基于plc的井下运输报警设计

能源研究

基于PLC的井下运输报警设计吕文娟（山西煤矿设备安全技术检测中心，山西太原030045）

摘要：针对井下生产中常用带式运输机故障保护系统应用中所存在的稳定性差、报警信号缺乏直观性等问题，对基

于PLC的井下运输报警设计开展分析探究。从报警系统硬件构成和软件设计两方面对带式运输机报警系统进行了综合设计，希望能为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。关键词：矿井；PLC；带式运输机；运输报警；系统设计中图分类号：TD634文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)11-0040-02

DesignofUndergroundTransportationAlarmBasedonPLC(ShanxiCoalMineEquipmentSafetyTechnologyTestingCenter,Taiyuan030045,Shanxi,China)

Abstract:Aimingattheproblemsofpoorstabilityandlackofintuitionofalarmsignalintheapplicationoffaultprotectionsys-temofbeltconveyorcommonlyusedinundergroundproduction,thealarmdesignofundergroundtransportationbasedonPLCwasanalyzedandexplored.Thispapersyntheticallydesignedthealarmsystemofbeltconveyorfromtwoaspectsofhardwarecom-positionandsoftwaredesign,whichhopedtoprovidereferenceforsimilarprojectsinothermines.Keywords:mine;PLC;beltconveyor;transportationalarm;systemdesign

LYUWenjuan

0引言

伴随着煤矿井下生产的不断延伸，井下运输系统运输长度不断增加，使得运输供电方式和运输量也发生了显著的改变，主运输系统逐渐朝着高电压、大运量和长距离方向发展，这就对井下运输装置运行的安全有了更高的要求。在传统的井下运输中，运输机故障保护系统运行稳定性和可靠性较低，不仅容易出现误动的情况，而且故障动作保护后无法对故障类型进行有效区分，缺少直观有效的预警信号，且难以确定故障位置，导致故障处置效率偏低[1-2]。鉴于此，针对井下运输开展探究，设计有效的故障预警体系，确保故障发生后及时报警，对于提高运输机运行有效性意义重大。在此，对一种基于PLC的运输机报警系统进行分析。该系统通过对PLC技术和现场总线通信技术的联合运用，实现了对多级运输的故障监测。常用的带式运输机运行监测传感器主要包括温度传感器、烟雾传感器、堆煤传感器、速度传感器、跑偏传感器等，实现对运输机各种运行状态的实时测定。传感器监测所得的数据通过通信网络传递至PLC控制分站，经过分析判定后，对主站输出监测结果或发出报警信号[3]。预警组件包括LED显示屏、声光报警装置，可以对设备启停状态、故障类型、故障位置进行精确的显示和提示。127V电源电缆通信总线

PLC控制主站

工作状态显示

控制开关

PLC控制分站

监测传感器

控制开关

预警信号输出

PLC控制分站

监测传感器

控制开关

预警信号输出

1系统硬件构成分析

整个带式运输机报警系统硬件构成包括PLC控制主站和分站、各类监测传感器、控制开关和预警组件等，图1所示为带式运输机报警系统构成示意图。其中，PLC控制主站布设于主运输机机头位置，用于对主运输机启停的控制和对两个控制分站的数据交互；PLC控制分站用于对下级运输机运行状态的实时监测。在作业时，PLC控制主站通过CAN工业现场总线与两个分站连通，并对两个分站进行联动控制或单独控制。收稿日期：2019-10-13

作者简介：吕文娟，1984年生，女，山西文水人，2008年毕业于山西大同大学自动化专业，工程师。

PLC控制主站

图1带式运输机报警系统构成示意图

一级带式运输机二级带式运输机

1.1PLC控制主站图2所示为PLC控制主站构成示意图。PLC控制主站核心组件为KJ403-F本安型模块化PLC，其包括CPU模块、通信模块、开关量模块等，可实现数据收集、输出控制、远程通信和语音报警等。在KJ403-F本安型模块化PLC中配设有8个扩展通信模块，不仅可以确保通信形式多样，而且通信距离远、抗干扰性强，具有优良的适用性和通用性，可有效适应井下复杂多变的作业环境[4]。作业时，PLC控制主站与LED显示装置相互配合，·40·

