

[Keywords]coal mine production; belt transportation; control system; automatic design; automatic control

在煤矿皮带运输过程中，自动化控制系统的应用不仅可以实现运输效率与运输质量的显著提升，让井下工作人员的劳动强度得到有效降低，并减少井下作业人数，为煤矿企业节约更多的人力资源成本;同时，通过自动化控制系统的应用，也可以让煤矿的皮带运输实现可靠性与安全性的进一步提升[1]。因此，在煤矿的皮带运输过程中，煤矿企业一定要加强其自动化控制系统的研究，将先进的自动化控制技术PLC应用到自动化控制系统中，对其硬件和软件进行科学设计，以此来实现自动化控制技术应用优势的充分发挥，促进煤矿企业在当今时代社会中的良好发展。

1 工程概况

在某煤矿中，东采区的皮带式运输系统主要负责对该区域内的煤炭进行运输，其运输量的年设计值是148万t，皮带长度和倾角如表1所示。

该皮带运输系统每一年的工作天数约为329d，平均工作时间约为17h/d，总运输能力为500t/h，不平衡系数为1.2。在具体应用中，为有效提升该煤矿皮带运输系统的工作效率，降低故障发生几率，该煤矿企业对其自动化控制系统进行了设计与建设，在本次所设计的煤矿皮带运输自动化控制系统中，主要通过传感器来进行运输监测，并借助于PLC来实现运输参数显示和调控，以此来实现对皮带运输系统运行参数的实时监控，保障皮带运输系统的工作效率与工作质量，并实现其运输安全性和稳定性的进一步提升。

2 煤矿皮带运输自动化控制系统的硬件设计分析

2.1 硬件结构组成分析

在本次的煤矿皮带运输自动化系统设计中，硬件系统主要将西门子公司所生产的S7-300型PLC用作核心控制单元，以此来实现PLC主站、PLC控制分站、皮帶输送机械设备保护部分以及通信等各个方面的控制。在具体应用中，PLC系统主要功能包括皮带运输系统中各机械设备运行参数的采集、数据信息的传递、数据交换、参数显示以及异常报警等。同时，在该系统的具体应用中，也需要对每一个单元实现启停功能的准确控制。另外，该系统也一定要具备多种机械设备联动、单机控制以及远程控制等功能。在该系统的信息传递中，主要借助于以太网接口的形式将相应的信息传递给指挥中心。

在S7-300型PLC自动化控制系统中，其主要的控制单元有12V/24V电平转换电路以及MAX485型的串行芯片，在该系统的各个节点中，其闭合电流值是5 mA，开路电压在200 V以上[2]。

因为皮带输送系统主要借助于双直流电机来进行驱动，所以在自动化控制系统的设计中，主要应该对两个方面的内容进行控制，第一是电枢调节，第二是电磁回路调节。在进行电枢调节的过程中，可借助于两组晶闸管整流器来实现串联供电，并对晶闸管开断电路进行顺序控制，以此来实现主电机压降启动的控制，降低电网所受的无功冲击。在进行励磁调节的过程中，可借助于两组晶闸管整流器来实现并联供电，这样就可以让主电机在具体运行过程中达到平缓调速效果。

2.2 传感器选型分析

在本次煤矿皮带运输自动化控制系统的设计中，选择了KHP128-Z型号的装置作为皮带运输机械的保护装置。在具体的传感器选择过程中，主要对以下几种传感器及其性能加以考虑：①速度传感器。其主要功能是检测皮带运输机械的行进速度，如果速度出现异常，该传感器会立刻通过主控装置将相应的信号发送给电枢回路或励磁回路中的晶闸管。②温度传感器。其主要功能是保护皮带运输机械的运行温度，检测各个设备待测点的温度，如果温度超出允许范围，可自动进行洒水保护。③烟雾传感器。其主要功能是检测皮带运输机械工作环境中的烟雾含量，如果烟雾含量在0.1 mg/m2以上，传感器就会进行低电平信号输出，相应的保护功能也将及时启动[3]。④跑偏传感器。其主要功能是检测皮带是否出现了跑偏现象，具体检测中，主要借助于探杆对探轴进行牵引，让探轴旋转，在转动到某一角度时，如果行程开关被波动，主机就会将相应的跑偏信号发出。⑤堆煤传感器。其主要功能是对煤位进行保护。⑥撕裂传感器。其主要作用是对皮带起到撕裂保护作用，如果皮带上的作用力以及相应的电阻值达到一定时，PLC就会发出相应的撕裂信号，主机在延时2s之后会停止，以此来避免皮带撕裂情况发生。⑦急停传感器。其主要功能是在拉杆承受了动力之后输出相应的信号，并实现拉杆锁定。一旦拉杆被锁定，只有在人工复位之后才可以继续启动。该系统撕裂传感器的具体保护参数如表2所示。

