PLC在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用

1、PLC在煤礦井下皮帶運(yùn)輸中的應(yīng)用沈占彬，彭秋紅（平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467001 )摘要：本電控系統(tǒng)中，采用德國西門子公司生產(chǎn)PLC S7-300和S7-400配以必要的檢測、控制組件和顯示儀表及電腦監(jiān)控，完成皮帶運(yùn)行過程中的邏輯、時間、速度方向控制，PID閉環(huán)控制、安全保護(hù)等多種功能。關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；運(yùn)行原理；電氣制動The PLC is under the coal mine well application with the leather belt conveyanceSHEN Zhan-bin，PENG Qiu-hong(Pingdingshan Indu

2、strial Collage of Technology，Pingdingshan 467001,china)Abstract:This electricity controls in the system,adopt Geman siemens Company to produce the PLC S7-300 and S7-400 go together with the necessity of examination,the control module and the manifestation appearances and computer superuise and contr

3、ol,Completes in the leather belt movement process,the logic、the time、the speed direction control ,the PLD closed-loop control,the safe keeping of security and so on the many kinds of functions.Key Words:PLC;control system;movement priciple;the electricity applies the brake0 前言平煤集團(tuán)四礦丁七鋼纜皮帶原采用繼電器控制、調(diào)壓

4、器調(diào)速系統(tǒng)，由于耗電量大，維護(hù)困難，設(shè)備陳舊不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，決定對其進(jìn)行技術(shù)改造。1 PLC系統(tǒng)的組成操作PLC保護(hù)PLCCPU信號模塊信號模塊CPUCP340電腦RS485本電控系統(tǒng)中，使用兩個獨(dú)立的PLC子系統(tǒng)組成一個PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中一個PLC安裝在操作臺（簡稱操作PLC）中，另一個PLC安裝在PLC保護(hù)柜（簡稱保護(hù)PLC）中，使用一根二芯電纜將兩個PLC連接在一起，組成一個MPI網(wǎng)絡(luò)；在操作PLC中，通過CP340模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信，使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信接口，其組成框圖如圖所示。 圖1：PLC系統(tǒng)組成框圖Fig.1:the system of PLC composit

5、ion diagram1.1 操作PLC的組成及功能（1）組成操作PLC安裝在操作臺的后側(cè)，它由下列模塊組成：模塊名稱模塊型號模塊數(shù)量電源模塊PS-307/5A 1CPU模塊 CPU314 1輸出模塊SM322/16xREL 3輸入模塊SM321/32xDC24V 1通信模塊CP340-RS422/485 1它們的地址分別為：第一個輸出模塊地址是：Q0.0-Q0.7，Q1.0-Q1.7 共16個輸出端子；第二個輸出模塊地址是：Q4.0-Q4.7，Q5.0-Q5.7 共16個輸出端子；第三個輸出模塊地址是：Q8.0-Q8.7，Q9.0-Q9.7 共16個輸出端子；輸入模塊地址是： I12.0-I

6、12.7，I13.0-I13.7，I14.0-I14.7，I15.0-I15.7 共32個輸入端子；通信模塊地址是： 320-335 共16位。（2）功能操作PLC的主要功能有：接收外部信號輸入（操作臺面板上的選擇開關(guān)信號、按鈕信號、由保護(hù)PLC傳來的信號及由上位機(jī)傳來的信號），按照擬定的邏輯控制操作臺面板上指示燈的狀態(tài)，將部分輸入/輸出信號發(fā)送給保護(hù)PLC，將全部輸入信號發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)PLC與上位機(jī)的通信正常時，封閉操作臺中的ZJ5、ZJ6、ZJ14繼電器，使它們不起作用，當(dāng)PLC與上位機(jī)的通信中斷時，開啟這些繼電器，使它們的接點(diǎn)信號輸入PLC，以替代來自上位機(jī)的信號。1.2保護(hù)PLC

