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1. 概述

膠帶輸送機是一種由電機驅(qū)動的連續(xù)運輸設(shè)備，大多采用就地控制。而在膠帶輸送機的連續(xù)運行中，經(jīng)常會出現(xiàn)跑偏、堆煤、打滑、撕裂等現(xiàn)象，實現(xiàn)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(tǒng)，采用西門子S7-1200系列PLC作為核心設(shè)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(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

膠帶機集控及保護系統(tǒng)主要由環(huán)網(wǎng)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(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)進行匯總、整合后提供給上位機，對上位機進行控制的數(shù)據(jù)進行下發(fā)[1]。

防爆控制箱內(nèi)置環(huán)網(wǎng)交換機，交換機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，實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)所有皮帶的集中控制?？蛇M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(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實的一步。打造人、機和諧，實現(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化水平。為煤礦信息化、自動化、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，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(guān)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(shè)置。

4）保護功能

保護功能按照煤炭規(guī)程要求進行開發(fā)，滿足MT872的要求。

A． 打滑保護

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(yīng)有動作。

B.  堆煤保護

在2s內(nèi)連續(xù)檢測到煤位超過預(yù)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(dāng)運行的輸送帶超出托輥端部邊緣200mm時，發(fā)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(shè)定值時，裝置2s內(nèi)應(yīng)報警，同時應(yīng)能啟動灑水電磁閥，噴水降溫。

E.  煙霧保護

連續(xù)2s內(nèi)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(guān)保護

雙向急停開關(guān)在任何一邊施加40～200N的力時，雙向急停開關(guān)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(dāng)皮帶運行中出現(xiàn)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(zhí)行器進行連接，其通訊接口接入控制箱的環(huán)網(wǎng)交換機。

輸入部分主要為皮帶運行狀態(tài)、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(nèi)部原理圖

圖4 防爆PLC控制箱樣機

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)自動化對信息化、數(shù)字化的需求。并在煤礦的小型自動化系統(tǒng)中迅速的占領(lǐng)了市場。

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

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