3 煤矿皮带运输自动化控制系统的软件设计分析

3.1 总体结构设计分析

在本次对某煤矿的皮带运输自动化控制系统进行设计的过程中，主要借助于CP343-1型的以太网模块在PLC现场控制以及控制中心之间进行相应数据的传输，以此来实现现场和控制中心之间的有效通信。在该自动化控制系统的控制中心，客户端操作服务器的主要驱动配置是Intouch以及SSIEMENS SOFTNET形式的OPCLINK驱动，且两者之间可以此为基础来进行数据交换[4]。

3.2 上位机软件设计

在进行该煤矿皮带运输自动化控制系统的软件设计中，上位机软件设计基本是从两个角度来进行开发，第一是数据采集，第二是实时监控。某煤矿皮带运输自动化控制系统上位机检测系统的总体结构示意图如图1所示。

3.2.1 人机界面设计

在上位機系统中，人机界面的主要组成部分包括显示器、鼠标和键盘等，其主要的功能是实现人机之间的对话，借助于人机界面，操作者可以对皮带运输系统进行具体的监控和操作。在本次设计的系统中，人机界面上进行了菜单以及操作按钮等图标设计，更加便于操作。同时，人机界面也可以将数据以及类别各异的动态曲线实时显示出来，且带有打印功能，操作者可以对需要打印的数据信息随时进行打印。另外，在该系统的人机界面中，所有的图形、提示以及菜单文字应用的都是中文，这样也就更加便于操作者识别。在系统发生故障的情况下，系统自身会发出相应的故障报警。借助于Datebase这款软件，可以整理和归档报警信息，操作者或者是管理者可以根据实际需求来进行报警信息的随时查询。

3.2.2 图形界面设计

在煤矿皮带运输自动化控制系统中，图形界面的主要功能是进行监控软件全貌、数据以及报警等各类信息的实时显示。在图形界面中，所有的画面都以动画的形式显示。借助于图形界面，操作人员可以进行实际情况的模拟操作，进而让操作人员的操作更加简单便捷。

3.2.3 故障信息Database软件设计

在煤矿皮带运输自动化控制系统的上位机系统中，Database软件的主要功能是对故障信息的实时记录以及实时查询。在系统发生故障的情况下，借助于Database软件，可迅速进行故障发生位置的查询，进而为系统故障的查找以及处理提供足够便利。同时，在煤矿皮带运输自动化控制系统的具体运行过程中，所有数据都会在Database软件的界面上进行实时储存，让数据储存更具实时性以及完整性。

3.3 PLC自动化控制软件的设计

在本次所研究的煤矿皮带运输自动化控制系统中，用户可以通过编程的方式将相应程序传递给PLC储存器，这样就可以让PLC自动化控制系统根据预先设定好的程序来进行相应的操作，根据储存地址号码由大到小的顺序来扫描程序，并对相应的操作指令进行核实，其主要的执行过程是将信号传送到寄存器内进行保存。在该系统的具体应用中，输入状态并不会对PLC的执行过程造成影响，储存在寄存器内的数据将一直保持不变。PLC会按照从左到右、从上到下的顺序对系统程序进行扫描，然后在输入映像寄存器以及元素映像寄存器中进行数据读取，并实时进行执行结果的输送。

4 结束语

综上所述，在煤矿企业的作业过程中，皮带运输系统是一项关键性的煤炭运输系统，凭借着运输量大、运输距离长、运输效率高等诸多优势，该系统在当今的煤矿领域发挥着举足轻重的作用。但是在皮带运输系统的实际应用中，因为一些因素会对其应用效果及其安全性造成一定程度的不利影响，所以该系统的自动化控制技术需要进一步研究。PLC自动化控制系统是机械自动化控制的关键技术，因此在煤矿皮带运输系统的自动化控制中，可以将PLC加以合理引入，以此来实现煤矿皮带运输系统自动化程度的进一步提升，满足煤矿实际作业所需，促进煤炭行业的良好发展。

参考文献

[1] 杨万里.基于PLC技术的煤矿皮带运输系统的控制改造[J].建筑工程技术与设计，2020（19）：4880.

[2] 剧金伟.智能化控制技术在煤矿皮带运输系统中的应用分析[J].百科论坛电子杂志，2020（10）：1284.

[3] 任毅.谈PLC技术在煤矿皮带运输系统中的应用[J].当代化工研究，2020（8）：61-62.

[4] 苏茂良.自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的应用[J].商品与质量，2019（33）：77.

[5] 张晓东.自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2019（18）：148-149.