7、的組成及功能（1）組成保護(hù)PLC安裝在繼電柜的上部，它由下列模塊組成：模塊名稱模塊型號模塊數(shù)量電源模塊PS-307/5A 1CPU模塊 CPU314 1輸出模塊SM322/16xDC24V 2輸入模塊SM321/32xDC24V 2它們的地址分別為：第一個輸出模塊地址是：Q0.0-Q0.7，Q1.0-Q1.7 共16個輸出端子；第二個輸出模塊地址是：Q4.0-Q4.7，Q5.0-Q5.7 共16個輸出端子；第一個輸入模塊地址是：I8.0-I8.7，I9.0-I9.7，I10.0-I10.7，I11.0-I11.7 共32個輸入端子；第二個輸入模塊地址是：I12.0-I12.7，I13.0-I1

8、3.7，I14.0-I14.7，I15.0-I15.7 共32個輸入端子；（2）功能保護(hù)PLC的主要功能有：接收外部信號輸入（繼電器接點(diǎn)信號、接觸器信號、傳感器信號及由操作PLC傳來的信號），按照擬定的邏輯控制繼電器動作（包括起車預(yù)告、電氣制動停車、緊急停車及正常停車等），將全部輸入信號及部分輸出信號發(fā)送操作PLC。2 鋼纜皮帶控制系統(tǒng)運(yùn)行原理2.1 運(yùn)行方式(1). 以電動機(jī)運(yùn)行方式分，共有四種運(yùn)行方式：均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行、均轉(zhuǎn)速運(yùn)行、1#單機(jī)運(yùn)行、2#單機(jī)運(yùn)行。(2). 以電動機(jī)的運(yùn)行速度分為三種運(yùn)行方式: 運(yùn)煤(<2.5m/s)運(yùn)人(<1.8m/s)驗(yàn)繩(<0.63m/s)這三

9、種速度運(yùn)行狀態(tài)由選擇開關(guān)03XZK決定。具體速度狀態(tài)由給定方式?jīng)Q定。當(dāng)1JA置于手動時, 其速度取決于(外控)(內(nèi)控)電位器,但速度不會超過速度限制。當(dāng)1JA置于自控時, 運(yùn)行速度完全取決于三種速度狀態(tài)，并且在本系統(tǒng)中可以任意設(shè)置三種速度值。2.2 均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行原理均轉(zhuǎn)矩為1#, 2#電動機(jī)聯(lián)動方式之一，均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行框圖如圖(2)所示，由方框圖中可知，兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)共用一個給定積分器和一個速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流調(diào)節(jié)器的給定值，因而兩個電流調(diào)節(jié)器給定值相同，當(dāng)兩臺電機(jī)電流反饋強(qiáng)度相同時，可使同時工作的兩臺傳動系統(tǒng)的輸出直流電流值相等，我們知道電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式為：Te=CmFeId 其中:

10、Cm是電機(jī)常數(shù) Fe額定磁通 Id電機(jī)電樞電流圖2：均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行框圖Fig.2:even troque movement diagram在本系統(tǒng)中，兩臺電機(jī)為串聯(lián)激磁，因而可以認(rèn)為兩臺電機(jī)磁通相同。此時如果兩臺電機(jī)電樞電流相同，則其轉(zhuǎn)矩一定相等，從而達(dá)到均轉(zhuǎn)矩的目的。均轉(zhuǎn)矩就是保證兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)矩相同，此運(yùn)行方式也是本系統(tǒng)最重要的運(yùn)行方式。但應(yīng)注意的是，系統(tǒng)均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時，對于1#電動機(jī)是一個完整的雙閉環(huán)系統(tǒng)，因而1#機(jī)能夠達(dá)到理想的速度精度，而2#機(jī)僅是一個電流環(huán)跟隨系統(tǒng)，兩臺電機(jī)雖出力相同，但速度并不一定相同。2.3 均轉(zhuǎn)速運(yùn)行原理均轉(zhuǎn)速也是1#,、2#電動機(jī)聯(lián)動運(yùn)行方式之一，均轉(zhuǎn)速的簡化框圖如圖