2019年第11期吕文娟：基于PLC的井下运输报警设计2019年11月

实时显示设备运行状态、所发生故障类型及位置等信息，作业人员还可通过配套的操控键盘对故障信息进行深入查看，做到全面了解，并结合现场实际自行对运输机运行参数进行设置。同时，PLC控制主站还设有预警声音取消功能，若发生故障时无需输出语音，等[5]。配套的LED显示屏型号为KXP/127L，该显示屏采用隔爆本安型设计方式，可应用于高湿度、高粉尘、高电压波动的恶劣井下环境中。图4所示即为PLC装置与监测传感器及报警组件连接示意图。可借由该功能将故障预警声音予以取消。此外，PLC控制主站还可对两个下级分站进行监控。图3所示即为PLC控制主站显示面板示意图。开关量开关量模拟量远程

输入输出输入

通信

文本显示器接线端子扬声器

IB-LDLK模块IB-AI模块IB-8CPU模块IB-8DOI模块IB-VOC模块KJ403-F本安型模块化PLC

本安电源、功率继电器输出、非安开关量输入

图2PLC控制主站构成示意图

带式运输机预警系统PLC控制主站1号05接触单台器设已备停止使用0次

1号启车2号停车2号16接触单台器设已备停止使用F10次

3号启车4号停车F4启复车位F2F5停消车音F3急停27F7翻页3

8ESC

F1ENT

F2SET

F3CLR

F4+/-

F5F6

F7

4

9

图3PLC控制主站显示面板示意图

1.2PLC控制分站PLC控制分站在硬件构成上与控制主站基本一致，仅在设备软件配置上存在差异。作业时，分站主要用于对各级运输机作业状态、故障类型及位置等内容的实时监控，并将监测所得数据通过通信系统上传至控制主站，便于作业技术人员全面掌握设备运行数据。1.3监测传感器和报警组件受限于煤矿井下作业环境的复杂多变，井下所使用的监测传感器必须具有高灵敏性、低故障率和长使用周期。基于这一要求，本次所设计研究的报警系统选用的传感器均结合井下实际需要确定，例如速度传感器型号为GSC5，温度传感器型号为CWD75，烟雾传感器型号为GQQ0.1等。这些传感器均能够与PLC控制分站设备进行有效的连接并相互配合，从而实现运输跑偏保护、堆煤保护、烟雾预警、高温预警、急停刹车速度传感器

一级带式运输机

通信模块

温度传感器继二级带式运输机跑偏传感器现电场器烟雾传感器总输声光报警装置线

出堆煤传感器

模隔爆兼块

洒水装置热释红外本人体感应传感器PLC

安型LED预警显示条屏液晶屏按键控制

手动启停按钮拉绳急停127电源V/36模块

开头

V

图4PLC装置与监测传感器及报警组件连接示意图

2系统软件设计分析

整个带式运输机报警系统选用PLC联级控制模式，通过PLC控制主站对各分站发布操控指令。作业时，在各级运输带启动前，先对通信系统正常与否进行检测，随后再对各传感器运行进行检测，确保无任何故障隐患后，通过LED显示屏发出开车提醒信号。此时，带式运输机开始点动运行，并在5s后正式完成启动。主运输机启动完成15s后，下级运输机自行开始启动，随后各级运输机按逆煤流方向依次延时启动。这种延时启动方式不仅能够充分避免启动过程中发生煤矸石撒落的情况，还能够有效规避启动电流对设备和电网的冲击破坏。运行过程中若出现紧急状况而监控系统未能及时反应时，作业人员还可通过布设于一级运输机机头和二级运输机机尾处的急停开关手动停车。同时，带式运输机故障发生并排除后，作业人员必须先手动复位急停开关后才能正常启动运行，否则无法启动，这有助于避免误启动的发生。3结语

带式运输机作为煤矿井下生产运输中的关键设备，其运行效率对矿井生产综合效益有着直接的影响。针对带式运输机运行中环境复杂多变、各类故障容易多发的情况，有针对性设计完善的故障报警系统，有效运用PLC技术，实现对井下带式运输机运行状态的实时监测，确保故障隐患的及时发现和高效处置，不仅能够大幅提升带式运输机作业效率，还能够延长设备使用周期，降低作业人员工作强度，从而为矿井的长久发展提供良好支撑。（下转49页）

