李顯軍 葉坤茂

摘 要：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展PLC技術(shù)得到很大的發(fā)展，PLC在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，傳統(tǒng)低壓電氣控制系統(tǒng)中連鎖的實(shí)現(xiàn)需要依靠硬件接線才能實(shí)現(xiàn)，在PLC控制系統(tǒng)能輕松的實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的連鎖，文章結(jié)合具體膠帶群控制系統(tǒng)說(shuō)明連鎖實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；膠帶機(jī)；控制；連鎖

中圖分類號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0009-01

采規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，礦石運(yùn)輸方式也經(jīng)歷了人拖馬拉、汽車運(yùn)輸、電機(jī)車運(yùn)輸，膠帶運(yùn)輸?shù)榷喾N運(yùn)輸方式。膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)由多條膠帶接力運(yùn)輸，構(gòu)成統(tǒng)一的運(yùn)輸系統(tǒng)，任何一條膠帶出現(xiàn)故障都會(huì)影響系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，其控制系統(tǒng)需要良好的穩(wěn)定性和可靠性。

1 PLC介紹

早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmab

ble Logic Controller，PLC），它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC。

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

PLC具有以下鮮明的特點(diǎn)：①功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)；②使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易；③安裝簡(jiǎn)單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，寫(xiě)入程序即可運(yùn)行；④抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型；⑤環(huán)境要求低；⑥易學(xué)易用。

2 膠帶運(yùn)輸電氣控制系統(tǒng)

2.1 起動(dòng)方式

根據(jù)不同長(zhǎng)度和不同角度的膠帶機(jī)采取不同啟動(dòng)方式，一方面滿足啟動(dòng)要求，另一方面保證可靠運(yùn)行。

2.1.1 直接啟動(dòng)

直接啟動(dòng)就是常說(shuō)的啟停?？刂苹芈?，采用斷路器、接觸器、熱繼電器等低壓元器件作為設(shè)備啟動(dòng)的控制器，一般應(yīng)用在膠帶機(jī)長(zhǎng)度在100 m左右且平直段電機(jī)功率在45 kW及以下的膠帶機(jī)上。該啟動(dòng)方式最為常見(jiàn)、使用范圍較大，在膠帶機(jī)和其他小型設(shè)備的啟動(dòng)控制上應(yīng)用已經(jīng)十分成熟了。

2.1.2 軟啟動(dòng)

軟起動(dòng)器（軟啟動(dòng)器）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額 定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。軟啟動(dòng)器啟動(dòng)主要應(yīng)用于電機(jī)功率大于45 kW，小于200 kW的較長(zhǎng)膠帶。

2.1.3 變頻器啟動(dòng)

變頻器啟動(dòng)是比軟啟動(dòng)器啟動(dòng)模式，啟動(dòng)性能更好的方式。尤其是應(yīng)用在膠帶機(jī)角度較大，距離較長(zhǎng)，電機(jī)功率在200 kW及以上的膠帶機(jī)上。在實(shí)際應(yīng)用中一般采用ABB ACS800交流變流器作為啟動(dòng)器，它具有良好的啟動(dòng)性能，尤其是在重載情況下，直接轉(zhuǎn)矩模式能夠提供超過(guò)的輸出轉(zhuǎn)矩滿足重載啟動(dòng)要求。

2.2 保護(hù)裝置

膠帶的保護(hù)包含跑偏保護(hù)、緊急停機(jī)保護(hù)、縱向撕裂保護(hù)、打滑保護(hù)等。30 m以下短距離膠帶機(jī)在機(jī)頭、機(jī)尾分別設(shè)置一對(duì)跑偏開(kāi)關(guān)；30 m以上水平膠帶機(jī)在機(jī)頭、機(jī)尾分別設(shè)置2對(duì)跑偏開(kāi)關(guān)，沿膠帶機(jī)每隔30 m安裝拉繩開(kāi)關(guān)并配合拉繩線實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)功能；斜井主膠帶運(yùn)輸機(jī)出采用跑偏、拉繩保護(hù)意外，還需要利用撕裂保護(hù)裝置和打滑保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)撕裂保護(hù)和打滑保護(hù)。