11、(3)所示。由方框圖可知，兩套系統(tǒng)只須共用一個給定積分器，也就是說對應(yīng)兩臺電機(jī)的調(diào)節(jié)回路的兩個速度調(diào)節(jié)器給定來自同一個給定積分器的輸出值。因此只要兩臺電機(jī)速度反饋度相同，就能保證兩臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同。圖3：均轉(zhuǎn)速運(yùn)行框圖Fig.3: even national speed movement diagram均轉(zhuǎn)速運(yùn)行的目地主要用于換繩工作狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意：在系統(tǒng)均轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，由于1#、2#機(jī)各自實(shí)際承受負(fù)載的不平衡，兩臺電機(jī)電流不一定相等。2.4 單機(jī)運(yùn)行原理1#電機(jī)或2#電動機(jī)的單機(jī)運(yùn)行原理相似，現(xiàn)以1#電機(jī)單機(jī)運(yùn)行為例說明, 方框圖如圖(4)所示。實(shí)際系統(tǒng)就是一個完整的雙閉環(huán)系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作

12、的工作原理在許多直流調(diào)速系統(tǒng)中均有說明。這里不再作詳細(xì)說明。圖4：單機(jī)運(yùn)行框圖Fig.4:single plane movement diagram2.5電動機(jī)的電氣制動(1).電氣制動的目的：一是當(dāng)運(yùn)人出現(xiàn)負(fù)力時，如果不加以制動，鋼帶機(jī)的帶速將會越來越快，從而引起乘人超速，對人身安全構(gòu)成威脅，這是絕對不允許的。二是在一些要求停車的情況下，采用電氣制動停車，可使機(jī)械損傷大大減輕。(2).電氣制動原理在本系統(tǒng)中電動機(jī)的制動及降速是采用改變電動機(jī)勵磁電流的方向，而使電動機(jī)產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)的。因勵磁繞組時間常數(shù)很大，為了減少轉(zhuǎn)矩反向時間則需要對勵磁繞組加一個很大的強(qiáng)勵電壓，對本系統(tǒng)而言，由于轉(zhuǎn)矩反

13、向時間要求并不高，因而采用2.5倍強(qiáng)勵電壓(在動態(tài)要求較高時采用35倍強(qiáng)勵)。機(jī)尾信號信號機(jī)頭電機(jī)操作臺ASCS0107全數(shù)字電控系統(tǒng)沿線保護(hù)護(hù)軸編碼器在本系統(tǒng)中，除運(yùn)行出現(xiàn)負(fù)力時進(jìn)行電氣制動外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)乘人一級越位、三項(xiàng)保護(hù)及潤滑油壓失常等情況時，也采取電氣制動停車以減少機(jī)械沖擊。圖5：數(shù)字電控系統(tǒng)Fig.5:digita Electrically controlled system當(dāng)機(jī)尾或機(jī)頭發(fā)出開車信號時，ASCS0107全數(shù)字電控系統(tǒng)中的保護(hù)PLC對沿線保護(hù)和設(shè)備進(jìn)行自診斷，確定各保護(hù)都正常時給操作臺處的操作PLC發(fā)出指令信號，操作PLC接到操作人員的操作信號時，操作PLC向ASCS0107全數(shù)字電控系統(tǒng)發(fā)出開車信號，觸發(fā)晶閘管進(jìn)行變頻調(diào)速。開車時電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動軸編碼器，軸編碼器發(fā)出信號送到操作PLC，然后經(jīng)操作PLC傳輸?shù)奖Ｗo(hù)PLC，即可實(shí)現(xiàn)保護(hù)和監(jiān)控。若機(jī)頭或機(jī)尾不發(fā)出開車信號，皮帶就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。即實(shí)現(xiàn)了信號與電控閉鎖方式。3 結(jié)語該系統(tǒng)自2003年11月份安裝后，維護(hù)量大大降低，大部分故障能夠在電腦顯示器上直接顯示，減少了故障查找環(huán)節(jié)，采用電機(jī)電樞相互獨(dú)立、磁場串聯(lián)的運(yùn)行方式、可實(shí)現(xiàn)1#、2#單機(jī)運(yùn)行和均轉(zhuǎn)速、均轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，系統(tǒng)控制精度高，操作簡單，維護(hù)方便，具有較強(qiáng)的自診斷能力，