基于PLC的刮板输送机自动张紧控制装置研究

白明亮

（神华神东煤炭集团公司石圪台煤矿，陕西 榆林 719315）

基于PLC的刮板输送机自动张紧控制装置研究

白明亮

（神华神东煤炭集团公司石圪台煤矿，陕西 榆林 719315）

本文开发了基于PLC的刮板输送机自动张紧装置，通过在神东石圪台煤矿22上205工作面的刮板输送机上代替原有设备试验运行，能够满足实际需求，并已稳定运行6个月。

PLC 刮板输送机 自动张紧

前言

随着自动化采煤技术的飞速发展，综采设备的自动化程度越来越高。综采﹑综放工作面所使用的大型﹑重型设备如输送机﹑转载机﹑破碎机的自动化程度也在逐渐增加。神东公司此前引进的相当一部分国内﹑外综采刮板输送机都因其系统不适用现场条件或使用不可靠而不能实现链条的自动张紧功能，为此本文开发了基于PLC的刮板输送机自动张紧装置。

1 基本控制原理

图1 液控单元原理图

自动张紧装置采用PLC可编程控制器作为CPU，通过压力﹑位移等传感器检测刮板输送机机尾伸缩油缸底的压力监测及油缸活塞杆行程，来判断链条的张力状况，得出判断结果后，控制电液系统来伸缩油缸，实现机尾的伸缩移动，达到在一定范围内来控制刮板输送机链条的松紧，使链条在工作时始终处于理想的松紧状态。

2 系统组成

本装置由电控单元和液控单元两部分组成。

2.1 电控单元

电控单元是整个装置的重要组成部分，是实现自动控制的核心。

a）直流电源

b）PLC可编程控制器

c）防爆数字量输入模块

d）防爆模拟量输入模块

e）防爆数字输出块

f）传感器

2.2 液控单元

液控部分主要有一个伸缩缸﹑液控单向阀﹑安全阀﹑电磁换向阀﹑液控先导阀及其他管件等组成，其原理图如图1所示。

电液控制单元接受到来自主控系统的伸缩信号，驱动电磁阀动作，接通油路，使液控先导阀打开，给伸缩油缸注油，推动机尾动作，达到调节链条张力的目的。

3 控制逻辑与流程图

启动

输送机启动后，系统先检测手/自动转换开关位置，如果处于自动位置，系统将检测链轮轴组的转速，以判断刮板输送机是否达到正常转速。

运行

输送机运行正常后，系统不断检测机尾的缸底压力。是否处于控制值限定的范围，自动调节链条张力。

系统流程图如图2所示。

4 主要设备选型

电控单元的设备选型主要涉及PLC可编程控制器﹑数据采集单元﹑传感器和电源模块。

4.1 中央处理单元

该单元是系统的核心部件，采用德国西门子公司的S7—300系列可编程序控制器，型号CPU315F—2DP。S7—300系列可编程序控制器具有紧凑的设计，良好的扩展性以及强大的指令集，而且还有丰富的系列类型。我公司所选用的故障安全型CPU315F—2DP PLC具有MPI﹑PROFIBUS DP主/从接口，MPI口接显示器，该CPU运行时须配MMC存储卡，用于存储硬件组态信息和PLC程序。

4.2 信号采集单元

信号采集单元是用来连接爆炸危险区域中的传感器的I/O模块，用来采集传感器的信号,然后传递给CPU进行运算处理，之后转换成显示信号再通过数据线由彩色显示屏显示出具体数值。该单元分为数字量输入和模拟量输入模块。

4.2.1 数字量输入模块

数字量输入模块用来接收按钮状态指令及油位开关量，其型号为SM321 DI4xNAMUR, Ex。

4.2.2 模拟量输入模块

模拟量输入模块是用来连接爆炸危险区域中的传感器的I/O模块，接收诸如减速箱冷却水压力等模拟量数值。针对井下工况，选用型号为SM331 AI4x0/ 4 to 20mA,Ex的模块。减速器各轴承测量点和润滑油的温度值接收选用SM331 AI8xTC /4xRTD, Ex模块。

4.3 传感器

压力传感器选用GYD60-Y2（0-60Mpa）本质安全压力传感器；

行程传感器选用德国玛珂公司的本质安全型位移传感器。

4.4 电源模块

选用PS307/5A的电源模块,其主要技术特征参数如下：

输入 单相AC（50/60Hz）

额定电压（电压范围）127VAC（75%-110%）

额定电流 1.7A

功率消耗 138W

输出 24VDC/5A

5 软件编程

5.1 人机界面的组态

利用PROTOOL CS软件和专用通讯电缆对工业用彩色液晶显示器TP170B进行编程和定义。

5.2 PLC软件编程

利用STEP 7软件和专用电缆对CPU 315F进行通讯和编程。

a）检查硬件连接

——确认各传感器正确连接。

——检查各个输入输出模块正确连接。

——确定前连接器正确连接在各模块上。

b）应用PC编程

——新建项目后，首先进行硬件组态。所组硬件根据需要从数据库中

选择。

——对各模块分配地址。组态时会自动分配地址（也可以人为修改，但是不能有冲突）。

编写程序。应用STEP 7进行相应的程序编写，完成后编译并下载到CPU。

硬件组态完成后，各模块将分配到固定的地址。

5.3 显示及故障报警单元

本装置主控箱的显示单元采用西门子工业用TP170B COLOR 5.7英寸16色液晶显示屏。需通过总线电缆和PLC连接。报警灯安装在主控箱内，由DO 4×24VDC/10mA Ex数字量输出模块提供电源，CPU控制其闪烁报警。系统对位移传感器采集到的极限行程进行报警：灯闪烁，提示用户系统出现故障。

结语

本控制装置在神东石圪台煤矿22上205综采工作面刮板输送机上安装调试正常，能够实现实时自动张紧功能，在6个月的试用中未出现问题。不足之处是位移传感器只能在油缸外部安装，可能会缺乏较好的防护容易受到外部机械力而损坏，还需进一步改进。

图2 系统流程图

[1]杨杰,冯晨,汪爱明． 刮板输送机电液控制器的开发[J]． 煤炭工程,2013,01：120-121+124．

[2]王军霞,魏忠义． 模糊自适应PID技术在刮板输送机链条张力控制上的应用研究[J]． 煤矿机械,2012,10：219-221．

[3]范国伟． 电气控制与PLC应用技术[M]．人民邮电出版社,2013．

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