·41·

2019年第11期魏欣桃：一六五团风电场风能资源分析与评价

表3不同高度的平均湍流强度表

测风高度/m

主导风向湍流强度15m/s风速湍流强度

100.13420.139400.11090.129600.090.1232019年11月

风速增大，出现1个风速高峰，之后开始下降，到傍晚时分，风速恢复正常水平，并一直维持至次日。总体来说风速较均匀，风速变化幅度较小。2.3风速及风能频率分布10m、80m高度风速和风能频率分布直方图分别如图4、图5所示。10m高度3耀10m/s风速所占比例为69.11%，风能所占比例为63.83%；10m高度11耀22m/s风速所占比例为3.73%，风能所占比例为35.62％。80m高度3耀10m/s风速所占比例为73.84%，风能所占比例为.39%；80m高度11耀22m/s风速所占比例为7.63%，风能所占比例为45.31％。18161412108

0

<0.51234567101112131415161718192021>222

风速风能

800.09570.119图410m高度风速和风能频率分布直方图

1614121082

风速风能

平均风速/(m·s-1)

根据表3可知，风电场项目10～80m高度湍流强度均较小，15m/s风速湍流强度期望值区间为0.12耀0.14，为中等湍流强度，建议风机选用湍流强度B级及以上的风电机组。风切变指数用于描述风速随高度增加快慢的趋势，根据风切变指数和仪器安装高度风速可估算出风力发电机组的发电量[2]。分析测风塔各高度实测风速及风切变指数，50耀70m高度平均风切变指数为0.1076。2.5风电场50年一遇极端风速计算风电场50年一遇最大风速是决定风电机组极限载荷的关键指标，也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一[3]。根据额敏气象观测站的数据推算出风机轮毂高度，80m高度50年一遇最大风速值为39.9m/s，根据IEC（国际电工委员会）所规定的阵风系数1.4模型来计算，推算出风电场80m高度50年一遇极大风速值为55.8m/s。根据IEC等级划分，该风电场需选用IIC类及以上安全等级风电机组。3结语

0

<0.51234567101112131415161718192021>22

图580m高度风速和风能频率分布直方图

平均风速/(m·s-1)

2.4湍流强度和风切变指数湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反映脉动风速的相对强度。湍流强度低会对风力发电机组整体性能产生一定影响，主要是减小输出功率，可能引起极端荷载，最终削弱和破坏风力发电机组[2]。风机承受的有效湍流强度均不能超过测风塔风场所在区域所选用电机组类型的设计湍流强度。测风塔不同高度的平均湍流强度计算成果见表3。研究区域内，测风塔平均风速和风功率密度月变化和日变化情况较为一致，通常11月前后为高值时期，8月前后为低值时期，风速白天相对较大，晚上相对较小。80m高度平均风速为5.39m/s，平均风功率密度为201.69W/m2。80m高度3耀10m/s风速所占比例为73.84%，风能所占比例为.39%；11耀22m/s风速所占比例为7.63%，风能所占比例为45.31％，具有较好的开发潜力。从本次实测风能参数结果来看，一六五团场风电场主风向和最大风能密度的方向一致，以西南的风速、风能最大和频次最高，盛行风向稳定。风速年内变化小，全年均可发电，是一个理想的风力发电场。参考文献：［1］钟燕川，马振峰，郭海燕，等.四川省会理县风能资源分析研

究［J］.高原山地气象研究.2017，37(2)：72-77.［2］于丽洁.盐湖风电场电能资源评估分析［J］.水电与新能

源，2014，12(7)：71-74.

［3］黄勇.风电场50年一遇最大风速计算方法的探讨［J］.水文气

象，2016，12(7)：187-190.

（责任编辑：高志凤）

（上接41页）

参考文献：［1］李登峰，杨五命.磁窑沟煤矿运输系统改造技术应用［J］.煤炭

工程，2018，50(增刊1)：25-27.［2］王楚，夏松鸽，靳栋栋.基于PLC的地面原煤运输自动控制系

统设计［J］.煤矿机械，2015，36(4)：262-265.［3］王洋，闫晓飞，彭芳.PLC在皮带运输机远程控制系统的应

用［J］.信息通信，2014(1)：273.

［4］武剑林.基于WinCC组态软件的皮带运输监控系统［J］.可编

程控制器与工厂自动化，2013(3)：65-69.［5］孙世珂，邵国良，曲祖俊，等.矿山运输皮带PLC智能控制系

统的研究与应用［J］.数字技术与应用，2013(6)：29.

（责任编辑：刘晓芳）

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