3 傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)連鎖的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)連鎖功能的實(shí)現(xiàn)，要依靠硬件接線從前級(jí)設(shè)備接觸器KM上取得常開(kāi)信號(hào)串接與本級(jí)設(shè)備的啟動(dòng)回路，將本級(jí)接觸器KM1的常開(kāi)信號(hào)串接與后級(jí)設(shè)備的啟動(dòng)回路。實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)時(shí)，上級(jí)設(shè)備不開(kāi)機(jī)，本級(jí)設(shè)備不能開(kāi)機(jī)，本級(jí)設(shè)備不開(kāi)機(jī)，下級(jí)設(shè)備不能開(kāi)機(jī)；運(yùn)行時(shí)，一旦上機(jī)設(shè)備停機(jī)，本級(jí)設(shè)備、下級(jí)設(shè)備均停機(jī)，本級(jí)設(shè)備停機(jī)，下級(jí)設(shè)備停機(jī)的連鎖功能。

4 基于PLC實(shí)現(xiàn)的膠帶控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)建

PLC作為遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)常用的控制器，在膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能的實(shí)現(xiàn)中扮演了重要角色。將所有必須的遠(yuǎn)程控制信號(hào)SA，膠帶運(yùn)行信號(hào)KM，膠帶故障信號(hào)KH，膠帶機(jī)頭跑偏信號(hào)PB1，膠帶機(jī)尾跑偏信號(hào)PB2，膠帶緊急停車信號(hào)YTC，膠帶主電源合閘信號(hào)QF，膠帶控制電源合閘信號(hào)QF1，作為輸入信號(hào)接入控制器輸入模塊。將設(shè)備遠(yuǎn)程啟動(dòng)信號(hào)OUT，從控制器輸出模塊對(duì)應(yīng)的輸出繼電器的常開(kāi)出點(diǎn)接到低壓控制回路遠(yuǎn)程啟動(dòng)回路上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。在遠(yuǎn)控控制的程序中可以通過(guò)讀取對(duì)應(yīng)的運(yùn)行信號(hào)KM，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在遠(yuǎn)程模式下的連鎖功能。

4.2 PLC控制系統(tǒng)連鎖的實(shí)現(xiàn)

上述連鎖功能只有在所有設(shè)備都處于遠(yuǎn)程模式才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的連鎖。PLC實(shí)現(xiàn)的連鎖功能在控制程序的停機(jī)回路上并接一個(gè)用于手動(dòng)停機(jī)的輸出OUT1與SA常閉點(diǎn)的串聯(lián)塊。同時(shí)，在連鎖停機(jī)設(shè)備前串接連鎖投入常開(kāi)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備間真正的連鎖。

4.3 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

①系統(tǒng)投入成本低。只需增加1個(gè)中間繼電器和1個(gè)PLC輸出點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備本地模式的連鎖。尤其是在多條膠帶、構(gòu)成的膠帶群在由不同控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí)，配電室之間的距離一般在1 000 m左右，要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)連鎖需要的控制電纜就達(dá) 1 000 m以上。

②系統(tǒng)更靈活。 連鎖一旦投入，無(wú)論本地模式還是遠(yuǎn)程模式均能實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的連鎖，一旦連鎖退出，無(wú)論本地遠(yuǎn)程均能自由開(kāi)機(jī)。一切都能在已經(jīng)形成的控制系統(tǒng)上位實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)硬件接線實(shí)現(xiàn)連鎖后要單獨(dú)開(kāi)機(jī)，需要到現(xiàn)場(chǎng)拆除硬件接線或強(qiáng)行驅(qū)動(dòng)前端接觸器才能實(shí)現(xiàn)。

③系統(tǒng)更可靠。 用于連鎖的運(yùn)行信號(hào)與顯示后端設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)為同一輸入點(diǎn)，避免了接觸器輔助觸點(diǎn)損害造成連鎖失效。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于PLC實(shí)現(xiàn)的膠帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)在開(kāi)磷集團(tuán)馬路坪礦、青菜沖礦、用沙壩礦、沙壩土礦已經(jīng)實(shí)施了31套PLC，31個(gè)變配電硐室共計(jì)近100跳膠帶機(jī)。其中最大的控制點(diǎn)用沙壩920控制室最多時(shí)共涉及55條膠帶機(jī)，通過(guò)采用分段連鎖和手動(dòng)連鎖功能實(shí)現(xiàn)膠帶安全穩(wěn)定運(yùn)輸3 a，實(shí)現(xiàn)礦石、廢石運(yùn)輸累計(jì)320萬(wàn)t。

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